DE4132624A1 - Luftansauganlage fuer verbrennungsmotore - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftansaugan­ lage für Verbrennungsmotoren mit einem Ansaugrohr, durch das die Luft über Filter und Gemischaufberei­ tung dem Motor zugeführt wird.

Zur optimalen Leistungsentfaltung eines Verbren­ nungsmotors ist unabdingbar, daß im gesamten Dreh­ zahlbereich ein in der Zusammensetzung optimales Kraftstoff-Luftgemisch den Brennkammern zugeführt wird. Die Anpassung des Kraftstoffanteiles läßt sich über moderne, häufig elektronisch gesteuerte Gemischaufbereitung problemlos einstellen und an die momentanen Bedürfnisse anpassen. Im Hinblick auf die gleichermaßen zur Verbrennung benötigte Luft gilt folgendes: Bei niederen Drehzahlen ist aufgrund der sich im Ansaugrohr ausbildenden Druck­ wellen zur Erreichung einer optimalen Zylinderfül­ lung von entscheidendem Vorteil, eine große An­ sauglänge zu wählen. Der damit verbundene hohe Strömungswiderstand erweist sich aufgrund der ver­ gleichsweise geringen pro Zeiteinheit benötigten Luftmenge nicht als Nachteil. Bei kurzen Rohrlängen würden aufgrund von Resonanzphänomenen die Füllung der Zylinder unzureichend. Bei hohen Drehzahlen be­ steht das Hauptproblem darin, eine möglichst große Menge an Verbrennungsluft pro Zeiteinheit zuzufüh­ ren, was die Verwendung kurzer Ansaugrohre, also Rohre mit geringem Strömungswiderstand und hohem Durchlaßquerschnitt zur Bedingung hat. Bereits aus diesen Ausführungen ergibt sich, daß bei dem übli­ cherweise verwendeten starren Ansaugrohr optimale Verhältnisse nur für einen bestimmten Drehzahlbe­ reich vorliegen können. Die nachteilige Folge ist, daß das durch den Motor entwickelte Drehmoment im unteren oder im oberen Drehzahlbereich vom optima­ len Verlauf abweicht, d. h. daß der Durchzug des Motors bei niederen Drehzahlen mangelhaft ist oder aber sein aufgrund der Motorkonstruktion grundsätz­ liches mögliches Leistungsmaximum nicht vollständig erreicht. Zwar ist es bekannt, das Ansaugrohr nach Art eines Teleskopes auszubilden und die Länge zu verändern, um sich den optimalen Verhältnissen weitgehend annähern zu können. Durch die fehlende Querschnittsveränderung ist der eintretende Erfolg begrenzt.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Wei­ terentwicklung von Ansaugrohren für Verbrennungsmo­ tore dahingehend zur Aufgabe gemacht, daß im ge­ samten Drehzahlbereich in optimaler Weise eine aus­ reichende Menge an Verbrennungsluft zur Verfügung steht.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Länge des Ansaugrohres so gewählt ist, daß eine optimale Zuführung von Verbrennungsluft bei niederen Drehzahlen erfolgt, daß sich das Ansaug­ rohr zur Motorseite hin in seinem Querschnitt ver­ breitert und in diesem Bereich Einlässe aufweist, die über eine Steuerung einstellbar sind, wobei die Steuerung entsprechend dem momentanen Betriebszu­ stand des Motors erfolgt.

Das Ansaugrohr wird in seiner Länge und in seinem äußeren Querschnitt so bemessen, daß eine optimale Füllung bei niederen Drehzahlen in an sich bekann­ ten Weise eintritt. Im Unterschied zum Stande der Technik jedoch verbreitert sich der Querschnitt des Ansaugrohres in Richtung auf den Motor zu, wobei im Übergangsbereich ein oder mehrere eine Luftzufuhr von außen erlaubende und in ihrem Querschnitt ver­ änder- und einstellbare Einlässe vorhanden sind. Des weiteren ist eine Steuerung hierfür vorhanden, die anhand der Motordaten bzw. des benötigten Be­ darfes die Einlässe in ihrer Einstellung verändert und folglich die Luftzufuhr optimiert. Bei hohen Drehzahlen erhöht sich der Bedarf an Verbrennungs­ luft pro Zeiteinheit, so daß die Auslässe geöffnet werden, was in funktioneller Hinsicht eine Verkür­ zung der Länge des Ansaugrohres und aufgrund der Querschnittsvergrößerung eine Erhöhung der pro Zeiteinheit angesaugten Luftmenge bedingt. Im nie­ deren Drehzahlbereich hingegen bleiben die Einlässe geschlossen, so daß optimale Füllung auch in diesem Drehzahlbereich nach wie vor gegeben ist. Man er­ hält im Ergebnis eine optimale Anpassung an die je­ weils herrschenden Betriebsverhältnisse des Motors.

Die vorteilhaften Folgen sind ein optimaler Verlauf des Drehmomentes im gesamten Drehzahlbereich, was ein weicheres Fahren zuläßt und einen Leistungsge­ winn sowohl von unten heraus als auch im oberen Drehzahlbereich bedeutet. Zudem ist die Einsparung an Kraftstoff in Anbetracht der bereits hohen und sich langfristig weiter erhöhenden Kraftstoffpreise entscheidend.

Die konkrete Ausgestaltung der die Einlässe betäti­ genden Steuerung ist im Rahmen der Erfindung grund­ sätzlich beliebig. Eine als bevorzugt zu bezeich­ nende Ausführungsform besteht darin, daß im motor­ seitigen Bereich des Ansaugrohres eine Unterdruck­ dose angeschlossen ist, über die die Stellung der Einlässe einstell- und veränderbar wird. Ein hoher Unterdruck signalisiert das Fehlen von Verbren­ nungsluft, woraufhin die Einlässe öffnen.

Eine Alternative besteht darin, die Steuerung über eine häufig bereits schon vorhandene Motorelektro­ nik vorzunehmen, die sämtliche Daten des augen­ blicklichen Betriebszustandes des Motors erfaßt und erkennt, ob ausreichend Verbrennungsluft zur Verfü­ gung steht. Diese Information wird zur Einstellung der Einlässe genutzt.

Eine Konkretisierung des für die erfindungsgemäßen Zwecke geeigneten Ansaugrohres besteht darin, daß im Übergangsbereich zwischen dem motorfernen Teil des Ansaugrohres geringen Querschnittes und dem mo­ tornahen mit größeren Querschnitt eine koaxial zur Strömungsrichtung angeordnete und in radialer Rich­ tung sich erstreckende Trommel angeordnet ist, die Öffnungen aufweist und mit einem drehbaren Innen­ ring versehen ist, der die als Einlässe dienenden Öffnungen entsprechend dem momentanen Betriebszu­ stand mehr oder weniger verschließt. Bei zusätzli­ cher Lagerung des Innenringes sind die zur Verände­ rung der Einstellung aufzubringenden Kräfte beson­ ders gering.

Grundsätzlich ist unerheblich, ob die auf der Trom­ mel angeordneten Einlässe in radialer oder in axi­ aler Richtung ausgerichtet sind. Unter Strömungsge­ sichtspunkten ist eine Anordnung in axialer Rich­ tung von Vorteil ist, da eine Umlenkung der in die­ sen Bereich eintretenden Luft in einem rechten Win­ kel entfällt und die Ausbildung von Turbulenzen un­ terdrückt wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert wird.

Sie zeigt in prinzipienhafter Darstellung das er­ findungsgemäße Ansaugrohr, wobei ein Teil der Vor­ richtung in Querschnittsdarstellung, im übrigen je­ doch in Seitenansicht wiedergegeben ist.

Das erfindungsgemäße Ansaugrohr (1) besteht aus ei­ nem motorfernen, hier rechten Teil (2) und einem motornahen, diesem also gegenüberliegenden linken Teil (3) mit demgegenüber größerem Querschnitt. Im Übergangsbereich ist die in radialer Richtung sich über beide Teile (2, 3) des Ansaugrohres (1) hinaus sich erstreckende Trommel (4) koaxial angeordnet. Die Trommel (4) weist über ihrem Umfang sich in ra­ dialer Richtung erstreckende, als Einlässe (5) die­ nende Öffnungen sowie einen um seinen Azimut ver­ stellbaren ebenfalls axiale Öffnungen aufweisenden Innenring (6) auf, der kugelgelagert ist und auf­ grund seiner Stellung relativ zur Trommel (4) die Einlässe (5) mehr oder weniger verschließt und die Menge der hierdurch eintretenden Luft einstellt und bestimmt.

In funktioneller Hinsicht wird die über die Ein­ lässe (5) eintretende Luft der über den rechten Teil (2) des Ansaugrohres einströmenden Luft addi­ tiv überlagert und über den demgegenüber sich ver­ breiterten Querschnitt von Teil 3 dem Motor zuge­ führt. Die Einstellung des Innenringes (6) erfolgt in beliebiger Weise zwischen den beiden Extremstel­ lungen, nämlich einerseits dem vollständigen Ver­ schließen der Einlässe (5), so daß die angesaugte Verbrennungsluft einzig über Teil 2, d. h. über die gesamte Länge des Ansaugrohres zum Motor gelangt. Dies entspricht der optimalen Einstellung bei nie­ deren Drehzahlen. Im anderen Extremfall sind die Einlässe (5) vollständig geöffnet und die Verbren­ nungsluft gelangt zum größten Teil radial über die Einlässe (5) ins Innere des Teiles 3 des Ansaugroh­ res. Der überwiegende Teil der angesaugten Verbren­ nungsluft durchströmt demzufolge nicht die gesamte Länge des Ansaugrohres (1). Statt dessen erhöht sich die pro Zeiteinheit für die Verbrennung zur Verfügung stehende Luft beträchtlich. Dieser Be­ triebszustand eignet sich in optimaler Weise für den hohen Drehzahlbereich.

Zur Steuerung der Einlässe (5) wird der Innenring (6) im Azimut gedreht, was im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel über eine Unterdruckdose (7) ge­ schieht, wobei die die Leichtgängigkeit der Ver­ stellung des Innenringes (6) gewährleistende Lager (8) sich als entscheidender Vorteil erweisen. Die Unterdruckdose (7) ist am motorseitigen Ende des Ansaugrohres (1) befestigt und erfaßt über die je­ weils herrschenden Druckverhältnisse im Ansaugrohr (1) den Betriebszustand und die Notwendigkeit der Zuführung von Verbrennungsluft.

Im Ergebnis erhält man ein Ansaugrohr, das für je­ den Betriebszustand, d. h. für jeden Drehzahlbereich in optimaler Weise die Verbrennungsluft zur Verfü­ gung stellt.

Claims (6)

1. Luftansauganlage für Verbrennungsmotore, die vor dem Filter und der Gemischaufbereitung (Vergaser, Einspritzanlage) angeordnet ist und aus einem An­ saugrohr besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Ansaugrohres (1) so gewählt ist, daß eine optimale Zuführung von Verbrennungsluft bei niede­ ren Drehzahlen erfolgt, daß sich das Ansaugrohr (1) zur Motorseite hin in seinem Querschnitt verbrei­ tert und in diesem Bereich Einlässe (5) aufweist, die über eine Steuerung einstellbar sind, wobei die Steuerung entsprechend dem momentanen Betriebszu­ stand des Motors erfolgt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung über eine Unterdruckdose (7) im motorseitigen Teil (3) des Ansaugrohres (1) er­ folgt, derart, daß bei einem Unterdruck im Ansaug­ rohr (1) die Einlässe (5) geöffnet werden.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Einlässe (5) die Motorelek­ tronik vornimmt.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (5) durch eine ko­ axial angeordnete und Öffnungen aufweisende Trommel (4) mit einem darin angeordneten, ebenfalls Öffnun­ gen aufweisenden und in ihrer Position verstellba­ ren Innenring (6) gebildet werden.

5. Anlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen gelagerten Innenring (6).

6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einlässe (5) in radialer oder axi­ aler Richtung weisen.