DE10017204B4

DE10017204B4 - Luftführungssystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10017204B4
Application number: DE10017204A
Authority: DE
Inventors: Alfred Ottowitz
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: DE10017204A1

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 und DE 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 aus 1;
3 eine zweite Ausführungsform des zweiten Systemzweigs aus 1;
4 eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Luftführungssystem das einen gegenüber 1 alternativ ausgebildeten zweiten Systemzweig aufweist; und
5 eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Luftführungssystem, das einen weiteren gegenüber 1 alternativ ausgebildeten zweiten Systemzweig aufweist.
Die mehrzylindrige Brennkraftmaschine 1 weist ein Luftführungssystem 2 mit einem ersten Systemzweig 3a zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern 4 der Brennkraftmaschine 1 und mit einem zweiten Systemzweig 3b zum Zuführen von Abluft – hier rückgeführtem Abgas – zu den einzelnen Zylindern 4 der Brennkraftmaschine 1 auf.
Der erste Systemzweig 3a weist einen Luftsammler 5a auf, der über nicht dargestellte Leitungen mit Frischluft versorgt wird. Vom Luftsammler 5a gehen pro Zylinder 4 jeweils zwei Kanäle 6a und 6a' mit unterschiedlichen Längen L₁, L₂ aus. Stromab des Luftsammlers 5a vereinigen sich der kurze Kanal 6a und der lange Kanal 6a' zu einem gemeinsamen Kanal 7a, der bis an die Brennkraftmaschine 1 herangeführt ist. Zur Umschaltung ist im kurzen Kanal 6a ein Schaltelement 8a vorgesehen, das als eine auf einer Welle gelagerte Klappe ausgebildet ist, so dass bei geöffneter Klappe die Brennkraftmaschine 1 über den kurzen Kanal 6a sowie über den langen Kanal 6a' und bei geschlossener Klappe über den langen Kanal 6a' mit Frischluft versorgt wird.
Der in 1 dargestellte zweite Systemzweig 3b weist ebenfalls einen Luftsammler 5b auf, der über eine Abgasrückführungsleitung 9, innerhalb der ein zusätzliches Abgasrückführungsventil 10 vorgesehen ist, mit aus den Zylindern 4 der Brennkraftmaschine 1 rückgeführtem Abgas versorgt wird. Dabei ist das zusätzliche Abgasrückführungsventil 10 geöffnet, wenn eine Rückführung des Abgases erfolgen soll und geschlossen, wenn keine Rückführung des Abgases erfolgen soll. Von dem Luftsammler 5b des zweiten Systemzweigs 3b gehen wie beim ersten Systemzweig 3a pro Zylinder 4 zwei Kanäle 6b, 6b' mit unterschiedlichen Längen L₁, L₂ aus, wobei diese Kanallängen L₁, L₂ den Kanallängen L₁, L₂ des ersten Systemzweigs 3a entsprechen. Die beiden Kanäle 6b, 6b' vereinigen sich stromab des Luftsammlers 5b wieder zu einem gemeinsamen Kanal 7b, der kurz vor den Einlassventilen 11 der Brennkraftmaschine 1 in einen der gemeinsamen Kanäle 7a des ersten Systemzweigs 3a einmündet. Die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Kanallängen L₁, L₂ erfolgt beim zweiten Systemzweig 3b wie beim ersten Systemzweig 3a, indem innerhalb des kurzen Kanals 6b eine auf einer Welle gelagerte Klappe als Schaltelement 8b vorgesehen ist. Je nachdem, ob die Klappe nun geöffnet oder geschlossen ist, wird das rückgeführte Abgas über den kurzen Kanal 6b und über den langen Kanal 6b' oder nur über den langen Kanal 6b' zu einem einzelnen Zylinder 4 der Brennkraftmaschine 1 geleitet.
Die beiden Schaltelemente 8a, 8b der beiden Systemzweige 3a, 3b werden mittels einer vereinfacht dargestellten Steuereinrichtung 12 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 Luftsammlern 5a, 5b bis zu den von den Einlassventilen 11 beherrschten Einlassöffnungen der Brennkraftmaschine 1.
Bei der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform des zweiten Systemzweigs 3b aus 1 werden die unterschiedlichen Kanallängen L₁, L₂ pro Zylinder 4 jeweils mittels eines eigenen Schaltelements 8b umgeschaltet, während bei der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform des zweiten Systemzweigs 3b aus 1 die unterschiedlichen Kanallängen L₁, L₂ aller Zylinder 4 mittels eines gemeinsamen Schaltelements 8b umgeschaltet werden.
Die in 4 gezeigte Alternative des zweiten Systemzweigs 3b der mehrzylindrigen Brennkraftmaschine 1 sieht für die beiden Kanäle 6b, 6b' keinen gemeinsamen Luftsammler vor, sondern weist für die kurzen Kanäle 6b ein eigenes Sammelvolumen 13 und für die langen Kanäle 6b' eine direkte Verbindung mit der Abgasrückführungsleitung 9 der Brennkraftmaschine 1 auf. Ganz ähnlich sieht der in 5 gezeigte zweite Systemzweig 3b aus, da dort die kurzen Kanäle 6b eine direkte Verbindung zu der Abgasrückführungsleitung 9 der Brennkraftmaschine 1 haben und die langen Kanäle 6b' ein eigenes Sammelvolumen 13' aufweisen. Daher erstrecken sich die Kanallängen L₁ und L₂ dort von den Luftsammlern 5a, 5b beziehungsweise von dem Abgasrückführungsventil 10 bis zu den von den Einlassventilen 11 beherrschten Einlassöffnungen der Brennkraftmaschine 1.

Claims

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.