DE3843690A1 - Aus schwingrohrsystem und resonanzsystem kombinierte ansauganlage fuer mehrzylinder-brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aus Schwingrohr­ system und Resonanzsystem kombinierte Ansauganlage für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen nach den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Das Prinzip einer derartigen Ansauganlage wurde in der veröffentlichten P 35 44 122 vorgeschlagen. In dieser Druckschrift sind zwei Gruppen von Ausführungsbeispielen geoffenbart, die sich durch unterschiedliche Ausgestal­ tung des Resonanzsystems unterscheiden. So umfaßt das Resonanzsystem einer Gruppe von Ausführungsbeispielen mehrere Resonanzrohre zu einem Resonanzbehälter, wobei die Resonanzrohre eines Resonanzbehälters unter­ schiedliche Abmessungen aufweisen und ferner ein Reso­ nanzrohr jedes Resonanzbehälters zusätzlich steuerbar ist. Damit kann vom unteren bis in den mittleren Dreh­ zahlbereich der Brennkraftmaschine eine dynamische Aufladung durchgängig auf hohem Niveau erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine nach den Gattungsmerkmalen im Prinzip bekannte Ansauganlage eine fahrzeugtaugliche und kompaktbauende Ausführung darzustellen mit noch besser anpaßbarem Resonanzverhal­ ten.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Kern der Erfindung sind in einem länglichen Ausgleichsbehälter der Ansauganlage U-förmig verlaufend angeordnete Resonanzrohre, deren U-förmige Mittelstücke zur Änderung der wirksamen Resonanzrohrlänge stufenlos verlagerbar sind. Diese wesentlich zur kompakten Ausführung der Ansauganlage beitragende Anordnung der Resonanzrohre im Ausgleichs­ behälter wird weiter für fahrzeugtaugliche Ausbildung dahingehend unterstützt, daß die mit den Resonanzbehäl­ tern zusammenwirkenden Schwingrohre am Außenumfang des Ausgleichsbehälters verlaufend angeordnet sind und in im Ausgleichsbehälter angeordnete Resonanzkammern münden.

Zur Erweiterung des mit den posaunenartig betätigbaren Mittelstücken der Resonanzrohre erzielbaren Resonanzver­ haltens werden nach einem weiteren Anspruch zusätzliche Längenabstimm-Einrichtungen vorgeschlagen, die in vorteilhafter Weise über die posaunenartig betätigbaren Mittelstücke der Resonanzrohre steuerbar sind. Damit reduziert sich der Aufwand an Steuereinrichtungen. In einer ersten bevorzugten Anordnung ist eine Längenab­ stimm-Einrichtung am stromabseitigen Ende des Bogens des U-förmigen Mittelstückes vorgesehen. Eine weitere zusätzliche Längenabstimm-Einrichtung weist jedes Resonanzrohr nach einem weiteren Anspruch im Anschluß­ bereich an die zugehörige Resonanzkammer auf. Damit kann der Einfluß der Resonanzrohre im oberen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ausgeschaltet werden. Weitere anschließende Ansprüche beschreiben den Antrieb der posaunenartigen Mittelstücke der Resonanzrohre, wobei eine Ausgestaltung für einen gemeinsamen Antrieb der Mittelstücke für beide Resonanzrohre beschrieben ist. Abschließend beschreibt ein Anspruch die Mittel zur Aktivierung der für hohe Leistung der Brennkraftmaschine vorgesehenen Schwingrohre, die unmittelbar in den Ausgleichsbehälter münden.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten einfachen und eines erweiterten Ausführungs­ beispiels beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine aus Schwingrohrsystem und Resonanzsystem kombinierte Ansauganlage mit prinzipieller Anordnung der Resonanzrohre im Ausgleichsbe­ hälter,

Fig. 2 die Ansauganlage nach Fig. 1 in konkreter Ausgestaltung im Querschnitt gemäß der Li­ nie II-II in Fig. 3,

Fig. 3 die Ansauganlage im Längsschnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Ansauganlage gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3 mit einem geschnittenen Resonanzrohr in einfacher Ausführung, und

Fig. 5 mit 8 ein Resonanzrohr mit zusätzlichen Längen­ abstimm-Einrichtungen, dargestellt in ver­ schiedenen Wirkstellungen.

Einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 1 ist eine aus einem Schwingrohrsystem und einem Resonanzsystem kombi­ nierte Ansauganlage 2 zugeordnet. Das Schwingrohrsystem umfaßt je Zylinder der Brennkraftmaschine zwei Schwing­ rohre 3 und 4 von unterschiedlichen Abmessungen. Kurze, stutzenartige Schwingrohre 4 sind in einem länglich gestalteten Ausgleichsbehälter 5 der Ansauganlage 2 im wesentlichen quer zur Längserstreckung des Ausgleichs­ behälters 5 angeordnet. Die kurzen Schwingrohre von relativ großem Durchmesser stehen mit relativ langen, im Durchmesser kleineren Schwingrohren 3 in Verbindung, wobei im Mündungsbereich der beiden Schwingrohre 3 und 4 jeweils eine mit einer Steueröffnung 6 versehene Dreh­ hülse 7 angeordnet ist. Wie aus Fig. 2 näher hervorgeht, sind die langen Schwingrohre 3 am Außenumfang des Ausgleichbehälters 5 quer zu dessen Längserstreckung verlaufend angeordnet und münden gruppenweise zusammen­ gefaßt in Resonanzkammern 8, die im Ausgleichsbehälter 5 ausgebildet sind. Mit den Resonanzkammern 8 in Verbin­ dung stehende Resonanzrohre 9 sind im Ausgleichsbehäl­ ter 5 in Längserstreckung U-förmig verlaufend angeord­ net. Wie insbesondere aus den Fig. 1 mit 3 hervorgeht, sind die U-förmigen Resonanzrohre in im wesentlichen parallel beabstandeten Ebenen und mit zueinander entge­ gengesetzten Ansaugmündungen 10 angeordnet. Jedes Resonanzrohr 9 ist aus einem U-förmigen Mittelstück 11 und zwei mit dessen geraden Abschnitten teleskopartig zusammenwirkenden Endrohren 12 und 13 gebildet. Die beiden U-förmigen bzw. posaunenartigen Mittelstücke 11 beider Resonanzrohre 9 sind über einen drehzahlabhängig gesteuerten Antrieb 14 gegensinnig stufenlos verlagerbar im Ausgleichsbehälter 5 der Ansauganlage 2 angeordnet.

Die Ansauganlage 2 im Umfang der Fig. 1 mit 4 umfaßt einfach gestaltete Resonanzrohre ohne zusätzliche Längenabstimm-Einrichtungen im Bereich der ortsfest angeordneten Endrohre 12 und 13. Jedes der zu diesen Endrohren 12 und 13 verlagerbare Mittelstück 11 ist mit paarweise angeordneten Zahnstangen 15 verbunden, wobei zwischen den gegenseitig beabstandet angeordneten Zahnstangen 15 jeweils ein gemeinsames Treibrad 16 des Antriebes 14 für gegensinnig gerichtete Verlagerungen der Mittelstücke 11 dient.

In den Fig. 5 mit 8 ist der gleiche Ausgleichsbehälter 5 einer Sauganlage 2 lediglich teilweise dargestellt, wobei in den Fig. 1 mit 4 gezeigte gleiche Teile die selben Bezugszeichen tragen. Der Unterschied besteht in einem mit weiteren Längenabstimm-Einrichtungen versehe­ nen Resonanzrohr 17. Das Resonanzrohr 17 ist aus einem U-förmigen Mittelstück 18 und zwei mit dessen geraden Abschnitten teleskopartig zusammenwirkenden, ortsfest im Ausgleichsbehälter 5 angeordneten Endrohren 19 und 20 gebildet. Beim Resonanzrohr 17 ist jeder gerade Ab­ schnitt des Mittelstückes 18 zwischen beabstandet angeordneten Anschlägen 21 und 22 mit einer unter elastischer Vorspannung einer Feder 23 positionierten und mit einer Zahnstange 15 des Antriebes 14 in Verbin­ dung stehenden Schiebehülse 24 und 25 ausgerüstet. Die Schiebehülse 25 dient in der elastisch vorgegebenen Position als Verschlußorgan für am Umfang des Mittel­ stückes 18 des Resonanzrohres 17 angeordnete Durchbre­ chungen 26. Jedes Resonanzrohr 17 umfaßt ein aus mehre­ ren Teilen bestehendes Endrohr 20 mit einem resonanz­ kammerseitig kurzen Teil 27 und einem zum Mittelstück 18 axial beabstandeten, langen Teil 28 sowie einem zwischen den beiden ortsfest angeordneten Teilen 27 und 28 axial verschiebbaren Verschlußteil 29. Das Verschlußteil 29 ist über die als Verschlußorgan dienende Schiebehülse 25 des Mittelstücks 18 mittels Stößel 30 gegen den Wider­ stand einer Feder 31 aus einer Schließstellung der Kurzschlußöffnung 32 zwischen den ortsfesten Teilen 27 und 28 in eine Offenstellung verlagerbar.

Die Schiebehülsen 24 und 25 der beiden Resonanzrohre 17 in einem Ausgleichsbehälter 5 stehen mit Zahnstangen 15 in Verbindung, wobei die paarweise angeordneten Zahn­ stangen 15 in an Seitenbegrenzungen des Ausgleichsbe­ hälters 5 ausgebildeten Einrichtungen geführt sind und für die Treibräder 16 ein im Ausgleichsbehälter 5 angeordneter gemeinsamer Antrieb 14 vorgesehen ist.

In Fig. 5 nimmt jedes der im Ausgleichsbehälter 5 angeordneten Resonanzrohre 17 die größte Länge ein. In Fig. 6 ist die ausschließlich aus der Verlagerung des Mittelstückes 18 des Resonanzrohres 17 erzielbare geringste Resonanzlänge ersichtlich, L _{R, red}. Bei weiterer gemeinsamer Betätigung der Schiebehülsen 24 und 25 gibt die zugleich als Verschlußorgan dienende Schie­ behülse 25 schließlich am Umfang des Mittelstückes 18 angeordnete Durchbrechungen 26 frei, wodurch die ge­ ringstmögliche Resonanzlänge L _{R, min} des Resonanzroh­ res 17 erreicht ist. Schließlich wird bei weiterer Betätigung der Schiebehülsen 24 und 25 über die gemäß Fig. 7 erreichte Position hinaus das Verschlußteil 29 des Endrohres 20 über die Stößel 30 an der Schiebehül­ se 25 zur Freigabe der Kurzschlußöffnung 32 in Offen­ stellung verlagert. Damit ist jedes Resonanzrohr 17 von seiner Resonanzkammer 8 abgekoppelt. Somit bezieht die Brennkraftmaschine 1 ihre Ansaugluft über die langen Schwingrohre 3 aus den Resonanzkammern 8, denen die Ansaugluft über die Kurzschlußöffnung 32 und den wir­ kungslos angeordneten Resonanzrohren 17 aus dem Aus­ gleichsbehälter 5 zuströmt, der über einen lastabhängig steuerbaren Lufteinlaß 33 mit einem nicht gezeigten Luftfilter in Verbindung steht. Mit weiter steigendem Luftbedarf der Brennkraftmaschine 1 werden über die gemeinsam gesteuerten Drehhülsen 7 die kurzen Schwing­ rohre 4 zugeschaltet, denen die Ansaugluft unmittelbar aus dem Ausgleichsbehälter 5 zuströmt.

Das vorbeschriebene Variieren der Resonanzrohrlängen bzw. das Schalten der Durchbrechungen 26 und der Kurz­ schlußöffnungen 32 erfolgt in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und damit der Anregungs­ frequenz. Bei sehr geringer Motordrehzahl nimmt das Resonanzrohrsystem seine größte Länge ein. Mit steigen­ der Motordrehzahl verkürzt sich das Resonanzrohrsystem kontinuierlich, bis die Durchbrechungen 26 und schließ­ lich bei mittlerer Drehzahl die Kurzschlußöffnungen 32 freigegeben werden. Jetzt arbeitet die Ansauganlage 2 über die langen Schwingrohre 3. Bei hohen Drehzahlen werden zur Steigerung des Luftdurchsatzes und damit der Leistung die kurzen Schwingrohre 4 über die Drehhülsen 7 zugeschaltet. Bei abfallender Drehzahl läuft der gesamte Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab.

Claims (7)

1. Aus Schwingrohrsystem und Resonanzsystem kombi­ nierte Ansauganlage für Mehrzylinder-Brennkraft­ maschinen,

• - mit je Zylinder der Brennkraftmaschine (1) vorge­ sehenen Schwingrohren (3, 4) unterschiedlicher Abmessungen, wobei
• - Gruppen relativ langer Schwingrohre (3) jeweils mit einer Resonanzkammer (8) in Verbindung stehen und
• - die Resonanzkammern über drehzahlabhängig längen­ abstimmbare Resonanzrohre (9, 17) mit einem Aus­ gleichsbehälter (5) mit lastabhängig steuerbarem Lufteinlaß (33) verbunden sind, und
• - wobei ferner relativ kurze Schwingrohre (4) dreh­ zahlabhängig aktivierbar sind, dadurch gekennzeichnet,
• - daß kurze, stutzenartige Schwingrohre (4) in einem länglich gestalteten Ausgleichsbehälter (5) im wesentlichen quer zu dessen Längserstreckung angeordnet sind und mit den langen Schwingroh­ ren (3) in Verbindung stehen,
• - daß die langen Schwingrohre (3) am Außenumfang des Ausgleichsbehälters (5) quer zu dessen Längser­ streckung verlaufend angeordnet sind und gruppen­ weise mit im Ausgleichsbehälter angeordneten Resonanzkammern (8) in Verbindung stehen, und
• - daß mit den Resonanzkammern (8) verbundene Reso­ nanzrohre (9, 17) im Ausgleichsbehälter (5) in Längserstreckung U-förmig verlaufend angeordnet sind mit in den geraden Abschnitten angeordneten Längenabstimm-Einrichtungen (Endrohre 12, 13; 19, 20; Schiebehülse 25, Durchbrechungen 26; Kurzschluß­ öffnung 32).

2. Ansauganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net,

• - daß die U-förmigen Resonanzrohre (9, 17) in im wesentlichen parallel beabstandeten Ebenen und mit zueinander entgegengesetzten Ansaugmündungen (10) angeordnet sind, und
• - jeweils aus einem U-förmigen Mittelstück (11, 18) und zwei mit dessen geraden Abschnitten teleskop­ artig zusammenwirkenden Endrohren (12, 13; 19, 20) gebildet sind,
• - wobei die U-förmigen Mittelstücke (11, 18) beider Resonanzrohre (9; 17) über einen drehzahlabhängig gesteuerten Antrieb (14) gegensinnig stufenlos verlagerbar angeordnet sind.

3. Ansauganlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net,

• - daß jeder gerade Abschnitt des Mittelstückes (18) zwischen beabstandet angeordneten Anschlä­ gen (21, 22) mit einer unter elastischer Vorspan­ nung (Feder 23) positionierten und mit dem An­ trieb (Zahnstange 15) in Verbindung stehenden Schiebehülse (24, 25) ausgerüstet ist, wobei
• - eine der angetriebenen Schiebehülsen (25) jedes Resonanzrohres (17) in der elastisch vorgegebenen Position als Verschlußorgan für am Umfang des Mittelstückes (18) angeordnete Durchbrechungen (26) dient.

4. Ansauganlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net,

• - daß jedes Resonanzrohr (17) ein aus mehreren Teilen (27, 28, 29) bestehendes Endrohr (20) umfaßt mit einem resonanzkammerseitig kurzen Teil (27) und einem zum Mittelstück (18) axial beabstandeten, langen Teil (28) sowie einem zwischen den beiden ortsfest angeordneten Teilen (27, 28) axial ver­ schiebbaren Verschlußteil (29),
• - das über die als Verschlußorgan dienende Schiebe­ hülse (25) des Mittelstücks (18) mittels Stößel (30) gegen den Widerstand eines elastischen Elementes (Feder 31) aus einer Schließstellung einer Kurzschlußöffnung (32) zwischen den orts­ festen Teilen (27, 28) in eine Offenstellung verla­ gerbar ist.

5. Ansauganlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die U-förmigen Mittelstücke (11, 18) jedes Resonanzrohres (9, 17) mit einer Zahnstange (15) verbunden sind, und
• - daß den parallel beabstandeten Resonanzroh­ ren (9, 17) paarweise zugeordnete Zahnstangen (15) mit einem gemeinsamen Treibrad (16) des Antrie­ bes (14) für gegensinnig gerichtete Verlagerungen der Mittelstücke (11, 18) zusammenwirken.

6. Ansauganlage nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jede Schiebehülse (24, 25) mit einer Zahnstan­ ge (15) in Verbindung steht und
• - daß paarweise angeordnete Zahnstangen (15) in an Seitenbegrenzungen des Ausgleichsbehälters (5) ausgebildeten Einrichtungen geführt sind, wobei
• - für die Treibräder (16) ein im Ausgleichsbehäl­ ter (5) angeordneter, gemeinsamer Antrieb (14) vorgesehen ist.

7. Ansauganlage nach einem oder mehreren der Ansprü­ che 1-6, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in jedem im Ausgleichsbehälter (5) angeordneten Mündungsbereich der kurzen Schwingrohre (4) mit den langen Schwingrohren (3) jeweils eine mit einer Steueröffnung (6) versehene Drehhülse (7) angeord­ net ist, und
• - daß alle Drehhülsen (7) gemeinsam gesteuert sind.