DE3416950A1

DE3416950A1 - Luftansaugvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3416950A1
Application number: DE19843416950
Authority: DE
Inventors: Keiso Susono Shizuoka Takeda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1984-05-08
Publication date: 1985-01-24
Also published as: DE3416950C2; US4538556A

Description

Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine . Luf tansaHigVörricfef ^:..^;; _; tung für eine BrennkraftmascJilne. . ''■ :t'

Eine Luftansaugvorrichtung einer Brennkraftmßschine,die ^ die dynamischen Effekte der Luftströmung zi?r Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades deg Motors ·^Γ ausnützt, ist zum Beispiel aus der japanischen Patentveröffentlichung 47-43 37 4 vom 2. November 1972 und der japanischen Patentveröffentlichung 55-87 82 1 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung umfaßt einen Behälter, der ein Volumen ausbildet und sich entlang einer Einlaßleitung erstreckt, ein in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Behälter und der Einlaßleitung angeordnetes Ventil, und eine Ventilbetätigungseinrichtung zur öffnung oder Schließung des Ventils in Abhängigkeit von der Motorlast. Diese Anordnung ermöglicht eine Verbesserung der Motorleistung.

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Die Untersuchung der Wirkungsweise einer solchen Vorrichtung hat ergeben, daß eine Lufteinlaßleitung stromauf eines Luftfilters so kurz als möglich sein sollte, um eine größtmögliche Verbesserung des dynamischen Effekts zu erhalten. Es hat sich jedoch auch herausgestellt, daß das Geräusch, das von der Luftansaugung herrührt, ansteigt, wenn die Ansaugleitung stromauf des Luftfilters zu kurz ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die die Leistung des Motors durch die beste Ausnützung des dynamischen Effekts verbessert und das Geräusch von der Luftansaugung vermindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil vom Patentanspruch 1 gelöst. 20

Hierbei hat die erfindungsgemäße Ansaugvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eine Luftansaugleitung, die sich von einem Luftfilter zu einem Ansaugkrümmer erstreckt, und einen Behälter, der e±n Volumen ausbildet, sowie eine erste Leitung, die einen ersten Durchgang bildet und den Behälter mit der Luftansaugleitung verbindet und eine zweite Leitung, die einen zweiten Durchgang bildet und den Behälter mit der Luftansaugleitung verbindet. Der erste und zweite Durchgang münden in Bezug aufeinander an verschiedenen Stellen in die Ansaugleitung, und die Querschnittsfläche des zweiten Durchgangs ist kleiner als diejenige des ersten. In dem ersten Durchgang ist ein Ventil zusammen mit einer Ventilbetätigungseinrichtung, die auf einen Motorbetriebszustand anspricht, angeordnet. Die Querschnittsfläche des ersten Durchgangs

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ist vorzugsweise gleich oder größer als diejenige der Ansaugleitung, und die Querschnittsfläche des zweitep · g Durchgangs ist im wesentlichen gleich oder kleiner als ungefähr ein Zehntel derjenigen des ersten Durchgangs. .>■ Der zweite Durchgang öffnet sich vorzugsweise an einer Stelle in die Luftansaugleitung, die näher bei dem Luftfilter liegt als eine Stelle, an der der erste Durchgang. in die Luftansaugleitung mündet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, nachstehend ^ anhand schematischer Zeichnungen ausführlich erläutert. Es zeigen:

· ^:-~ ■■'■■'[ "i .: *' Figur 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen · l·-

Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, ' ■:.[■■ -^: 2

2Q Figur 2 einen Graph für Kurven des volumetrischen Wirkungsgrades über der Motordrehzahl,

Figur 3 einen Graph für Schalldruckpegelkurven über der -^v Motordrehzahl,

■ "' Figur 4 einen Figur 2 ähnlichen Graph zur Darstellung

der Ventilbetätigung,

Figur 5 einen Graph für Kurven des volumetrischen on Wirkungsgrades über der Motorlast, und

Figur 6 einen Graph, der den Bereich darstellt, in dem das Ventil betätigt wird.

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Gemäß Figur 1 sind eine Luftreinigungsvorrichtung bzw. ein Luftfilter 1, ein Ansaugrohr bzw. eine Ansaugleitung

2 und Ansaugkrümmer 3 in Reihe miteinander verbunden 5

und bilden einen herkömmlichen Luftansaugweg, in dem die Luft in Richtung des Pfeils P zu einem Verbrennungsmotor 100 strömt. Erfindungsgemäß erstreckt sich ein Behälter 4, der ein konstantes Volumen bildet, entlang der Ansaugleitung 2. Der Behälter 4 und die Ansaugleitung 2 sind durch zwei Leitungen 5 und 6 miteinander verbunden. Die Querschnittsfläche der Leitung 5 (dargestellt durch den Durchmesser L) ist im wesentlichen gleich oder größer derjenigen der Ansaugleitung 2 (dargestellt durch

den Durchmesser L¹). Die Leitung 6 ist stromauf der 15

Leitung 5 angeordnet, d.h. zwischen dem Behälter 4 und der Ansaugleitung 2 an einer Stelle eingebunden, die dem Luftfilter 1 näher liegt als diejenige Stelle, an der sich die Leitung 5 in die Ansaugleitung 2 öffnet;

Sie hat ferner eine kleinere Querschnittsfläche (dargc-20

stellt durch den Durchmesser L") als die Leitung 5.

Das Verhältnis der Querschnittsflächen zwischen den beiden Leitungen 5 und 6 beträgt vorzugsweise ungefähr ein Zehntel, wobei der Durchmesser L der Leitung 5 ca.

60 mm und djr Durchmesser L" der Leitung 6 ca. 20 mm 25

beträgt. Di^se beiden Leitungen 5 und 6 bilden Luftwege zwischen dem Behälter 4 und der Ansaugleitung 2.

Auf der behälterseitig gelegenen öffnung des durch die Leitung 5 dafinierten Luftwegs ist ein Steuerventil 7 angeordnet, das durch eine Betätigungseinrichtung 8 betätigt wird, die eine Unterdruckmembraneinrichtung umfaßt, wobei eine Membran 8a in einem Gehäuse 8b eingebaut ist. Das Ventil 7 ist über eine Ventilstange 8c

an der Membran 8a befestigt. Die Vorrichtung hat eine 35

durch die Membran 8a und das Gehäuse 8b begrenzte Unter-

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druckkammer 8d. Eine Druckfeder 8e drückt die Membran 8a in die Richtung, in der das Ventil 7 geschlossen ist, Wenn in die Kammer 8d Unterdruck geführt wird, öffnet

sich das Ventil 7 gegen die Kraft der Feder 8e. Der, ;_; ■■■ Unterdruck wird aus einem Unterdruckbehälter 11 über_:-_; ein Magnetventil 12 zugeführt, das von einer■Steuerein- '. heit 13 gesteuert wird, die auf der Basis eines Eingangs,,,-der den Motorlastzustand darstellt, beispielsweise eines '.%^' Eingangs, der zum Beispiel durch einen Motordrehzahl*· ^i-' fühler l^l\ und einen Drosselklappenstellungsfühler 24 ' .:, < gegeben ist, ein Steuersignal für das Magnetventil 12 erzeugt. Das Magnetventil 12 läßt eine Verbindung zwischen ]5 der Unterdruckkammer 8d und dem Unterdruckbehälter 11.

zu, wenn das Ventil 7 geöffnet werden soll, und ermög-\ ■;.-.·,-■ licht eine Verbindung der Unterdruckkammer 8d mit der , Atmosphäre, wenn das Ventil 7 geschlossen werden soll. ■'■■_" Der Unterdruckbehälter 11 kann mit dem Ansaugkrüromer 3 ^; <■■ als Unterdruckquelle durch ein Rückschlagventil 15 ." ■ ■■"-"/..; verbunden sein. Eine Drosselklappe 18 ist nahe des ■ ■·■ Ansaugkrümmers 3 in der Ansaugleitung 2 angeordnet. Die Kraftstoffzuführeinrichtung kann jegliche herkömmliche Arten umfassen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Kraftstoffeinspritzer 20, ein sogenannter Einheiteinspritzertyp, zwischen der Drosselklappe 18 und der öffnung der Leitung 5 in der Ansaugleitung 2 angeordnet.

Figur 2 zeigt zwei typische Kurven A und B des volumetrischen Wirkungsgrades über der Motordrehzahl. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß sich eine solche Wirkungsgradkurve, wie durch A oder B dargestellt, in Abhängigkeit von der effektiven, tatsächlichen Leitungslänge zwischen einem konvergenten Ende 9 des Luftfilters 1 und (über die Einlaßleitung 2) dem Ansaugkrümmer 3 ändert, je nach einer spezifischen Motorkonstruktion,

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. da die Ausbildung .des Volumens in dem Behälter 4 und des Durchgangs in der Leitung 5 zur Änderung der Länge der Ansaugleitung 2 dient, verglichen mit einer Vorrichtung, bei welcher ein solches Volumen nicht vorgesehen ist.

Die Kurve A ist eine typische Darstellung des volumet- IQ rischen Wirkungsgrades, wenn das Ventil 7 geschlossen

ist, während Kurve B typisch den volumetrischen Wirkungsgrad bei geöffnetem Ventil 7 darstellt. Es ist somit offensichtlich, daß die Motorleistung verbessert wird, wenn das Steuerventil 7 gemäß Figur 2 so gesteuert wird, IQ daß sich eine neue überlagerte Kurve ergibt, die jeden Spitzenbereichabschnitt der Kurven A und B umfaßt.

Wie zuvor erwähnt, lassen sich solche Eigenschaften am besten verwirklichen, indem die Länge einer Lufteinlaßleitung bzw, einer Nase 10, die stromauf des Luftfilters angeordnet ist, verringert wird. Die Länge von dem offenen Ende der Leitung 10 zum Luftfilter beträgt vorzugsweise 10 cm. Dies führt jedoch zu einem Anstieg des Luftansauggeräusches. Erfindungsgemäß soll dieses Geräusch verringert und die Motorleistung verbessert werden.

Figur 3 zeigt Kurven, die den Schalldruckpegel des Ansauggeräusches über der Motordrehzahl darstellen. Wie die Kurve D zeigt, ist das Geräusch verstärkt, wenn das Ventil 7 geschlossen ist, da bei geöffnetem Ventil 7 das Geräusch durch das Volumen des Behälters 4 in gewissem Maße absorbiert wird. Dieses Geräusch kann auf den durch die Kurve E angezeigten Pegel verringert werden

gg und somit innerhalb des zulässigen Pegels C liegen, indem der enge Durchtritt der Leitung 6 vorgesehen wird. Wie

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offensichtlich ist, bilden das Volumen in dem Behälter 4 und der enge Durchtritt der Leitung 6. e-inan Resonator,. der das Geräusch absorbiert. Der ResonatqriTfekt· kann ^{: :} durch die Beziehung gemäß der Gleichung" ■" ^: _:~

2TT ;;. '■■ ' *

bestimmt werden, wobei f die Frequenz des Ansaugge- IQ räusches,c die Schallgeschwindigkeit, S die Querschnitts^ fläche des Durchtritts in der Leitung 6, / die t ' 1 '· Länge des Durchtritts in der Leitung .6, und V das Volumen des Behälters ^l\ ist. ■ ;·^:

- ί ί

Es ist offensichtlich, daß die Ausbildung, der den Behälter ^l\ mit der Ansaugleitung 2 verbindenden engen Leitung 6 nehr einen Resonator als eine Vorrichtung _{ zur Beeinflussung des dynamischen Wirkungsgrades ergibt, falls die Querschnittsfläche des Durchtritts ' " in der Leitung 6 kleiner als diejenige der Leitung 5· ist. Die Vorsehung des engen Durchtritts in-: der i-eitungt 6 kann jedoch in kleinem Ausmaß einen Einfluß auf d,en dynamischen Effekt haben, je nach der Größe ,der Leitung , 6. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, die Leitung 6 an einer Stelle anzuordnen, die neben dem- bzw. so nah als möglich an dem Luftfilter 1 liegt.

Die Betriebsweise des Ventils 7 wird nun erläutert.

Figur 4 zeigt volumetrische Wirkungsgradkurven A und B ähnlich denjenigen in Figur 2. Die Kurve B^hat zwei.

Maxima bzw. Spitzenbereiche bei Motordrehzahlen N^ . 'und N'η innerhalb eines zulässigen Motorbetriebsbereichs eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs. Die Kurve A hat:ein Maximum bei einer Motordrehzahl N₂ zwischen den Dreh» zahlen N. und N¹-, und ein weiteres Maxima bei der Motordrehzahl N'p, die jedoch bei dieser Ausführungeform

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niclit innerhalb des zulässigen Motorbetriebsbereichs liegt. Das Ventil 7 wird, wie die Figur 2 zeigt, bei Motordrehzahlen N',_r und N geöffnet oder geschlossen, bei denen sich die beiden Kurven A und B schneiden.

Diese Bezugszeichen N₁, N' , N und N sind im gleichen

j. J. χ y

Sinne in den Figuren 5 und 6 verwendet. Man beachte, daß die Charakteristik der Kurven A und B am besten erhalten

IQ wird, wenn die Motorlast in der Nähe der vollen Belastung konstant gehalten wird, und daß die Kurve B näher an die Kurve A rückt, wenn sich die Last ändert. Dieses Merkmal wird anhand von Figur 5 erläutert, die Kurven F und G über der Motorlast zeigt, wenn die Motordreh-

j5 zahl bei N- bzw. N₂ konstant ist. Die durchgezogene Linie gibt an, daß das Ventil 7 geschlossen ist, während die gestrichelte Linie den geöffneten Zustand des Ventils 7 anzeigt. Man sieht, daß der Unterschied zwischen der durchgezogenen Linie und der gestrichelten Linie mit abnehmender Motorlast kleiner wird, und unterhalb einer Last r. bzw. r„ praktisch Null wird. Solche Punkte wie N. bei r- und N_? bei v_l? ergeben aufgezeichnet eine Linie η in Figur 6. Somit ist verständlich, daß das Ventil 7 vorzugsweise bei jeder Motordrehzahl geschlossen wird, wenn die Last unterhalb der Linie η liegt. Liegt die Last überhalb der Linie n,wird das Ventil 7 auf die in Figur 2 dargestellte Art und Weise betätigt. Insbesondere wird das Ventil 7 nur in dem Bereich geöffnet, in dem sich die Last überhalb der Linie η befindet und die Drehzahl oberhalb N liegt, da der linke Öffnungsbereich selten bei tatsächlichen Motorbetriebszuständen auftritt. Diese Ventilbetätigungsbedingungen können als Signalkarte in der Steuerschaltung 13 gemäß Figur 1 gespeicherb werden, die ein Steuersignal für das Magnetventil \2 und somit das Steuerventil 7 erzeugt, und zwar auf der Basis des

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Motordrvhzah 1 Fühlers } ¹I und des Drossel kl appensLel 1 ungyfi'ihl ers 2'I. Dem Fachnunn ist klar, daß die Motorbelastung oft duvch die Stellung der Drosselklappe ermittelt wird. Die fiel astung kann auch durch andere Einrichtungen, zum Beispiel über den Unterdruckpegel im Ansnugkrümmer } erfaßt werden.

Kino I.ufLariK.'iugvorrichLung eines Verbrennungsmotors

hat eine Ansaugleitung und umfaßt einen Rehälter, der sich entlang dieser erstreckt. Kino erste Leitung verbindet den Behälter mit der Ansaugleitung und ein Jk darin angeordnetes Ventil wird zur Verbesserung der Motorleistung in Abhängigkeit von dvx' Motordrehzahl betätigt. Zusätzlich verbindet eine enge zweite Leitung den Behälter mit der Ansaugleitung und bildet in Zusammenwirkung mit dem Behälter einen Resonator.

'Ab'

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

flJ Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Luftansaugleitung, die sich von einem Luftfilter zu einem Ansaugkrümmer erstreckt, gekennzeichnet durch einen Behälter (4), der ein Volumen ausbildet, durch eine erste Leitung (5), die einen ersten Durchgang bildet und den Behälter mit der Ansaugleitung (2) verbindet, durch eine zweite Leitung (6), die einen zweiten Durchgang bildet und den Behälter mit der Ansaugleitung verbindet, wobei sich der erste und zweite Durchgang in Bezug aufeinander an verschiedenen Stellen in die Ansaugleitung öffnen, die Querschnittsfläche (L") des zweiten Durchgangs kleiner als diejenige (L) des ersten Durchgangs ist, durch eine in dem ersten Durchgang angeordnete Ventileinrichtung (7), und durch eine Ventilbetätigungseinrichtung (13), die auf einen Motorbetriebszustand anspricht.

2. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche (L) des ersten Durchgangs (5) gleich oder größer als diejenige (L') der Ansaugleitung (2) ist, und daß die Querschnittsfläche (L") des zweiten Durchgangs (6) im wesentlichen gleich oder kleiner als

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ungefähr ein Zehntel der Querschnittsfläche des ersten Durchgangs ist.

3. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zweite Durchtritt an einer Stelle in die Ansaugleitung (2) öffnet, die näher an dem Luftfilter (1) liegt als eine Stelle, an der

der erste Durchgang (5) in die Ansaugleitung . _;, \ mündet.

^l\. Ansaugvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,' dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchgang (6) nahe bei dem Luftfilter (1) in die Ansaugleitung (2) ,- ^; mündet. ''.■/"■

5. Ansaugvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, _; dadurch gekennzeichnet, daß der Motorbetriebszustand

eine Motordrehzahl ist. :

.

6. Ansaugvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste-Kurve (A) für den volumetrischen Wirkungsgrad bildet, die einien * " Spitzenbereich bei einer bestimmten ersten Motordrehzahl (Np) hat, wenn die Ventileinrichtung (7) geschlossen ist, und daß sie eine zweite Kurve (B) für deη volumetrischen Wirkungsgrad bildet, die einen Spi|zenbereich bei einer bestimmten zweiten Motordrehzahl (N¹.,) ober*

halb der ersten Motordrehzahl hat, wenn die Ventilein-30

richtung geöffnet ist.

7. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (7) geöffnet ist, wenn die Motordrehzahl oberhalb der zweiten Drehzahl (N¹,) liegt und die Motorlast oberhalb einer bestimmten Motorlast liegt.

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8. Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Luftansaugleitung, die sich von einem Luftfilter zu einem Ansaugkrümmer erstreckt, gekennzeichnet durch einen Behälter (4), der Volumen ausbildet, durch eine erste Leitung (5), die einen ersten Durchgang bildet und den Behälter mit der Ansaugleitung (2) verbindet, durch eine zweite Leitung (6), die einen zweiten Durchgang bildet

IQ und den Behälter mit der Ansaugleitung verbindet, wobei sich der zweite Durchgang an einer zweiten Stelle, die näher an dem Luftfilter (1) liegt als eine erste Stelle, an der die erste Leitung in die Ansaugleitung mündet, in die Ansaugleitung öffnet, wobei die Querschnittsfläche

•je (L") des zweiten Durchgangs kleiner als diejenige (L) des ersten Durchgangs ist, durch eine in dem ersten Durchgang angeordnete Ventileinrichtung (7), durch eine Ventilbetätigungseinrichtung (13), die auf einen Motorbetriebszustand anspricht, durch eine in der Ansaugleitung an einer dritten Stelle, die dem Ansaugkrümmer (3) näher als der erste Durchgang ist, angeordnete Drosselklappe (18), und einen in der Ansaugleitung an einer Stelle zwischen der ersten und dritten Stelle angeordneten Kraftstoff einspritzer (20).