DE10017204B4 - Luftführungssystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Luftführungssystem
für eine
mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem ersten Systemzweig zum
Zuführen
von Frischluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine
und einem zweiten Systemzweig zum Zuführen von Abluft zu den einzelnen
Zylindern der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kanallängen
(L1, L2) des ersten
Systemzweigs (3a) und die Kanallängen
(L1, L2) des zweiten
Systemzweigs (3b) einander entsprechen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftführungssystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem ersten Systemzweig zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine und einem zweiten Systemzweig zum Zuführen von Abluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine.
- Bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Luftführungssystemen ist problematisch, dass der erste und der zweite Systemzweig einander beeinflussen können, so dass zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine ein Druckausgleich stattfindet, was ganz erhebliche Drehmoment- und Leistungsverluste zur Folge hat.
- Diesem Problem wird gemäß den Druckschriften
DE 198 16 266 A1 undDE 198 19 123 A1 begegnet, indem das Luftführungssystem so ausgebildet ist, dass die Abgasrückführungskanäle des zweiten Systemzweigs mittels einzelner Ventile gegenüber den Luftansaugkanälen des ersten Systemzweigs verschließbar sind. - Des weiteren ist aus der Druckschrift
DE 199 08 962 A1 eine Brennkraftmaschine mit einem kombinierten Luftansaug- und Abgasrückführungssystem bekannt, wobei zur Vermeidung einer gasdynamischen Beeinflussung ein die Abgasrückführungskanäle gemeinsam schaltendes Tellerventil vorgesehen ist, das im geschlossenen Zustand die Verbindung zwischen mindestens zwei Abgasrückführungskanälen unterbricht. - Diese Ventile haben jedoch den Nachteil, dass sie kompliziert aufgebaut sind und durch das rückgeführte Abgas stark verschmutzen, wodurch sie äußerst störanfällig sind.
- Weiterhin zeigt die WO 97/13967 eine Brennkraftmaschine mit einem kombinierten Luftansaug- und Abgasrückführungssystem mit einer ersten und einer zweiten Drosselklappe im Luftansaugsystem und einer dritten Drosselklappe im Abgasrückführungssystem. Um das gewünschte Verhältnis von Luft und Abgas einzustellen, werden diese drei Drosselklappen in der Größe aufeinander abgestimmt und in einer vorbestimmten Weise zueinander betätigt.
- Die Verwendung derart vieler Drosselvorrichtungen bedeutet jedoch einen hohen technischen Aufwand.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Luftführungssystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine zu konzipieren, das ohne solche störanfälligen Ventile auskommt und zusätzlich zu keinen wesentlichen Drehmoment- und Leistungsverlusten der Brennkraftmaschine führt.
- Gelöst wird die Aufgabe durch ein Luftführungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Indem die Kanallängen des ersten und des zweiten Systemzweigs einander entsprechen, wird ein Druckausgleich zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine auch ohne zwischengeschaltete Ventilmittel wirkungsvoll verhindert. Denn die Kanallängen des ersten Systemzweigs zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine sind im Allgemeinen so dimensioniert, dass der erste Systemzweig schwingfähig ist und bei entsprechender Dimensionierung der Kanallängen des zweiten Systemzweigs ist dieser ebenfalls schwingfähig, wobei diese Schwingungen innerhalb der beiden Systemzweige einem Druckausgleich untereinander beziehungsweise zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine entgegenwirken.
- Hierbei sind geeignete Kanallängen, die das Drehmomentverhalten der Brennkraftmaschine positiv beeinflussen, in erster Linie vom Querschnittsverlauf sowie von den Materialeigenschaften des Kanals abhängig und können mittels bekannter Berechnungsmethoden, Simulationsprogrammen oder Messungen an der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
- Ist der erste Systemzweig darüber hinaus so ausgebildet, dass er unterschiedliche schaltbare Kanallängen aufweist, wobei die Brennkraftmaschine zur Erhöhung des Drehmoments im unteren Drehzahlbereich über die langen Kanäle und im oberen Drehzahlbereich über die kurzen und die langen Kanäle mit Frischluft versorgt wird, so wird weiterbildungsgemäß vorgeschlagen, dass beide Systemzweige jeweils unterschiedliche schaltbare Kanallängen aufweisen, die einander wiederum entsprechen, wobei die Umschaltung des ersten und des zweiten Systemzweigs synchron erfolgt. Somit kann auch bei einem Luftführungssystem mit einem schaltbaren ersten Systemzweig zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine ein schwingungsgleicher zweiter Systemzweig bereitgestellt und einem Druckausgleich zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine entgegengewirkt werden.
- Vorteilhaft ist für die Umschaltung des ersten und des zweiten Systemzweigs eine gemeinsame Steuereinrichtung und idealerweise auch ein gemeinsames Schaltelement, wie zum Beispiel eine Schaltwalze oder eine Schaltklappenwelle vorgesehen. Denn damit ist in jedem Fall gewährleistet, dass die Umschaltung der beiden Systemzweige auch tatsächlich synchron erfolgt.
- Der zweite Systemzweig zum Zuführen von Abluft kann ein Motorgehäusebeziehungsweise ein Zylinderkopfentlüftungssystem sein.
- Zweckmäßig ist der zweite Systemzweig zum Zuführen von Abluft jedoch ein Abgasrückführungssystem, da moderne verbrauchsgünstige Brennkraftmaschinen meist mit hohen Abgasrückführungsraten betrieben werden, wobei das rückgeführte Abgas auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine gleichmäßig verteilt werden muss.
- Besonders zweckmäßig mündet der zweite Systemzweig kurz vor den Einlassventilen der Brennkraftmaschine in den ersten Systemzweig ein. Dadurch können Verunreinigungen des ersten Systemzweigs durch die im zweiten Systemzweig geförderte Abluft weitgehendst vermieden werden. Denn insbesondere dann, wenn der zweite Systemzweig zur Rückführung von Abgas dient, droht sonst eine starke Verschmutzung des ersten Systemzweigs.
- Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 Eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Luftführungssystem, das einen ersten und einen zweiten Systemzweig aufweist; -
2 eine erste Ausführungsform des zweiten Systemzweigs aus1 ; -
3 eine zweite Ausführungsform des zweiten Systemzweigs aus1 ; -
4 eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Luftführungssystem das einen gegenüber1 alternativ ausgebildeten zweiten Systemzweig aufweist; und -
5 eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Luftführungssystem, das einen weiteren gegenüber1 alternativ ausgebildeten zweiten Systemzweig aufweist. - Die mehrzylindrige Brennkraftmaschine
1 weist ein Luftführungssystem2 mit einem ersten Systemzweig3a zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern4 der Brennkraftmaschine1 und mit einem zweiten Systemzweig3b zum Zuführen von Abluft – hier rückgeführtem Abgas – zu den einzelnen Zylindern4 der Brennkraftmaschine1 auf. - Der erste Systemzweig
3a weist einen Luftsammler5a auf, der über nicht dargestellte Leitungen mit Frischluft versorgt wird. Vom Luftsammler5a gehen pro Zylinder4 jeweils zwei Kanäle6a und6a' mit unterschiedlichen Längen L1, L2 aus. Stromab des Luftsammlers5a vereinigen sich der kurze Kanal6a und der lange Kanal6a' zu einem gemeinsamen Kanal7a , der bis an die Brennkraftmaschine1 herangeführt ist. Zur Umschaltung ist im kurzen Kanal6a ein Schaltelement8a vorgesehen, das als eine auf einer Welle gelagerte Klappe ausgebildet ist, so dass bei geöffneter Klappe die Brennkraftmaschine1 über den kurzen Kanal6a sowie über den langen Kanal6a' und bei geschlossener Klappe über den langen Kanal6a' mit Frischluft versorgt wird. - Der in
1 dargestellte zweite Systemzweig3b weist ebenfalls einen Luftsammler5b auf, der über eine Abgasrückführungsleitung9 , innerhalb der ein zusätzliches Abgasrückführungsventil10 vorgesehen ist, mit aus den Zylindern4 der Brennkraftmaschine1 rückgeführtem Abgas versorgt wird. Dabei ist das zusätzliche Abgasrückführungsventil10 geöffnet, wenn eine Rückführung des Abgases erfolgen soll und geschlossen, wenn keine Rückführung des Abgases erfolgen soll. Von dem Luftsammler5b des zweiten Systemzweigs3b gehen wie beim ersten Systemzweig3a pro Zylinder4 zwei Kanäle6b ,6b' mit unterschiedlichen Längen L1, L2 aus, wobei diese Kanallängen L1, L2 den Kanallängen L1, L2 des ersten Systemzweigs3a entsprechen. Die beiden Kanäle6b ,6b' vereinigen sich stromab des Luftsammlers5b wieder zu einem gemeinsamen Kanal7b , der kurz vor den Einlassventilen11 der Brennkraftmaschine1 in einen der gemeinsamen Kanäle7a des ersten Systemzweigs3a einmündet. Die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Kanallängen L1, L2 erfolgt beim zweiten Systemzweig3b wie beim ersten Systemzweig3a , indem innerhalb des kurzen Kanals6b eine auf einer Welle gelagerte Klappe als Schaltelement8b vorgesehen ist. Je nachdem, ob die Klappe nun geöffnet oder geschlossen ist, wird das rückgeführte Abgas über den kurzen Kanal6b und über den langen Kanal6b' oder nur über den langen Kanal6b' zu einem einzelnen Zylinder4 der Brennkraftmaschine1 geleitet. - Die beiden Schaltelemente
8a ,8b der beiden Systemzweige3a ,3b werden mittels einer vereinfacht dargestellten Steuereinrichtung12 gemeinsam angesteuert, so dass eine synchrone Umschaltung von den kurzen und langen Kanallängen L1, L2 auf die langen Kanallängen L2 erfolgen kann. Die Kanallängen L1 und L2 erstrecken sich dabei jeweils von den Luftsammlern5a ,5b bis zu den von den Einlassventilen11 beherrschten Einlassöffnungen der Brennkraftmaschine1 . - Bei der in
2 dargestellten ersten Ausführungsform des zweiten Systemzweigs3b aus1 werden die unterschiedlichen Kanallängen L1, L2 pro Zylinder4 jeweils mittels eines eigenen Schaltelements8b umgeschaltet, während bei der in3 dargestellten zweiten Ausführungsform des zweiten Systemzweigs3b aus1 die unterschiedlichen Kanallängen L1, L2 aller Zylinder4 mittels eines gemeinsamen Schaltelements8b umgeschaltet werden. - Die in
4 gezeigte Alternative des zweiten Systemzweigs3b der mehrzylindrigen Brennkraftmaschine1 sieht für die beiden Kanäle6b ,6b' keinen gemeinsamen Luftsammler vor, sondern weist für die kurzen Kanäle6b ein eigenes Sammelvolumen13 und für die langen Kanäle6b' eine direkte Verbindung mit der Abgasrückführungsleitung9 der Brennkraftmaschine1 auf. Ganz ähnlich sieht der in5 gezeigte zweite Systemzweig3b aus, da dort die kurzen Kanäle6b eine direkte Verbindung zu der Abgasrückführungsleitung9 der Brennkraftmaschine1 haben und die langen Kanäle6b' ein eigenes Sammelvolumen13' aufweisen. Daher erstrecken sich die Kanallängen L1 und L2 dort von den Luftsammlern5a ,5b beziehungsweise von dem Abgasrückführungsventil10 bis zu den von den Einlassventilen11 beherrschten Einlassöffnungen der Brennkraftmaschine1 .
Claims (7)
- Luftführungssystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem ersten Systemzweig zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine und einem zweiten Systemzweig zum Zuführen von Abluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanallängen (L1, L2) des ersten Systemzweigs (
3a ) und die Kanallängen (L1, L2) des zweiten Systemzweigs (3b ) einander entsprechen. - Luftführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Systemzweig (
3a ) und der zweite Systemzweig (3b ) pro Zylinder (4 ) jeweils unterschiedliche schaltbare Kanallängen (L1, L2) aufweisen, wobei die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Kanallängen (L1, L2) des ersten Systemzweigs (3a ) und den unterschiedlichen Kanallängen (L1, L2) des zweiten Systemzweigs (3b ) synchron erfolgt. - Luftführungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Kanallängen (L1, L2) des ersten Systemzweigs (
3a ) und den unterschiedlichen Kanallängen (L1, L2) des zweiten Systemzweigs (3b ) eine gemeinsame Steuereinrichtung (12 ) vorgesehen ist. - Luftführungssystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Kanallängen (L1, L2) des ersten Systemzweigs (
3a ) und den un terschiedlichen Kanallängen (L1, L2) des zweiten Systemzweigs (3b ) ein gemeinsames Schaltelement (8 ) vorgesehen ist. - Luftführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Systemzweig (
3b ) zum Zuführen von Abluft ein Motorgehäuse- beziehungsweise ein Zylinderkopfentlüftungssystem ist. - Luftführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Systemzweig (
3b ) zum Zuführen von Abluft ein Abgasrückführungssystem ist. - Luftführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Systemzweig (
3b ) kurz vor den Einlassventilen (11 ) der Brennkraftmaschine (1 ) in den ersten Systemzweig (3a ) einmündet.
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- 2000-04-06 DE DE10017204A patent/DE10017204B4/de not_active Expired - Fee Related
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