DE10020003B4

DE10020003B4 - Saugrohr für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10020003B4
Application number: DE10020003A
Authority: DE
Inventors: Murat Dipl.-Ing. Serifsoy; Georg Dipl.-Ing. Faltermeier
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2000-04-22
Filing date: 2000-04-22
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2020-04-23
Also published as: DE10020003A1

Abstract

Saugrohr für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit einem Sammelrohr, von dem je Zylinder zumindest ein Einzelrohr abzweigt, welche Einzelrohre an einem zylinderkopfseitigen Anschlussflansch enden, wobei über Schaltmittel die wirksamen Einzelrohrlängen last- und/oder drehzahlabhängig in zumindest zwei Abmessungen (I₁, I₂) steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Beginns der kürzesten Abmessung (I₁) die Einzelrohre (20) durch Verbindungen (38) zusätzlich untereinander strömungstechnisch verbunden sind, dass die Verbindungen (38) durch zusätzliche Schaltmittel (40) steuerbar sind und dass die Verbindungen (38) im nahezu gesamten Teillastbereich der Brennkraftmaschine geöffnet und bei Volllast oder nahezu Volllast geschlossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Saugrohr für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die EP 0 801 223 A1 zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem Methaneinspritzsystem, bei dem die Methaneinspritzdüsen untereinander verbunden sind.
Weiterhin zeigt die DE 32 24 946 A1 eine Register-Luftansauganlage für Mehrzylinder-Einspritz-Brennkraftmaschinen.
Unter dem Begriff Schaltsaugrohre sind Saugrohre der gattungsgemäßen Art bekannt, bei denen durch entsprechende Konfiguration der Einzelrohre in Verbindung mit einem Sammelrohr durch Schaltmittel, wie z. B. Klappen, unterschiedliche Saugrohrlängen zur Wirkung gelangen. Im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine werden längere wirksame Einzelrohre zur Schwingrohraufladung und im oberen Drehzahlbereich kürzere Saugrohrlängen ggf. größeren Querschnittes zur möglichst ungedrosselten Verbrennungsluft-Zufuhr geschaltet. Auch drei unterschiedliche Saugrohrlängen oder stufenlos variable Saugrohrlängen wurden schon vorgeschlagen. Alle diese Maßnahmen dienen der Füllungsgraderhöhung bzw. zur Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Saugrohr der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, mit dem zusätzlich Verbrauchsvorteile insbesondere im Teillastbereich erzielbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass hinsichtlich des Brennstoff-Verbrauchs der Brennkraftmaschine in der Teillast ein Zusammenwirken sämtlicher Steuerungsparameter der Brennkraftmaschine zu sehen ist und das z. B. bei höheren Füllungen die Ladungswechselverluste ansteigen können. Ggf. kann ferner durch die Klopfregelung der Brennkraftmaschine eine Zündzeitpunktverschiebung nach spät gesteuert werden, die sowohl Verbrauchsnachteile als auch ggf. ein unerwünschtes Ansteigen der Abgastemperaturen bewirken kann. Andererseits soll in der Volllast bei niedriger Drehzahl eine wirkungsvolle Schwingrohraufladung mit der damit verbundenen Drehmomenterhöhung vorliegen. Exakt diesen Zusammenhängen trägt die Erfindung Rechnung, in dem sie in der Teillast zusätzlich eine „ultrakurze” Saugrohrlänge zuschaltet, die den Schwingrohraufladeeffekt definiert vermindert und die bei Volllast der Brennkraftmaschine weggeschaltet wird. In der Volllast sind dann die geometrisch vorgegebenen Saugrohrlängen wie an sich bekannt wirksam.
Die Verbindung zwischen den Einzelrohren können bevorzugt in einem Zwischenflansch ausgebildet sein, der ggf. auch die Einspritzdüsen für die Brennstoffversorgung der Brennkraftmaschine und/oder Ladungssteuerungsklappen aufnimmt. Daraus resultiert eine fertigungstechnisch einfache Konstruktion, wobei die Verbindungen durch eingebohrte oder eingegossenen Kanäle gebildet sein können, die durch in Querbohrungen angeordnete Drehschieber verschließbar sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in
1 einen Längsschnitt durch ein Saugrohr mit Zwischenflansch für eine Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit einem Sammelrohr, je Zylinder einem Einzelrohr mit zwei schaltbaren Längen und Verbindungskanälen im Zwischenflansch;
2 das Saugrohr gemäß 1 in einer Draufsicht;
3 einen Teilschnitt durch den Zwischenflansch gemäß den 1 und 2 entlang der Linie III-III der 4;
4 einen weiteren Teilschnitt durch den Zwischenflansch entlang den Verbindungskanälen gemäß Linie IV-IV der 3; und
5 eine Grafik des Drehmomentverlaufs der Brennkraftmaschine bei Volllast, die den Öffnungszustand der Verbindungskanäle beschreibt.
Die 1 und 2 zeigen ein Saugrohr 10 für ein Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf 12, in dem je Zylinder der Brennkraftmaschine zumindest ein Einlasskanal 14 ausgebildet ist, der in bekannter Weise über ein Gaswechsel-Einlassventil 16 gesteuert ist.
Das Saugrohr 10 setzt sich im wesentlichen aus einem Sammelrohr 18 und je Zylinder einem Einzelrohr 20 zusammen. Die Einzelrohre 20 sind über auf- und zusteuerbare Klappen 22 in zwei wirksame Längen schaltbar; nämlich bei offenen Klappen 22 in eine kurze Länge I₁ (vgl. 1) und bei geschlossenen Klappen 22 in eine Länge I₂, die aufgrund der längeren Gassäule eine Schwingrohraufladung der Brennkraftmaschine bewirkt.
Die Klappen 22 werden mittels eines Stellmotors 24 über ein nicht dargestelltes elektronisches Steuergerät abhängig von der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine gesteuert. Ferner ist im Sammelrohr 18 eine willkürlich steuerbare Drosselklappe 26 zur Leistungssteuerung der Brennkraftmaschine angeordnet.
Das Saugrohr 10 ist über einen Zwischenflansch 28 dicht an eine Anschlussfläche des Zylinderkopfes 12 angeschlossen.
In dem Zwischenflansch 28 (vgl. auch die 3 und 4) sind je Zylinder der Brennkraftmaschine ein mit dem Einlasskanal 14 kommunizierende Durchgangsbohrung 30 und eine Aufnahmekonsole 32 für ein Brennstoff-Einspritzventil 34 der Brennstoffzumess-Einrichtung (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine angeordnet.
Ggf. können in dem Zwischenflansch 28 auch Ladungssteuerungsklappen angeordnet sein, die in an sich bekannter Weise im Teillastbereich der Brennkraftmaschine einen Drall oder Tumbleeffekt der in die Zylinder einströmenden Verbrennungsluft bewirken. Ist die Brennkraftmaschine direkteinspritzend (Einspritzdüsen im Zylinderkopf), so sind in dem Zwischenflansch 28 keine Einspritzdüsen 34 vorgesehen.
Ferner sind stromauf der Mündungsstelle (bei 36 – 3) der Einspritzdüsen 34 jedoch stromab des Beginns der kürzesten Saugrohrlänge I₁ Verbindungskanäle 38 definierten Querschnittes vorgesehen, die die Durchgangsbohrungen 30 miteinander verbinden. Die Verbindungskanäle 38 liegen – wie ersichtlich – nahe den Einlasskanälen 14 im Zylinderkopf 12 und bilden somit quasi eine „ultrakurze” Saugrohrlänge I₃ (3), die aufgrund der Verbrennungsluft-Zufuhr über die jeweils benachbarten Durchgangsbohrungen 30 das Schwingungsverhalten der Gassäule beeinflusst.
In dem Zwischenflansch 28 sind jeweils zwischen benachbarten Durchgangsbohrungen 30 und die Verbindungskanäle 38 durchstoßend Querbohrungen 42 eingearbeitet, in die rohrförmige Drehschieber 40 mit diametral gegenüberliegenden Fenstern 40a drehbar eingesetzt sind. Die drei Drehschieber 40 sind über ein Gestänge 44 (2) und eine z. B. elektromagnetische Stelleinheit 46 derart verdrehbar, dass entweder die Verbindungskanäle 38 geöffnet oder geschlossen sind. Die Stelleinheit 46 kann ebenfalls über das elektronische Steuergerät (nicht dargestellt) gesteuert werden.
In der Grafik gemäß 5 ist in ausgezogener Linie die Drehmomentkurve der Brennkraftmaschine bei Volllast und über der Drehzahl n dargestellt; die gestrichelte Linie bezeichnet eine nahezu Volllaststellung der Drosselklappe 26. Die senkrechte Linie grenzt den Drehzahlbereich (beispielsweise bis 4.000 min^–1) ein, in dem die Klappen 22 geschlossen und somit die Saugrohrlänge 12 für die Schwingrohraufladung wirksam ist; oberhalb dieses Drehzahl-Bereiches sind die Klappen 22 geöffnet und somit die kurze Saugrohrlänge I₁ geschaltet.
Der schraffierte Bereich der Grafik beschreibt den Öffnungszustand der Verbindungskanäle 38. Dementsprechend sind die Drehschieber 40 über die Stelleinheit 46 stets bis zum Erreichen der nahezu Vollaststellung der Drosselklappe 26 im Sammelrohr 18 des Saugrohres 10 aufgesteuert; d. h., sie sind zum größten Teil nur abhängig von der Last α der Brennkraftmaschine gesteuert.
Eine Abweichung kann ggf. im leerlaufnahen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine vorliegen, bei dem ggf. andere Kriterien überwiegen können.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Selbstverständlich können auch andere Konstruktionen des Saugrohres 10 ggf. mit mehr als einem Schaltmittel (Klappen 22) oder anderen geometrischen Verhältnissen verwendet sein. Die zwischen den Einzelrohren 20 vorliegenden Verbindungen 38 können auch am Saugrohr 10 selbst in dessen flanschnahem Bereich vorgesehen sein; anstelle von Kanälen können auch entsprechende Verbindungsleitungen verwendet sein. Bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Einlasskanälen 14 je Zylinder und mehreren, in den Zylinderkopf 12 mündenden Einzelrohren des Saugrohres 10 können die Verbindungskanäle auch jeweils beide Einzelrohre je Zylinder verbinden.

Claims

Saugrohr für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit einem Sammelrohr, von dem je Zylinder zumindest ein Einzelrohr abzweigt, welche Einzelrohre an einem zylinderkopfseitigen Anschlussflansch enden, wobei über Schaltmittel die wirksamen Einzelrohrlängen last- und/oder drehzahlabhängig in zumindest zwei Abmessungen (I₁, I₂) steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Beginns der kürzesten Abmessung (I₁) die Einzelrohre (20) durch Verbindungen (38) zusätzlich untereinander strömungstechnisch verbunden sind, dass die Verbindungen (38) durch zusätzliche Schaltmittel (40) steuerbar sind und dass die Verbindungen (38) im nahezu gesamten Teillastbereich der Brennkraftmaschine geöffnet und bei Volllast oder nahezu Volllast geschlossen sind.
Saugrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen (38) an einem Zwischenflansch (28) ausgebildet sind.
Saugrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenflansch (28) auch die Einspritzdüsen (34) für die Brennstoffversorgung der Brennkraftmaschine und/oder Ladungssteuerungsklappen aufnimmt, wobei die Verbindungen (38) stromauf der Mündungen (36) der Einspritzventile (34) und/oder der Ladungssteuerungsklappen positioniert sind.
Saugrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen durch Verbindungskanäle (38) gebildet sind.
Saugrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle (38) durch in Querbohrungen (42) angeordnete Drehschieber (40) verschließbar sind.