DE19861217B4

DE19861217B4 - Twin Plenum-Sauganlage

Info

Publication number: DE19861217B4
Application number: DE19861217A
Authority: DE
Inventors: Otto Altmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2018-05-07

Abstract

Ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer Brennkammer weist einen Lufteinlaß und einen Gasauslaß und einen jeder Brennkammer zugeordneten Lufteinlaßkanal auf, der an seinem einen Ende in den Lufteinlaß mündet und an seinem anderen Ende eine Lufteintrittsöffnung aufweist, wobei der Lufteinlaßkanal gekrümmt ist und einen radial äußeren Wandungsabschnitt sowie einen radial inneren Wandungsabschnitt umfaßt und wobei die durchströmte Länge des Lufteinlaßkanals zwischen der Lufteintrittsöffnung und dem Lufteinlaß veränderbar ist. Der Lufteinlaßkanal besitzt eine sich von der Lufteintrittsöffnung zum Lufteinlaß verjüngende Querschnittsgestalt und der radial innere Wandungsabschnitt und der äußere Wandungsabschnitt sind relativ zueinander verdrehbar ausgebildet, so daß die durchströmte Länge des Lufteinlaßkanals stufenlos veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer Brennkammer, die einen Lufteinlaß und einen Gasauslaß aufweist, mit einem jeder Brennkammer zugeordneten Lufteinlaßkanal, der an seinem einen Ende in den Lufteinlaß mündet und der an seinem anderen Ende eine Lufteintrittsöffnung aufweist, wobei der Lufteinlaßkanal gekrümmt ist und einen radial äußeren Wandungsabschnitt sowie einen radial inneren Wandungsabschnitt umfaßt, und wobei die durchströmte Länge des Lufteinlaßkanals zwischen der Lufteintrittsöffnung und dem Lufteinlaß veränderbar ist.
Derartige Ansaugsysteme werden vorzugsweise für Brennkraftmaschinen verwendet, deren Zylinder eine V-Anordnung einnehmen, können jedoch auch für Reihenmotoren eingesetzt werden. Bisher sind Sauganlagen bekannt, die an verschiedenen Punkten Stellglieder haben, um die Luftwege zu verkürzen oder zu verlängern. Häufig wird mit zwei Umschaltpunkten gearbeitet, wobei in jedem Punkt der Umschaltung ein Abfall des Wirkungsgrades zu verzeichnen ist.

Aus der DE 19528014 A1 ist eine Sauganlage mit veränderbares Saugrohrlänge für eine Brennkraftmaschine bekannt.

Aus der DE 3817193 A1 ist eine Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, bei der des wirksame Saugrohrquerschnitt veränderbar ist, bekannt.

Ein gattungsgemäßes Ansaugsystem ist beispielsweise aus der DE 195 06 306 A1 bekannt. Dieses bekannte Ansaugsystem besitzt, jedem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet, ein kreisförmig gestaltetes Einzelsaugrohr, das einen allen Zylindern gemeinsamen Ansaugverteilerraum umgibt. Jedes Einzelsaugrohr ist an seiner radial inneren Wandung mit einer Vielzahl von über den Umfang verteilten Öffnungen versehen. Radial einwärts ist auf der radial inneren Wandung eines jeden kreisförmigen Einzelsaugrohrs ein Drehschieber drehbar gleitend gelagert, der eine radiale Öffnung besitzt, die je nach Winkelstellung des Drehschiebers mit unterschiedlichen Öffnungen in der radial inneren Wandung des Einzelsaugrohrs zusammenwirken kann. Auf diese Weise kann die Länge des durchströmten Lufteintrittskanals stufenweise verändert werden. Da der durchströmte Querschnitt des jeweiligen Einzelsaugrohrs über die gesamte von der Ansaugluft durchströmte Länge konstant ist, erfolgt in diesem Ansaugsystem keine Beschleunigung der in die Brennkammer eingeleiteten Ansaugluft.

Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Ansaugsystem so auszubilden, daß eine stufenlose Verstellung der durchströmten Länge des Lufteinlaßkanals ermöglicht ist, wobei gleichzeitig eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lufteinlaßkanal eine sich von der Lufteintrittsöffnung zum Lufteinlaß verjüngende Querschnittsgestalt besitzt und daß der radial innere Wandungsabschnitt und der radial äußere Wandungsabschnitt relativ zueinander verdrehbar ausgebildet sind.

Durch die sich verjüngende Querschnittsgestalt des Lufteinlaßkanals wird die gewünschte Beschleunigung der Ansaugluft erzielt und durch die relative Verdrehbarkeit des radial inneren Wandungsabschnitts und des radial äußeren Wandungsabschnitts wird die Veränderung der durchströmten Länge des Lufteinlaßkanals ermöglicht.

Mit der erfindungsgemäßen stufenlosen Einstellung der Luftmenge in Abhängigkeit von der Leistung oder vom Drehmoment sind sowohl Sauganlagen für Reihenmotoren im Längs- oder im Quereinbau, als auch Motoren in V-Anordnung oder Boxermotoren ansteuerbar, und bei allen diesen Motoren sind deutliche Wirkungsgradvorteile zu erzielen.

Es kann jeweils eine Anordnung von Schaltwellen in nur einem Ansaugluftplenum vorgesehen sein, es ist aber auch möglich mehrere Schaltwellen nebeneinander und in Längsrichtung hintereinander anzuordnen. Eine solche Bauweise reduziert die Bauhöhe und ermöglicht ein extremes Spektrum für die Luftwege (extrem lange und sehr kurze Luftwege).

Der Stellantrieb für die Verstellung der Schaltwellen kann direkt mit der Bewegung der Drosselklappe, mit einem separaten elektrischen Stellmotor oder mit einer Unterdruckdose über den im Plenum vorliegenden Unterdruck erfolgen. Die Ansteuerung der Schaltwellen kann von der Seite erfolgen, auf der die Drosselklappeneinrichtung gelegen ist, von der gegenüberliegenden Seite des Plenums oder von außen über einzelne Steuerräder. Entsprechend der gewünschten Luftsteuerung und der erforderlichen Luftmenge kann es erforderlich sein, daß die Verstellgeschwindigkeit der Schaltwelle oder die Stellung der Schaltwelle über ein Zwischengetriebe verändert wird. Ein solches Zwischengetriebe kann jeweils zwischen den Steuerwellen für die Schaltwellen und dem eigentlichen Stellantrieb (Drosselklappe, elektrischer Stellmotor, Unterdruckdose) angeordnet sein.

Vorzugsweise ist der radial äußere Wandungsabschnitt stationär in einem Gehäuse des Ansaugsystems ausgebildet und der radial innere Wandungsabschnitt ist von einer drehbar im Gehäuse gelagerten schneckenartigen Schaltwelle gebildet, wobei eine Stelleinrichtung vorgesehen ist, um die Schaltwelle in vorgebbare Winkelpositionen zu drehen.

Die drehbar gelagerte schneckenartige Schaltwelle, deren Krümmung von einem Abschnitt mit konstantem Radius im Bereich des Ansaugverteilerraums und einem Abschnitt mit zunehmendem Radius ausgehend von der Lufteintrittsöffnung im Bereich des Ansaugverteilerraums in Richtung Lufteinlaß bestimmt ist, wobei der radial äußere Wandungsabschnitt einen im wesentlichen gleichbleibenden Radius aufweist, sorgt dafür, daß eine Verdrehung der schneckenartigen Schaltwelle eine Verlängerung des Lufteinlaßkanals unter Beibehaltung der sich insgesamt verjüngenden Querschnittsgestalt des Lufteinlaßkanals von der Lufteintrittsöffnung zum Lufteinlaß bewirkt.

Vorzugsweise ist die Stelleinrichtung von einem Stellantrieb betätigbar und der Stellantrieb ist von einem Stellorgan in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugplenum beaufschlagt.

In einer alternativen Ausführungsform ist die Stelleinrichtung vorzugsweise von einem Stellantrieb betätigbar und der Stellantrieb ist von einem Stellorgan in Abhängigkeit von der Winkelstellung einer Drosselklappe im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine beaufschlagt.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform ist die Stelleinrichtung von einem Stellantrieb betätigbar und der Stellantrieb ist von einem Stellorgan in Abhängigkeit von einem elektrischen Stellsignal beaufschlagt, das von einer elektronischen Regelungseinheit (Motormanagement) für die Brennkraftmaschine erzeugt wird.

Bei einem erfindungsgemäßen Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine mit mehreren nicht in Reihe, sondern versetzt zueinander angeordneten Brennkammern ist eine erste Drehwelle vorgesehen, die den Stellantrieb mit der drehbar gelagerten schneckenartigen Schaltwelle des Ansaugsystems für eine erste Gruppe von Brennkammern verbindet, und es ist eine zweite, gegenläufig zur ersten Drehwelle drehende Drehwelle vorgesehen, die den Stellantrieb mit der jeweiligen drehbar gelagerten schneckenartigen Schaltwelle des Ansaugsystems für eine zweite Gruppe von Brennkammern verbindet. Bei nicht in Reihe, sondern versetzt zueinander, angeordneten Brennkammern, wie dies beispielsweise bei einem V-Motor der Fall ist, müssen die beiden Drehwellen der jeweiligen Gruppe von Brennkammern gegenläufig drehen, das heißt mit unterschiedlichem Drehsinn, damit jede Brennkammer die gleiche Luftmenge erhält. Im Gegensatz dazu reicht bei Reihenmotoren grundsätzlich eine Drehwelle aus, da nur eine Zylinderreihe mit der jeweils angesteuerten Luftmenge versorgt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
1 einen Vertikalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ansaugsystem entlang der Linie I-I in 3;
1a bis 1c jeweils eine Ansicht gemäß 1, wobei die schneckenartige Schaltwelle unterschiedliche Winkelpositionen einnimmt;
2 eine perspektivische Ansicht einer schneckenartigen Schaltwelle;
3 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf das erfindungsgemäße Ansaugsystem;
4 eine schematische Darstellung eines Unterdruck-Verstellmechanismus' und
5 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Ansaugsystem mit einem alternativen Verstellmechanismus;
6 eine alternative Ausführungsform mit zwei nebeneinander gelegenen und strömungsmechanisch in Reihe geschalteten Schaltwellen;
7 eine weitere alternative Ausführungsform mit seitlich zueinander versetzt angeordneten Ansaugluftplenen in der Draufsicht;
8 eine Draufsicht auf einen alternative Ausführungsform für den Einsatz bei einem Reihenmotor.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Ansaugsystem vertikal geschnitten wiedergegeben und in den 1a bis 1c in drei unterschiedlichen Betriebszuständen dargestellt. Im vorliegenden Beispiel ist das Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylindern gezeigt.
Das Ansaugsystem besteht aus einer Anzahl von Ansaugvorrichtungen 1, von denen jede jeweils einem Zylinder der in den Figuren nur schematisch dargestellten Brennkraftmaschine 2 zugeordnet ist. Das Ansaugsystem besitzt ein den Ansaugvorrichtungen aller Zylinder gemeinsames Gehäuse 3, welches die Außenwandung der jeweiligen Ansaugvorrichtungen bildet. Wie in 1 und auch in 3 zu sehen ist, sind einander benachbarte Ansaugvorrichtungen 1, 1', 1'' jeweils abwechselnd um eine Vertikalachse gespiegelt entsprechend der Zylinderlage der in diesem Beispiel V-förmigen Brennkraftmaschine angeordnet. Da die einzelnen Ansaugvorrichtungen prinzipiell gleich aufgebaut sind, wird nachfolgend nur die in 1 geschnitten dargestellte Ansaugvorrichtung 1 beschrieben und diese Beschreibung gilt für die anderen Ansaugvorrichtungen entsprechend.
Die Ansaugvorrichtung 1 weist einen vom Gehäuse 3 gebildeten äußeren Wandungsabschnitt 10 und eine innere schneckenartig ausgebildete Schaltwelle 12 auf.
Der äußere Wandungsabschnitt 10 der Ansaugvorrichtung 1 besitzt eine über den größten Teil seines Umfangs kreisförmige Kontur mit im wesentlichen konstantem Radius. Tangential eingesetzt in den äußeren Wandungsabschnitt 10 ist ein als Ansaugtulpe ausgebildeter Ansaugstutzen 14, der von der Ansaugvorrichtung 1 zur Brennkraftmaschine 2 verläuft und eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren der Ansaugvorrichtung 1 und dem Lufteinlaß für die dieser Ansaugvorrichtung zugeordnete Brennkammer bildet. Der Querschnitt des Ansaugstutzens 14 verjüngt sich von der Mündung des Ansaugstutzens 14 in die Ansaugvorrichtung 1 hin zum Lufteinlaß 16, sodaß der Ansaugstutzen 14'' trompetenartig" ausgebildet ist.
Auf der Innenseite der Wandung 10 ist ein ringförmig angeordneter, wannenartiger Umlaufkanal 18 ausgebildet, der von dem in die Ansaugvorrichtung 1 eingreifenden Wandungsabschnitt 14'' des Ansaugstutzens 14 bis zu dessen Mündung 14' verläuft und dort in die Kontur des Ansaugstutzens 14 übergeht. Der wannenartige Umlaufkanal 18 besitzt eine im Querschnitt (senkrecht zur Zeichenebene der 1a bis 1c) im wesentlichen halbkreisförmige Kontur, die mit der nachfolgend noch beschriebenen Außenkontur der Schaltwelle 12 einen rohrförmigen Ringkanal 19 bildet.
Die schneckenartige Schaltwelle 12 ist in 2 in räumlicher Perspektive dargestellt. Sie besteht aus einem sich über etwa 135° erstreckenden ringförmigen, wannenartigen Wandungsabschnitt 20, der zusammen mit dem Umlaufkanal 18 den vorgenannten rohrförmigen Ringkanal 19 bildet, wobei der Wandungsabschnitt 20 eine im Querschnitt (senkrecht zur Zeichenebene der 1a bis 1c) im wesentlichen halbkreisförmige Kontur aufweist. In dem nicht vom ringförmigen Wandungsabschnitt 20 eingenommenen Umfangsbereich der Schaltwelle 12 ist ein bogenförmig verlaufender, rohrförmiger Ansaugabschnitt 22 ausgebildet, der eine Lufteintrittsöffnung 24 besitzt, die radial innerhalb des ringförmigen Wandungsabschnitts 20 in das dort gebildete Ansaugplenum 26 mündet. An seinem anderen Ende weist der Ansaugabschnitt 22 eine Mündungsöffnung 28 auf, die je nach Stellung der Schaltwelle in den vom Umlaufkanal 18 und vom ringförmigen Wandungsabschnitt 20 gebildeten rohrförmigen Ringkanal 19 oder unmittelbar in den Ansaugstutzen 14 mündet.
Die radial äußere Wandung des Ansaugabschnitts 22 verläuft bogenförmig mit zunehmendem Durchmesser ausgehend von einem Durchmesser im Bereich der Lufteintrittsöffnung 24, der im wesentlichen dem Innendurchmesser des ringförmigen Wandungsabschnitts 20 entspricht, bis zu einem Durchmesser im Bereich der Mündungsöffnung 28, der im wesentlichen dem Durchmesser des Umlaufkanals 18 entspricht. Die radial innere Wandung des Ansaugabschnitts 22 verläuft zwischen einem Lageraugenabschnitt 30 im Zentrum der Schaltwelle 12 zum ringförmigen Wandungsabschnitt 20 im Bereich der Mündungsöffnung 28. Der Querschnitt des Ansaugabschnitts 22 verjüngt sich dabei von der Lufteintrittsöffnung 24 zur Mündungsöffnung 28, sodaß auch der Ansaugabschnitt 22'' trompetenartig" ausgebildet ist. Die Wirksamkeit des Ansaugsystems wird insbesondere durch die relativ lange Lufteinlaßtulpe (das ist der Abschnitt der Schaltwelle 12 von der Lufteintrittsöffnung 24 bis zur Mündungsöffnung 28) bewirkt, die sich verjüngt, sowie durch den vom Lageraugenabschnitt 30 gebildeten Lufteinlaßradius. Die Wandung des radial inneren Ansaugabschnitts 22 geht im Bereich der Lufteintrittsöffnung 24 kontinuierlich in die Außenkontur des Lageraugenabschnitts 30 über, sodaß hier eine aerodynamische Idealkontur gebildet wird. Der Durchmesser der Luftsäule nimmt dadurch kontinuierlich ab und die schwingende Luftsäule wird nicht gestört. Der Weg der Ansaugluft ist in 1 schematisch durch einen Pfeil dargestellt.
Da der Querschnitt der Mündungsöffnung 28 im wesentlichen dem Querschnitt der Mündung 14' des Ansaugstutzens 14 entspricht, wird in der in 1 gezeigten Darstellung, in der die Mündungsöffnung 28 an der Mündung 14' anliegt, vom Ansaugstutzen 14 und vom Ansaugabschnitt 22 ein Lufteinlaßkanal 32 geschaffen, dessen Querschnitt sich, ausgehend von der Mündungsöffnung 28 bis zum Lufteinlaß, zunehmend verjüngt und über seine gesamte Länge "trompetenartig" ausgebildet ist.
Die als Laufrad ausgebildete schneckenartige Schaltwelle 12 ist im Inneren der Ansaugvorrichtung 1 mittels ihres Lageraugenabschnitts 30 um eine Längsachse 30' frei drehbar auf einer ersten Drehwelle 34 gelagert. Dazu ist die erste Drehwelle 34, die von einem Stellantrieb 36 über ein Zwischengetriebe 37 in Drehung versetzt wird, drehfest in den Lageraugenabschnitt 30 eingesetzt. Auf diese Weise kann die schneckenartige Schaltwelle 12 stufenlos ein Vielzahl unterschiedlicher Winkelpositionen einnehmen, von denen in den 1a bis 1c drei Winkelpositionen wiedergegeben sind.
Sowohl das Gehäuse 3 des Ansaugsystems als auch die einzelnen Schaltwellen 12 sind vorzugsweise als Kunststofformteile ausgebildet, wobei die jeweiligen Lageraugenabschnitte 30 mit einem Metalleinsatz versehen sind, um die Verschleißfestigkeit in diesem Bereich zu erhöhen.
Während in den 1 und 1a die Schaltwelle 12 eine Winkelposition einnimmt, in der der Lufteinlaßkanal 32 zwischen der Lufteintrittsöffnung 24 und dem Lufteinlaß 16 eine minimale Länge einnimmt, zeigt 1b eine Zwischenposition mit etwa mittlerer von der Ansaugluft durchströmte Länge des Lufteinlaßkanals 32, und 1c zeigt eine Stellung der Schaltwelle 12, in der eine im wesentlichen maximale von der Ansaugluft durchströmte Länge des Lufteinlaßkanals 32 erzielt wird. In den in den 1b und 1c gezeigten Positionen wird der Strömungsweg, der die Mündungsöffnung 28 des Ansaugabschnitts 22 mit der Mündung 14' des Ansaugstutzens 14 verbindet, vom rohrförmigen Ringkanal 19 gebildet.
Um die schneckenartige Schaltwelle 12 in ihren unterschiedlichen Drehstellungen gegenüber dem äußeren Wandungsabschnitt 10 abzudichten, sind im Bereich des in die Ansaugvorrichtung 1 eintretenden Wandungsabschnitts 14'' des Ansaugstutzens 14 und im Bereich des Außenumfangs, der Schaltwelle 12 der Mündungsöffung 28 benachbart, Dichtungspakete 38, 40 vorgesehen. Das Dichtungspaket 38 im Bereich des Wandungsabschnitts 14'' des Ansaugstutzens 14 dient gleichzeitig als Puffer, um die Schaltwelle 12 in ihrer Bewegung im Uhrzeigersinn abzufedern und um ein Anschlagen der Mündungsöffnung 28 an die Mündung 14' zu verhindern.
In 1 ist weiterhin ein Frischluftkanal 15 dargestellt, der zwischen der Wandung des Ansaugstutzens 14 und der Außenwandung des Gehäuses 3 gelegen ist und im wesentlichen achsparallel verläuft. Der Frischluftkanal 15, steht in Fluidverbindung mit dem Luftansaugrohr vor der Drosselklappe, sodaß über den Frischluftkanal 15 Frischluft auch bei geschlossener Drosselklappe (im Leerlaufbetrieb) zugeführt werden kann. Die Frischluft tritt aus dem Kanal 15 bei Bedarf unmittelbar in den Ansaugstutzen 14 ein, wozu in 1 schematisch eine Klappe 17 gezeigt ist, die bei Öffnung eine Verbindung zwischen dem Frischluftkanal 15 und dem Inneren des Ansaugstutzens 14 freigibt. Selbstverständlich kann anstelle der schematisch dargestellten Klappe 17 jede andere bekannte Art eines Öffnungs-Verschluß-Mechanismus' vorgesehen sein, wobei dieser Mechanismus gesteuert antreibbar ist und wozu die Steuerung über beispielsweise das Motormanagement erfolgt.
In 3 ist ein erfindungsgemäßes Ansaugsystem in einer teilweise geschnittenen Draufsicht gezeigt. Dabei ist deutlich die jeweils halbkreisförmige Querschnittsgestalt des Umlaufkanals 18 im Gehäuse 3 und des ringförmigen Wandungsabschnitts 20 der Schaltwelle 12 zu erkennen, die abschnittsweise gemeinsam den rohrförmigen Ringkanal 19 bilden. Die jeweilige Querschnittsgestalt des Umlaufkanals 18 und des ringförmigen Wandungsabschnitts 20 kann aber auch so gestaltet sein, daß sich für den rohrförmigen Ringkanal 19 ein elliptischer oder ein im wesentlichen rechteckiger Querschnitt ergibt.
Weiterhin ist in 3 zu sehen, daß die erste Drehwelle 34 als Hohlwelle ausgebildet ist, in welcher eine zweite Drehwelle 42 mit gegenläufigem Drehsinn gelagert ist. Die erste Drehwelle 34 ist über entsprechende Verbindungskeile 34' auf bekannte Weise mit den jeweiligen Lageraugenabschnitten 30 der zugehörigen Schaltwellen 12 der einer ersten Reihe von Zylindern zugeordneten Ansaugvorrichtungen 1, 1'' drehfest verbunden. Die zweite Drehwelle 42 ist mittels entsprechender Keilverbindungen 42' mit den Lageraugenabschnitten 30'' der entsprechenden Schaltwellen 12' der der zweiten Reihe von Zylindern zugeordneten Ansaugvorrichtungen 1' drehfest verbunden. Die Keilverbindungen 42' der inneren zweiten Drehwelle 42 treten dabei durch Fenster 43" hindurch, die im Umfang der ersten Drehwelle 34 ausgespart sind. Die beiden Pfeile v und w symbolisieren den unterschiedlichen Drehsinn der beiden gegenläufigen Drehwellen 34 und 42.
Auf diese Weise wird erreicht, daß mittels der beiden gegenläufigen Wellen die jeweils um 180° versetzt zueinander angeordneten Schaltwellen einander benachbarter Ansaugvorrichtungen im Sinne einer gleichwirkenden Verlängerung oder Verkürzung des zugeordneten Lufteinlaßkanals 32 verstellt werden können.
Die Drehwellen 34 und 42 sind Teil einer Stelleinrichtung 48, die auch den Stellantrieb 36 umfaßt. Der Stellantrieb 36 kann beispielsweise über eine Seilrolle und ein entsprechendes Zwischengetriebe von der Drosselklappe 44 beaufschlagt werden oder über ein elektronisches Gaspedal (E-Gas-System) mittels eines Servomotors beaufschlagt werden. Die Drehwellen 34 und 42 bestehen aus Metall.
In 3 ist schematisch auch eine Drosselklappe 44 gezeigt, die in einem Luftansaugrohr 46 in bekannter Weise angeordnet ist, wobei das Luftansaugrohr 46 eine Fluidverbindung zum Ansaugplenum 26 im Inneren des Ansaugsystems 1 bildet. Die Drosselklappe 44 beaufschlagt ein Stellglied 45 entweder direkt oder über ein Zwischengetriebe, wobei das Stellglied 45 wiederum den Stellantrieb 36 beaufschlagt.
Eine andere Alternative des Antriebs der Stelleinrichtung ist in 4 darstellt. Dort betätigt eine Unterdruckdose 50, die in bekannter Weise mit dem Ansaugplenum 26 in Fluidverbindung steht, eine ringförmige Kulisse 52, die in einem Kulissenkörper 54 ausgebildet ist. Der Kulissenkörper 54 steht über eine Stößelstange 56 mit einer Membran 58 der Unterdruckdose 50 in Verbindung, sodaß eine Verlagerung der Membran 58 innerhalb der Unterdruckdose 50, die von einer Druckänderung im Ansaugplenum 26 hervorgerufen wird, unmittelbar eine Verschiebung der Stößelstange 56 und damit eine Verschiebung des Kulissenkörpers 54 mit der ringförmigen Kulisse 52 bewirkt. Der Kulissenkörper 54 umgibt die Drehwellen 34 und 42, wobei an jeder der Drehwellen 34, 42 ein Kniehebel 60, 62 angebracht ist, der an seinem freien Ende jeweils eine Führungsrolle 60', 62' besitzt, die in der ringförmigen Kulisse 52 verfahrbar geführt sind. Die Kniehebel 60, 62 sind dabei bezüglich einer durch die Stößelstange 56 gehenden Vertikalebene E spiegelsymmetrisch angeordnet, sodaß eine Verschiebung der Stößelstange und damit der ringförmigen Kulisse 52 eine gegenläufige, gleichgröße Verdrehung der Drehwellen 34 und 42 erzeugt. Die Kulisse 52 ist in 4 zur Vereinfachung etwa kreisringförmig gezeichnet, wobei sie in der Praxis jedoch eine elliptische oder hyperbolische, also nichtkreisförmige Ringgestalt haben dürfte.
Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ansaugsystems ist in 5 dargestellt. Dort sind die Ansaugvorrichtungen 1, 1' lateral zueinander versetzt angeordnet, so daß die Drehachsen 64, 66 der zugeordneten Schaltwellen nicht auf einer gemeinsamen Achse liegen, sondern bezüglich einer Mittelebene F seitlich versetzt liegen. Angetrieben werden die Drehachsen 64 und 66 jeweils durch außenliegende Drehwellen 68, 70, die jeweils über ein Zwischengetriebe 72, 74 mit der zugeordneten Drehachse 64, 66 gekoppelt sind. Die Drehwellen 68 und 70 sind jeweils einer Reihe von Zylindern zugeordnet und entsprechen ihrer Funktion den Drehwellen 34 und 42 der ersten Ausführungsform.
In 6 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der zwei Schaltwellen der in Verbindung mit 1 beschriebenen Art nebeneinander angeordnet sind und bei der zwei parallel gelegene Ansaugluftplenen vorgesehen sind. Diese Bauart ist dann vorteilhaft, wenn für den Einbau nur eine geringe Höhe vorhanden ist.
Der in 6 rechts dargestellte erste Gehäuseabschnitt 76 nimmt eine erste Schaltwelle 80 auf und der in 6 links dargestellte zweite Gehäuseabschnitt 78 nimmt eine zweite Schaltwelle 82 auf. Der zweite Gehäuseabschnitt 78 geht in den Ansaugstutzen 84 über. Der erste Gehäuseabschnitt 76 und der zweite Gehäuseabschnitt 78 sind über einen rohrförmigen Verbindungskanal 86 miteinander verbunden, wobei die Mündung des Verbindungskanals 86 in den zweiten Gehäuseabschnitt 78 von einer Klappe 88 verschließbar ist. Die Klappe 88 ist von der Mündung 82' der zweiten Schaltwelle 82 betätigbar. Die beiden Schaltwellenanordnungen sind bezüglich ihrer Endanschlagpositionen winkelmäßig um etwa 90° versetzt angeordnet.
Die erste Schaltwelle 80 steuert den langen Luftweg vom Ansaugplenum zum Ansaugstutzen 84 bis zu dem Punkt, an dem die Mündung 80' der ersten Schaltwelle 80 an den rohrförmigen Verbindungskanal 86 anstößt. Der Antrieb der ersten Schaltwelle 80 und der zweiten Schaltwelle 82 ist so aufeinander abgestimmt, daß in dem Zeitpunkt, in dem die Mündung 80' der ersten Schaltwelle 80 an dem Verbindungskanal 86 anliegt, die zweite Schaltwelle 82 in Berührung mit der Klappe 88 gerät, diese bei Weiterdrehung der zweiten Schaltwelle 82 anhebt und dadurch die Öffnung des Verbindungskanals 86 verschließt, sodaß ab diesem Augenblick nur noch der kurze Luftweg durch die zweite Schaltwelle 82 zur Verfügung steht. Auf diese Weise ist eine stufenlose Luftwegsteuerung von einem sehr langen Luftweg zu einem äußerst kurzen Luftweg möglich.
Die erste Schaltwelle 80 und die zweite Schaltwelle 82 können getrennt vom elektrischen Motormanagement oder einem anderen Stellglied angesteuert werden. Auch können beide Schaltwellen 80, 82 über ein außenliegendes Zahnrad eines gemeinsamen Getriebes angesteuert werden, wodurch nur eine Steuerwelle erforderlich ist und die andere Welle nur das zweite Laufrad in Position hält.
In 7 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der die Schaltwellen 90, 92 zweier benachbarter Zylinder eines V-Motors aufgrund der Motorbreite seitlich zueinander versetzt so angeordnet sind, daß ihre jeweiligen Antriebswellen 90', 92' einen seitlichen Abstand zueinander aufweisen. Hierbei können zwei getrennte Ansaugluftplenen oder ein gemeinsames breites Ansaugluftplenum vorgesehen sein.
8 zeigt schematisch die Anordnung dreier Schaltwellen 94, 96, 98 dreier nebeneinander liegender Zylinder eines Reihenmotors in der Draufsicht. Der Aufbau des Ansaugsystems für einen Reihenmotor entspricht dabei grundsätzlich dem vorstehend für einen V-Motor beschriebenen Typ, wobei jedoch die in Bezug auf 3 dargestellte gespiegelte Ausrichtung zweier benachbarter Schaltwellen nicht erforderlich ist.
Bei Boxermotoren sind grundsätzlich zwei getrennte Ansaugluftplenen vorgesehen, sodaß in jedem Plenum der Luftweg separat über dort vorgesehene Schaltwellen gesteuert werden muß, wobei die Steuerung der beiden Schaltwellenanordnungen in jedem Plenum aber aufeinander abgestimmt gleichzeitig erfolgen muß, ähnlich wie dies in 7 schematisch dargestellt ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Ansaugsystem ist es möglich, eine optimale Anpassung der Länge des Lufteinlaßkanals eines jeden Zylinders einer Brennkraftmaschine an den entsprechenden Betriebszustand anzupassen, wobei bei niedrigen Drehzahlen oder geringer Motorleistung ein langer Lufteinlaßkanal gebildet und damit ein langer Strömungsweg für die anzusaugende Luft geschaffen wird. Wird über das Gaspedal eine höhere Leistung angefordert (höhere Drehzahlen), so wird die Schaltwelle in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung in Richtung auf den Ansaugstutzen gedreht (in der Darstellung in 1 im Uhrzeigersinn), sodaß der Strömungsweg für die Ansaugluft, also die Länge des Lufteinlaßkanals 32, stufenlos verkürzt wird. Dadurch wird eine kontinuierliche Leistungsanpassung ermöglicht und Leistungseinbrüche, wie sie bei mehrstufig arbeitenden Systemen auftreten, werden vermieden.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

1: Ansaugvorrichtung
1': Ansaugvorrichtung
1'': Ansaugvorrichtung
2: Brennkraftmaschine
3: Gehäuse
10: Äußerer Wandungsabschnitt
12: Schneckenartigen Schaltwelle
12': Schaltwelle
14: Ansaugstutzen
14': Mündung
14'': Wandungsabschnitt
15: Frischluftkanal
16: Lufteinlaß
17: Klappe
18: Umlaufkanal
19: Rohrförmiger Ringkanal
20: Ringförmiger Wandungsabschnitt
22: Ansaugabschnitt
24: Lufteintrittsöffnung
26: Ansaugplenum
28: Mündungsöffnung
30: Lageraugenabschnitt
30': Längsachse
30'': Lageraugenabschnitt
32: Lufteinlaßkanal
34: Erste Drehwelle
34': Keilverbindung
34'': Fenster
36: Stellantrieb
37: Zwischengetriebe
38: Dichtungspaket
40: Dichtungspaket
42: Zweite Drehwelle
42': Keilverbindung
44: Drosselklappe
45: Stellglied
46: Luftansaugrohr
48: Stelleinrichtung
50: Unterdruckdose
52: Ringförmige Kulisse
54: Kulissenkörper
56: Stößelstange
58: Membran
60: Kniehebel
60': Führungsrolle
62: Kniehebel
62': Führungsrolle
64: Drehachse
66: Drehachse
68: Drehwelle
70: Drehwelle
72: Zwischengetriebe
74: Zwischengetriebe
76: erster Gehäuseabschnitt
78: zweiter Gehäuseabschnitt
80: erste Schaltwelle
82: zweite Schaltwelle
82': Mündung
84: Ansaugstutzen
86: Verbindungskanal
88: Klappe
90: Schaltwelle
90': Antriebswelle
92: Schaltwelle
92': Antriebswelle
94: Schaltwelle
96: Schaltwelle
98: Schaltwelle

Claims

Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer Brennkammer, die einen jeder Brennkammer zugeordneten Lufteinlass aufweist, wobei ein erstes Ansaugplenum mit dem Lufteinlass über einen ersten sich verjüngenden Lufteinlasskanal verbunden ist, der durch einen ersten radial äußeren Wandungsabschnitt und einen ersten radial inneren Wandungsabschnitt gebildet ist, welche relative zueinander verdrehbar ausgebildet sind, wodurch sich die Länge des ersten Lufteinlasskanals stufenlos verändern läßt, und wobei ein zweites Ansaugplenum mit dem Lufteinlass über einen Abschnitt des ersten Lufteinlasskanals und einen zweiten sich verjüngenden Lufteinlasskanal verbunden ist, der durch einen zweiten radial äußeren Wandungsabschnitt und einen zweiten radial inneren Wandungsabschnitt gebildet ist, welche relativ zueinander verdrehbar ausgebildet sind, wodurch sich die Länge des zweiten Lufteinlasskanals stufenlos verändern läßt.
Ansaugsystem gemäß Anspruch 1, die eine Schließvorrichtung (88) aufweist, um entweder das erste Ansaugplenum oder das zweite Ansaugplenum mit dem Lufteinlass zu verbinden.
Ansaugsystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Lufteinlasskanal einen ersten Ansaugabschnitt für Luft aus dem ersten Ansaugplenum und der zweite Lufteinlasskanal einen zweiten Ansaugabschnitt für Luft aus dem zweiten Ansaugplenum aufweist.
Ansaugsystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Lufteinlasskanal einen ersten Ringkanal und der zweite Lufteinlasskanal einen zweiten Ringkanal aufweist.
Ansaugsystem gemäß Anspruch 4, wobei sich die Länge des ersten Ringkanal durch Verdrehen des ersten radial inneren Wandungsabschnitts und des ersten radial äußeren Wandungsabschnitts gegeneinander stufenlos verändern läßt und wobei sich die Länge des zweiten Ringkanal durch Verdrehen des zweiten radial inneren Wandungsabschnitts und des zweiten radial äußeren Wandungsabschnitts gegeneinander stufenlos verändern läßt.
Ansaugsystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite radial äußere Wandungsabschnitt stationär in einem Gehäuse des Ansaugsystems ausgebildet sind und einen im wesentlichen konstanten Innenradius aufweisen.
Ansaugsystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste radial innere Wandungsabschnitt von einer ersten schneckenartigen Schaltwelle gebildet ist, die drehbar innerhalb des ersten radial äußeren Wandungsabschnitts gelagert ist, wobei der zweite radial innere Wandungsabschnitt von einer zweiten schneckenartigen Schaltwelle gebildet ist, die drehbar innerhalb des zweiten radial äußeren Wandungsabschnitts gelagert ist, und wobei zumindest eine Stellvorrichtung vorgesehen ist, um die erste und die zweite Schaltwelle in verdrehbare Winkelposition zu drehen.
Ansaugsystem gemäß Anspruch 7, wobei in einer bestimmten Winkelposition der zweiten Schaltwelle die Schließvorrichtung (88) betätigbar ist.
Ansaugsystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei die erste und die zweite Schaltwelle bezüglich ihrer Endanschlagpositionen um ungefähr 90° winkelversetzt angeordnet sind.
Ansaugsystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die zumindest eine Stellvorrichtung durch eine elektronische Regeleinheit der Brennkraftmaschine angesteuert wird.
Ansaugsystem gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 10, wobei die erste und die zweite Schaltwelle von einer gemeinsamen Stellvorrichtung betätigt werden und mittels einer geeigneten Umsetzvorrichtung mit der gemeinsamen Stellvorrichtung beaufschlagt sind.
Ansaugsystem gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 10, wobei die erste und die zweite Schaltwelle von zwei unterschiedlichen Stellvorrichtungen betätigt werden.
Ansaugsystem gemäß Anspruch 12, wobei die zwei unterschiedlichen Stellvorrichtungen durch eine elektronische Regeleinheit der Brennkraftmaschine getrennt angesteuert werden.