DE3711859A1 - Mehrzylindrige hubkolben-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrzylindrige, gemischverdichtende Hubkol­ ben-Brennkraftmaschine für Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Gemischverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit derartig ausgebildeten Ansauganlagen sind beispielsweise durch die Offenlegungsschriften 28 15 701 und 28 54 332 bekannt. Die Zuführung der Luft bzw. des Gasgemisches im unteren Teillastbereich allein über den ersten, eine drallbehaftete Einströmung bewirkenden Saugrohrstrang verursacht eine günstige Ladungsbewegung in diesem Lastbereich, die zu einer guten Verbrennung mit relativ hohem Wirkungsgrad führt. Im höheren Lastbereich erfolgt dagegen zunehmend die Luft- bzw. Gemischzufuhr über den zweiten Saugrohrstrang, wobei die durch den ersten Saugrohrstrang erzeugte Drall­ bewegung der Ladung zunehmend zerstört wird, so daß im Vollastbereich eine gute Füllung und dadurch eine hohe Leistung erzielt wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine derartige gemischverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine weiterzubilden und dabei insbesondere die drallbehaftete Einströmung der Ladung im unteren Lastbereich zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Anbringung der von der Erfindung vorgeschlagenen Absperrklappen in den zweiten Saugrohrsträngen bewirkt die Unterbindung von Nebenströmungen durch die zweiten Saugrohrstränge, die die Ausbildung der Drallströmung aus der Zuströmung der ersten Saugrohrstränge im unteren Lastbereich beeinträchtigen könnten. Es ist nämlich festgestellt worden, daß auch im unteren Lastbereich eine gewisse Strömung durch die zweiten Saugrohrstränge auftritt, da diese untereinander über den ihnen zugeordneten Ansaugverteiler verbunden sind und auf diese Weise über die zweiten Saugrohrstränge Luft bzw. Gemisch von den anderen Zylindern, deren Einlaßventile geschlossen sind, über deren erste Saugrohrstränge aber eine Verbin­ dung mit der Ansauganlage besteht, angesaugt werden kann. Schon kleinere Zuströ­ mungen aus den zweiten Saugrohrsträngen können aber die Ausbildung der Drall­ zuströmung aus den ersten Saugrohrsträngen stark beeinflussen, was durch Anbringen von Verschlußmitteln in den zweiten Saugrohrsträngen, die wenigstens so lange geschlossen gehalten werden, wie die dem unteren Lastbereich zugeordnete erste Stufe der Ansauganlage allein zugeschaltet ist, verhindert werden kann. Die Ver­ schlußmittel sind zudem mit der in der Ansauganlage angeordneten Drosselklappe zur gemeinsamen Betätigung verbunden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ansauganlage für eine mehrzylindrige, mit Vergaser arbeitende Brennkraftma­ schine,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß den Schnittlinien II-II nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer mit Einspritzung arbeitenden gemischverdichtenden Brennkraftmaschine.

In den einzelnen Figuren der Zeichnung sind jeweils gleiche oder vergleichbare Bauteile mit den gleichen, gegebenenfalls mit einem Strich versehenen Bezugs­ zeichen angegeben worden. Dabei stellt 1 insgesamt eine Ansauganlage einer mehrzylindrigen, gemischverdichtenden Hubkolben-Brennkraftmaschine dar, die eine in zwei Stufen geteilte Ansaugleitung 2 sowie einen Saugrohrstutzen 5 umfaßt. Die beiden Stufen der Ansaugleitung 2 sind hier mit 3 und 4 bezeichnet und bestehen jeweils aus einem Ansaugleitungsstrang, in dem eine Drosselklappe sowie eine Stufe eines die Kraftstoffzuführung besorgenden Register-Vergasers angeordnet sein kann. Dabei sind die beiden Stufen so gekoppelt, daß im unteren Lastbereich allein die erste Stufe eingeschaltet ist, während die zweite Stufe erst bei Überschreitung einer mittleren, von der Brennkraftmaschine abgeforderten Last zusätzlich zugeschaltet wird.

Der Saugrohrstutzen 5, der mit Hilfe eines ersten Flansches 11 an der Ansauglei­ tung 2 sowie mit einem zweiten Flansch 12 an einer Aufnahmefläche 13 eines Zylinderkopfes 14 der Brennkraftmaschine befestigbar ist, weist für jeden Zylin­ der ein durch eine Trennwand 10 in zwei Rohrstränge 8 und 9 geteiltes Saugrohr auf, das mit einem in entsprechender Weise durch eine Trennwand 17 in zwei Kanalstränge 15 und 16 unterteilten Einlaßkanal des Zylinderkopfes 14 korrespon­ diert. Die ersten Rohrstränge 8 aller Zylinder der Brennkraftmaschine gehen dabei von einem gemeinsamen Ansaugverteiler 6 aus, der mit der ersten Stufe 3 der Ansaugleitung in Verbindung steht, während die zweiten Rohrstränge 9 aller Zylin­ der in einen gemeinsamen Ansaugverteiler 7 einmünden, der mit der zweiten Stufe 4 der Ansaugleitung 2 verbunden ist.

Wie weiter aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist im Bereich des ersten Rohrstran­ ges 8 bzw. des diesem zugeordneten Ansaugverteilers 6 eine Saugrohrheizung vorgesehen, die hier durch eine mit dem Kühlwassersystem der Brennkraftmaschine über Anschlüsse 28 und 29 verbundene, durch eine zweite Wand 27 gebildete Heiz­ tasche 26 dargestellt wird. Selbstverständlich sind hier auch andere Heizeinrichtun­ gen, wie z.B. abgasbeaufschlagte oder elektrisch betätigbare, einsetzbar.

Die beiden aus den Rohrsträngen 8 und 9 des Saugrohrstutzens 5 sowie den Kanal­ strängen 15 und 16 des Zylinderkopfes 14 gebildeten Saugrohrstränge, von denen der in der Zeichnung untere dem gesamten Lastbereich und der in der Zeichnung obere nur dem oberen Lastbereich zugeordnet ist, werden kurz vor der mit 19 bezeichneten und durch den Ventilteller 21 des Einlaßventils 20 gesteuerten Ein­ laßöffnung des jeweiligen Zylinders vereinigt. Diese Vereinigung erfolgt im Bereich eines oberhalb des Ventiltellers 21 des Einlaßventils 20 gebildeten glockenförmigen Raumes 18, in dessen unteren Teil der dem unteren Lastbereich allein zugeord­ nete erste Saugrohrstrang 8, 15 in einer eine drallbehaftete Zuströmung ermögli­ chenden Weise einmündet. Wie näher aus der Fig. 2 ersichtlich ist, weist dazu der Kanalstrang 15 des ersten Ansaugstranges 8, 15 an einer seiner Seiten einen den Durchtrittsquerschnitt einseitig stark verengenden Vorsprung 23 auf, der dafür sorgt, daß die aus diesem Ansaugstrang in den glockenförmigen Raum 18 eintretende Luft bzw. das Gemisch exzentrisch und im wesentlichen tangential einströmt, so daß sich eine in der Fig. 1 mit 24 angedeutete drallbehaftete Ladungsbewegung einstellt. Diese Ladungsbewegung ergibt sich jedoch nur so lange, wie im unteren Lastbereich allein der erste Saugrohrstrang mit Luft bzw. Gemisch beaufschlagt ist.

Im oberen Lastbereich wird zusätzlich zu dem ersten Saugrohrstrang auch der zweite Saugrohrstrang 9, 16 mit Luft bzw. Gemisch beaufschlagt, so daß auch aus diesem Ladung zuströmt. Da dieser Saugrohrstrang im wesentlichen zentrisch in den oberen Teil des glockenförmigen Raumes 18 einmündet, wobei die in der Fig. 1 mit 25 angedeutete Ladungsbewegung erzeugt wird, ergibt sich bei Beaufschla­ gung auch des zweiten Saugrohrstranges im oberen Lastbereich eine zunehmende Unterdrückung der Drallströmung aus dem ersten Saugrohrstrang, die umso größer ist, je mehr Ladung durch den zweiten Saugrohrstrang zutritt. Spätestens bei Vollast, wenn die größtmögliche Menge an Luft bzw. Gemisch in die Zylinder der Brennkraftmaschine angesaugt wird, tritt durch den zweiten Saugrohrstrang so viel an Ladung hindurch, daß dessen Strömung die durch die Zuströmung aus dem ersten Saugrohrstrang erzeugte Drallströmung vollständig vernichtet bzw. unterdrückt, so daß durch eine verlustarme Zuströmung eine hohe Ladungsmenge in die Zylinder gebracht und dadurch eine hohe Zylinderleistung erzielt werden kann.

Um nun zu verhindern, daß im unteren Lastbereich, in dem an sich nur der erste Saugrohrstrang 8, 15 mit Luft bzw. Gemisch beaufschlagt werden soll, zusätzlich auch über den zweiten Saugrohrstrang 9, 16 Ladung zuströmt und dabei die Ausbildung der Drallströmung behindert, soll in dem zweiten Saugrohrstrang jedes Zylinders ein insgesamt mit 30 bezeichnetes Verschlußmittel vorgesehen sein. Dieses Ver­ schlußmittel besteht bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer dem Querschnitt des zweiten Saugrohrstranges 9, 16 entsprechenden Verschlußklappe 31, deren mit 32 bezeichnete Welle in einer Ausnehmung 33 a der Trennwand 10 sowie in einem in einer Durchgangsöffnung 33 b der Außenwand des Saugrohrstutzens 5 gehaltenen Deckel 34 gelagert ist. Die Verschlußklappe 31 wird über ein Gestänge 36 von einer in der ersten Stufe 3 der Ansaugleitung 2 angeordneten herkömmlichen Drosselklappe 35 betätigt. Diese Betätigung der Verschlußklappen 31 erfolgt dabei in der gleichen Weise, wie sonst übliche Dros­ selklappen in der zweiten Stufe der Ansaugleitung betätigt werden, indem diese erst dann in Öffnungsrichtung verstellt werden, wenn die Drosselklappe 35 der ersten Stufe 3 der Ansaugleitung einen bestimmten Öffnungswinkel überschreitet bzw. voll geöffnet ist und der Fahrer des Fahrzeugs eine weitere Leistungserhöhung durch Betätigung des Fahrpedals anfordert. Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel können die in den zweiten Saugrohrsträngen 9, 16 angeord­ neten Verschlußklappen 31 eine solche herkömmliche, in der zweiten Stufe 4 der Ansaugleitung vorgesehene Drosselklappe ersetzen. Es wäre jedoch auch ohne weiteres denkbar, zusätzlich zu den Verschlußklappen 31 auch eine herkömmliche Drosselklappe in der zweiten Stufe 4 der Ansaugleitung 2 anzuordnen und diese in üblicher Weise in Abhängigkeit von der Betätigung der Drosselklappe 35 in der ersten Stufe der Ansaugleitung zu betätigen und zusammen mit dieser dann auch die Verschlußklappen 31 zu verstellen.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Verschlußklappen wird nun verhindert, daß im unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine Luft bzw. Gemisch auch über die zweiten Saugrohrstränge 9, 16 in den glockenförmigen Raum 18 über dem geöffneten Ventil 20 zuströmt. Diese Zuströmung ergibt sich bei fehlenden Verschlußklappen 31 dadurch, daß durch den bei geöffnetem Ventil vorhanden Unterdruck in dem Saugrohr über den zweiten Saugrohrstrang 9, 16, den diesem zugeordneten Ansaugverteiler 7 und die zweiten Saugrohrstränge der übrigen Zylin­ der eine Verbindung mit den diesen übrigen Zylindern zugeordneten ersten Saug­ rohrstränge 8, 15 hergestellt wird, so daß durch diese eine gewisse Menge an Ladung angesaugt werden kann, selbst wenn die in der zweiten Stufe 4 der Ansaug­ leitung 2 üblicherweise angeordnete Drosselklappe geschlossen ist. Dieser Neben­ schluß führt dann aber dazu, daß die Drallströmung aus dem ersten Saugrohrstrang 8, 15 in dem glockenförmigen Raum 18 zumindest teilweise gestört wird.

Ist dagegen, wie von der Erfindung vorgeschlagen, in jedem der zweiten Saugrohrsträn­ ge 9, 16 eine Verschlußklappe 31 vorgesehen, die im unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine jedenfalls so lange geschlossen ist, wie nur die erste Stufe der Ansauganlage zugeschaltet ist, dann wird die Ausbildung der zuvor geschilder­ ten Nebenschlußströmung durch die zweiten Saugrohrstränge mit Sicherheit unterbunden, so daß sich im unteren Lastbereich eine optimale Drallströmung bei der Zuströmung in den Zylinder ausbilden kann.

Während bei der Ausführung nach der Fig. 1 eine mit einem zweistufigen Ver­ gaser (Registervergaser) ausgerüstete Ansauganlage vorausgesetzt war, wird bei der in der Fig. 3 gezeigten Ausführung die Kraftstoffzuführung durch Einspritzung in das Saugrohr erreicht. Dazu ist ein mit 45 bezeichnetes Einspritzventil vorge­ sehen, das in einer Ausnehmung 46 des Zylinderkopfes 14′ gehalten ist und den Kraftstoff direkt in den glockenförmigen Raum 18 unmittelbar vor das Einlaßven­ til 20 einspritzt, in dem sich die beiden Saugrohrstränge 8, 15 und 9, 16 vereinigen. Auch bei dieser Ausführung soll der in der Zeichnung untere Kanalstrang 15 so ausgeführt sein, wie dies in der Fig. 2 gezeigt ist, das heißt, es soll ein eine exzentrische und im wesentlichen tangentiale Zuströmung bewirkender einseitiger Wandvorsprung 23 vorgesehen sein, während der Kanalstrang 16 des zweiten Saug­ rohrstranges 9, 16 zentrisch und mit möglichst wenig Umlenkung in den oberen Teil des glockenförmigen Raumes 18 einmündet. Die Einspritzung des Kraftstoffes durch das Einspritzventil 45 direkt in den glockenförmigen Raum 18, wobei die Strahlausrichtung auf den unteren Teil des Raumes erfolgen sollte, bewirkt eine günstige Kraftstoffzufuhr und -aufbereitung in allen Lastzuständen der Brennkraft­ maschine trotz der geteilten Saugrohrstränge.

Im Gegensatz zur Ausführung nach der Fig. 1 sind die beiden Ansaugstränge 8, 15 und 9, 16 hier nicht jeweils mit zu den einzelnen Stufen führenden Ansaug­ verteilern verbunden, sondern es ist ein gemeinsamer Ansaugverteiler 6′ vorge­ sehen, der zugleich mit beiden Stufen 3, 4 der Ansaugleitung 2′ verbunden ist. Dabei sind in beiden Stufen 3, 4 jeweils Drosselklappen 35′ und 37 vorgesehen und am Eingang des zu dem zweiten Saugrohrstrang 9, 16 gehörenden Rohrstrang 9 des Saugrohrstutzens 5′ ist ein mit 30′ bezeichnetes Verschlußmittel vorgesehen. Dieses Verschlußmittel 30′ weist hier ein in eine zylindrische Ausnehmung 41 des Rohrstranges 9 eingesetztes Buchsenteil 40 auf, in dem die Welle 39 einer Sperrklappe 38 gelagert ist. Zur Betätigung der Sperrklappe 38 ist deren Welle 39 über ein innerhalb des Ansaugsystems verlegtes Gestänge 36′ mit der der zweiten Stufe 4 der Ansaugleitung 2′ zugeordneten Drosselklappe 37 verbunden, so daß sie bei deren Öffnung ebenfalls in Öffnungsrichtung betätigt wird. Auch hier wird durch diese Sperrklappe 38 in jedem zweiten Saugrohrstrang 9, 16 eine Rückströmung aus anderen Zylindern verhindert. Gleichzeitig wird dadurch die Möglichkeit geschaf­ fen, beide Saugrohrstränge in einen gemeinsamen Ansaugverteiler 6′ einmünden zu lassen, der seinerseits mit beiden Stufen der Ansaugleitung 2′ verbunden ist. Da dieses Gestänge 36′ innerhalb des Ansaugsystems verlegt ist, ist eine zusätzli­ che Abdichtung gegen Falschluft nicht nötig. Demgegenüber muß bei der Ausführung noch die Welle 32 des Verschlußmittels 30 gegen Falschluft abgedichtet sein. Auch wird die relativ komplizierte Ausbildung des Saugrohrstutzens 5 nach der Fig. 1, bei dem zwei getrennte Ansaugverteiler vorgesehen sind, vermieden.

Claims (4)

1. Mehrzylindrige, gemischverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine für Fahr­ zeuge, insbesondere Personenkraftfahrzeuge, mit einer in zwei Stufen geteilten Luft- bzw. Gemisch-Ansauganlage, bei der die erste Stufe in einem unteren Lastbereich allein und die zweite Stufe in einem oberen Lastbereich zusätzlich eingeschaltet ist und bei der die von einem Ansaugverteiler ausgehenden, zu den Einlaßöffnungen der einzelnen Zylinder führenden Saugrohre jeweils in zwei kurz vor der Einlaßöffnung zusammentreffende Saugrohrstränge unterteilt sind, von denen der erste, im unteren Lastbereich allein beaufschlagte Saug­ rohrstrang eine im wesentlichen drallbehaftete und der zweite, im oberen Last­ bereich zusätzlich beaufschlagte Saugrohrstrang eine im wesentlichen drallfreie Zuströmung in die Einlaßöffnung bewirkt, wobei wenigstens eine im oberen Lastbereich in Öffnungsrichtung betätigte Drosselklappe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Saugrohrstränge (9, 16) den Strömungsquerschnitt im unteren Lastbereich verschließende Verschlußmittel (30, 31, 38) aufweisen, die zumindest so lange in Schließstellung gehalten sind, wie die dem unteren Lastbereich zugeordnete erste Stufe der Ansauganlage (1) allein zugeschaltet ist, und daß die Verschlußmittel (31) mit der Drosselklappe (35, 37) zur gemeinsamen Betätigung verbunden sind.

2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Ventiltellers (21) des die Einlaßöffnung (19) eines jeden Zylinders steuernden Einlaßventils (20) ein glockenartiger Raum (18) vorgesehen ist, in dessen unteren Teil der zugeordnete erste Saugrohrstrang (8, 15) im wesentlichen exzentrisch und in dessen oberen Teil der zweite Saugrohrstrang (9, 16) im wesentlichen zentrisch einmündet.

3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Saugrohrstrang (8, 15) im Bereich der Einmündung in den glocken­ förmigen Raum (18) einen einseitigen, seitlichen Wandvorsprung (23) aufweist.

4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung des Kraftstoffes den einzelnen Zylindern zugeordnete Kraftstoffeinspritzventile (45) vorgesehen sind, die den Kraftstoff jeweils direkt in die glockenartigen Räume (18) einspritzen.