DE2621638A1 - Frischgas-leitungssystem fuer sechszylindermotor mit turboaufladung - Google Patents

Description

• )?RISCHGAS-LEITUNGSSySTEM FÜR SECHSZYLINDER-MOTOR MIT TURBOAÜF0LADUNG Die Erfindung betrifft ein mehrräumiges ein mehrräumiges Frischgas-Leitungssystem fttr turboaufgeiadene in Reihe, angeordnete sechszylinder-Kolbenbrennkraftmaschine welches zwischen den Ansaugöffnungen der Zylinder und dem Turboauflader, angeordnet ist.
• Die Leistung von Kolhenbrennkraftmaschinen kann beträchtlich erhöht werden, wenn das Frischgas - worunter bei Motoren mit innerer Gemiechbildung die zur Verbrennung benötigte Luft, bei Motoren mit ausserer Gemischbildung aber das Brennstoff-Luftgemisch verstanden wird - nicht allein durch die Saugwirkung der Zylinder, sondern zwangs-Häufig auch durch einen Verdichter in den Zylinderraum des Motors eingeführt wird. Als Verdichter wird wegen seiner zahlreichen Konstruktions- und Kunktionsvorzüge heutzutage allgemein ein durch die Motorabgase angetriebener Turboauflader benützt.
• Bekannt ist ferner ein Verfahren, das die Effekbivioät der Abgasturboaufladung weiter verstärkt, seine frUheren günstigen Eigenschaften vermehrt und damit den Anwendungabereich erweitert. Bei diesem Verfahren wiri im unteren Teil des Betriebsdrehzahlbereiches des Motors, wo die Aufladewirkung des Turhoaufladers noch nicht ausreichend ist, die durch günstig abgestimmte Schwingungen des Frischgases hervorgerufene dynamische /Resonanz-/ Aufladung zur Ergänzung der Turboaufladung und zur Erhöhung der FrischgasfUllung der Zylinder ausgenützt.
• Das maximale Drehmoment der nach diesem Verfahren arbeitenden Motoren kann um 20-30 % grösser aein, als das der Motoren mit herkömmlicher Turboaufladung, ebenso kann auch daß maximale Drehmoment bei einer erheblich niedrigeren Motordrehzahl erreicht werden. Die Drehmomentelastizität des Motors wird dadurch verbessert, ferner auch die Luftverschmutzung /Diesel-Rauchbildung/ bei kleineren Drehzahlen oder plötzlicher Beschleunigung geringer.
• Zum günstigen Abstimmen der Frischgasshwingungen, d.h. zur Verwirklichung der Resonanzaufladung ist der Motor mit einer Vorrichtung, einem Frischgas-Leitungssystem versehen, das zwischen den Einlassöffnungen des Motors unddem Turhoauflader eingebaut ist und aus den an die Saugöffnungen angeschlossenen Behältern - den Resonanbehältern - den an diese angeschlossenen Rohren -den Resonanzrohren ~ sowie aus dem, die Resonanzrohre mit dem Turboauflader verbindenden Ausgleichsbehälter besteht.
• An Jeden Motorzylinder känn je ein Resonanzbehälter angeschlossen werden. Bekannt ist aber auch eine solche Lösung, bei der die Saugöffungen jeher Zylinder, deren Ansaugeperioden einander nicht beträchtlich überdecken, mithin die Einlassöffnungen von höchstens vier Zylindern an einen gemeinsamen Resonanzbehälter angeschlossen sind, In dieser Hinsicht bietet der Sechszylinder-Reihemotor eine vorzugliche Möglichkeit, dessen übliche Zündfolge 1-5-3-6-2-4 ist. Die laufende Nummerierung bezeichnet der Reihe@ nach die einzelnen Zylinder. Innerhalb der heiden Zylindergruppen des erwähnten Motors, zu denen die benachbarten Zylinder Nr. 1, 2, 3, bzw. Nr. 4, 5, 6 gehören, überdecken sich nämlich die Öffnungsperioden der Einlassöffnungen praktisch nicht. Somit können die Einlassöffnungen der benachbart angeordneten Zylinder der Gruppen an je einen gemeinsamen Resonanzbehälter angeschlossen werden, wobei an jeden von diesen ein Resonanzrohr angeschlossen ist. Auf diese Weise verbindet der A,usgleichsbehälter nur zwei Resonanzrohre mit dem Xurboauflader.
• Der Leitung wird Frischgas vom Verdichter des Turboaufladers zugeführt. Die instationäre Saugwirkung der an Je einen Resonanzbehälter angeschlossenen Motorzylinder bewirkt in diesem periodische Druckschwingungen, die in dem an den Resonanzbehälter angeschlossenen Resonanzrohr die strömende Gassäule in Schwingung bringt.
• Wenn die Anzahl der Ansaug,perioden mit der Eigenachwingungszahl des akustischen Systems Ubereinstimmt, das von dem im Resonanzbehälter und im Resonanzrohr strömenden Gas gebildet wird, gelangt; das System in Resonanz und als Ergebnis der verstärkten Druckschwingungen kommt letzten Endes die das Turboaufladen ergänzende dynamische /Resonanz-/ Aufladung zustande.In diesem Fall entstehen nämlich die positiven Druckwellen der durch Resonanz verstärkten Druckschwingungen eben unmittelbar im Augenblick vor den Schliessen der Einlassöffnung.
• Auf diese Weise treibt die momentane Druckwelle durch Superponierung auf den Druck des Turboaufladers das Frischgas in den Motorzylinder. Von der Resonanzauf ladung wird also der grösste Aufladungßeffekt bei Jener Motordrehzahl beigestellt, bei der eine Resonanz zustande kommt; sie wird deshalb auch Resonanzdrehzahl genannt. Ebenso iet auch bekannt, dass bei günstiger Wahl des Resonanzbehältervolumens und der Resonanzrohrlänge, wobei das Volumen des Resonanzbehälters grösser als das halbe Hubvolumen der angeschlossenen Zylinder, jedoch kleiner als dessen zehnfacher Wert, bzw. das Resonanzrohr länger als der achtfache Kreisdurchmesser des dem Rohrquerschnitt äguivalenten Kreises ist, die Resonanzaufladung nicht nur bei der Resonanzdrehzahl oder in deren unmittelbaren Nähe, sondern im ganzen Betriebsdrehzahlbereich wirksam ist.
• Der grösste Aufladungseffekt kommt naturgemäss auch in diesem Falle bei der Resonanzdrehzahl zustande; weiter davon entfernt aber sinkt das Mass der Auf ladung - sowohl in der Richtung der niedrigeren, wie auch der höheren Drehzahlen - nur allmählich, ohne plötzliche Übergänge.
• Auf diese Weise ergänzt die im Frischgaslietungssystem, mit gegebenen Abmessungen seiner EinzelteiLe1 geschaffene Resonanzaufladung vorteilhaft die Turhoaufladung und fördert damit den Frischgasbedarf des Motors nicht nur hei seiner Nenndrehzahl und der Resonazdrehzahl, sondern ini ganzen Bereich der Betriebsdrehzahlen. Dies aber ermöglicht eine grosse Betriebselastizität und die Erzielung einer günstig verlaufenden Drehmomentkurve.
• Neben den dargelegten Vorteilen hat aber das vorstehend beschiebene Aufladungsverfahren die nachteilige Eingeschaft, dass das zu seiner Verwirklichung benötigte, aus Resonanzbehältern von bestimmten Rauminhalt, bzw. aus Resonanzrohren bestimmter Länge, sowie aus dem Ausgleichsbehälter bestehende Prischgas leitui:gssysten vie! Raum neben dem Motor erfordert.
• Beträgt beispielsweise der Durchmesser der Resonanzrohre von Kreis querschnitt 70 mm, die Rohrlänge aber das achtfache des Durchmessers, nämlich 560 mm, so können sich - in Anbetracht der entsprechenden Abmessungen der Resonanzbehälter und des Dämpfungsbehälters - für das erforderliche Frischgasleitungssystem solch grosse Konturmasse ergeben, dass sie die Baubreite oder Bauhöhe des Motors Uberschreiten. Die Resonanzrohre müssen natürlich nicht unbedingt senrecht zur Motorlängsachse sein, sie können auch zu dieaer schräg eingebaut werden. Das kann zwar die Bauhreite vermindern, doch die neben dem Motor -schräg nach vorne, oder nach hinten geführten Rohre vergrossen zwangsläufig die Baulänge des Motors.
• Alldas erschwert oder vereitelt sogar den Einhau des Motors in Strassenkraftfahrzeuge; dadurch aber wird die praktische Anwendung des Verfahrens samt der Nutaung seiner dargelegten Vorteile in Frage gestellt.
• Ziel der Erfindung ist demnach die Beseitigung der Einbauschwierigkeiten, die aus der voluminösen Bauart des Frischgasleitungssystems für den Sechszylindermotor mit Turboaufladung erwachsen; bzw. die Gestaltung eines solchen Frischgas-Leitungssystems, das den Einbau-Raumbedarf des Motors nicht erhöht, und dadurch günstige Möglichkeiten für die Anwendung in der Praxis sichert.
• Die Erfindung ist ein mehrräumiges Frischgas-Leitungssystem zu der turboaufgeladenen in Reihe angeordneten SechszylinderKolbenbrennkraftmaschine, das zwischen den Einlassöffnungen der Zylinder und dem Turboauflader angeordnet ist, wobei das Leitungssystem zwei getrennte, einzeln an die Saugöffnungen von je drei benachbarten Zylindern angeschlossene Resonanzbehälter mit einem Volumeninhalt grösser als die Hälfte, jedoch keiner als das Zehnfache des Gesamthubvolumens der am Resonanzbehälter angeschlossenen Zylinders besitzt, ferner zu jeden Resonanzbehälter ein mit seiner Austrittsöffnung einmündendes Resonanzrohr gehört, dessen Mittellinie eine Länge von mindestens dem Achtfachen des Durchmessers eines dem Rohrquerschnitt gleichen Kreises hat, schließlich ein Ausgleichsbehälter vorgesehen ist, der die Einströmöffnung der Resonanzrohre mit der Druckseite des Turboaufladers verbindet.
• Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die in Richtung der Motorachse aufeinander folgenden Resonanzbehälter, der Ausgleichsbehälter, sowie die kennzeichnende Erstreckung der die Resonanzbehälter mit dem Ausgleichsbehälter verbindenden Resonanzrohre die gleiche Richtung haben, die Resonanzrohre aber jeweils in den von ihrer Einströmöffnung weiter entfernten Resonanzbehälter münden.
• Vorteilhaft kann auch jene Ausfahrungaform des Frischgus-Leitungssystems gemäss der Erfindung zum Einsatz kommen, bei welcher der Dämpfbehälter in seiner LängserM-streckung eine gemeinsame Wand mit den Resonanzbehältern besitzt. In diesem Falle können die Resonanzrohre zweckmässig sowohl im Ausgleichsbehälter wie auch in den Resonanzbehältern vorgesehen werden.
• Eine weitere Ausführungsform des Leitungssystems gemass der Erfindung ist jene Lösung, bei der in der Längarichtung der Resonanzbehälter und des Ausgleichs behälters je eine Wand zugleich als Wand der Resonanzrohre auagebildet ist.
• Die Erfindung wird als Ausfahrungaheispiel anhand der Zeichnungen Fig. 1-5 näher erläutert, worin durch Fig. 1 der Längsschnitt durch das erfindungsgemässe Frischgas-Leitungssystem des Sechszylinder-Reihenmotora; durch Fig. 2-5 aber - ähnlich wie in Fig. 1 - weitere Ausführungsformen dargestellt sind.
• Nach Fig. 1 ist der Resonanzbehälter 8 des zwischen den Ansaugöffnungen la-6a der in Reihe angeordneten Sechszylinder-Kolbenbrennkarftmaschine und der Druckseite 7a des Turboaufladers 7 eingebauten Frischgas-Leitungssystems an die Einlassöffnungen la-3a, der Resonanzbehälter 9 aber an die Einlassöffnungen 4a-6a angeschlossen. Auf diese Weiee wird während der Ansaugperioden das Friechgas fAr die Zylinder 1-3 aus dem Resonanzbehälter 8, das Frischgas fUr die Zylinder 4-6 aber aus dem Resonanzbehälter 9 angesaugt. Der Rauminhalt der Resonanzbehälter ist grösser als das halbe Hubvolumen der jeweils angeschlossenen Zylinder, jedoch kleiner als dessen zehnfacher Betrag.
• Die Resonanzbehälter 8 und 9 sind mit dem Ausgleichsbehalter 10 über die Resonanzrohre 11 und 12 verbunden, daren Mittelinienlänge mindestens achtmal grösser ist als der Durchmesser des dem Rohrquerschnitt gleichen Kreises.
• Die Einströmöffnungen Lla und 12a der Rezonanzrohre kommunizieren mit dem Ausgleichsbehälter 13, während die Austrittöffnung llb des Resonanzrohres an den Resonanzbehälter 8, die Austrittöffnung 12b des Resonanzrohres 12 aber an den Behälter 9 angeschlossen ist. Der Ausgleichsbehälter 10 steht mit der Druckseite 7a des Turboaufladers in Verbindung. Dies ist durch direkten Anschluss oder mit Verwendung eines Verbindungsrohres möglich.
• Die Behälter 8, 9 und 10 werden nicht unbedingt von ebenen Flächen begrenzt, so wie auch die Achse der Resonanzrohre eine beliebige Raumkurve sein kann. Unter "kennzeichnender Längserstreckung" der Behälter wird hier die längsgerichtete grösste Länge des von ihnen abgegrenzten Raumteiles, unter kennzeichnender Längserstrecknung der Resonanzrohre aber die längsgerichtete grösste Lönge des von den Rohren beanspruchten Raumteiles verstanden.
• Die kennzeichnende Längserstreckung der in. der iotorachsenrichtung aufeinander folgenden Resonanzbehälter 8 und 9 stimmt gemäss dem Ausführungsbeispiel mit der Richtung der Motorachse überein, und in die gleiche Richtung fällt auch die kennzeichnende Längserstreckung des Auagleichßbehälters 10, sowie die der Resonanzrohre 11 und 12. Somit ist die kennzeichnende Längserstreckung aller drei Behälter, bzw. der beiden Resonanzrohre im Wesen parallel zur Motorlängsachse angeordnet, und von diesen Bauelementen wird der an der Motorlängsseite zur Verfügung stehende Platz voll ausgenützt.
• Um zu erreichen,dass durch die zur Motorlängsachse im wesentlichen parallel verlaufenden, in vorgeschriebe ner Länge gefertigten Resonanzrohre die Motorlänge nicht vergrössert wird, d.h. die Rohre weder vorne noch nach hinten über die Motorkontur hinausragen, sind die Resonanzrohre 11 und 12 so angeordnet, dass sie jeweils in den von ihrer Einströmullgsöffnung weiter gelegenen Reonanzbehälter einmünden. Somit ist die Einströmöffnung 11a des Resonanzrohres 11 auf der dem Resonanzbehälter zugekehrten Seite des Ausgleischsbehälters 10 angeschlossen, während die Austrittöffnung lib in den von der Einsbrömöffnung lla entfernter gelegenen Resonanzbehälter 8 mündet.
• In ähnlicher Weise ist auch das Resonanzrohr L2 angeordnet, dessen Austrittöffaung an den von der Einströmöffnung 12a weiter entfernten Resonanzbehälter 9 angeschlossen ist.
• Bei dieser Anordnung der Resonanzrohre kann die ganze Längserstreckung des Frischgasleitungssystems zur Unterbringung der Rohre ausgenützt, und die Resonanzrohre in gewünschter Länge an der Motorseite so angeordnet werden, dass sie die Konturmasse des Systems nicht wesentlich vergrössern. Damit aber kann das Prischgasleit ungssystem überaus kompakt gebaut werden, so dass der Einbau des mit dem gegebenen. System veraehenen Motors in ein Nutzfahrzeug ermöglicht wird, d.he gunstige Bedingungen für den praktischen Gebrauch geschaffen werden.
• In Fig. 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungslösung des beschriebenen Systeme zu sehen.
• hier sind die den Ansaugeöffnungen der Zylinder gegenüberliegenden Wände 8a und 9a der Resonanzbehälter 8 und 9, sowie dit, den Resonanzbehältern zugekehrte Wand lOa des Ausgleichsbehälters 10 als gemeinsame Trenwand ausgebildet.
• Hierdurch bilden die drei Behälter ein gemeinsames Werkstuck, wobei der von ihnen beansprucnte Raumteil noch mehr als Behälterauminhalt ausgenützt werden kann. Ausserdem hat die Ausgestaltung der gemeinsamen Wand auch im hinblick auf die Fertigungstechnologie gewisse Vorteile, und eine beträchtliche Gewichtseinsparung zur Folge.
• In Fig. 3 ist jene vorteilhafte Ausführungsform zu sehen, bei der die Resonanzrohre 11 und 12 im ochwingungadämpfbehälter 10 selhst untergebracht sind; der Dämpfbehälter hat dabei in der Längserstreckung eine gemeinsame Wand mit den Resonanzbehältern 8 und 9. Bei dieser Lösung kann der von der Behältern eingenommene Raumteil in vollam Ausmass als Behälterrauminhalt, bzw. zur Unterbringung der Resonanzrohre aus genützt werden. Ein weiterer Vorteil erwächst daraus, dass das als Ausführungsbeispiel dargestellte Frischgasleitungssystem als eine einzige, kompakte Einheit hergestellt werden kann.
• Die in Fig. 4. dargestellte Ausführungsform hat ähnliche Vorzüge, doch sind hier die Resonanzrohre 11 und 12 innerhalb der Resonanzbehälter vorgesehen.
• Im Ausführungsbeispiel Fig. 5 sind die Wände 8a und 9a der Resonanzbehälter 8 und 9, sowie die Wand lOa des Ausgleichsbehälters 10 als je eine Wand der zwischen ihnen angeordneten Resonanzrohre 11 und 12 ausgestaltet. Aus dem Ausführungsbeispiel ist zu ersehen, dass der beanspruchte Raumteil auch hier völlig ausgenlitzt ist, und günstige Bedingungen fUr den Einbau des Systems geschaffen sind Die in den Ausführungsbeispielen vorgezeigten Vorteile können selbetrebend auch dann erzielt werden, wenn das Frischgas-Leitungssystem nicht in der eingezeichneten Ebene, sondern auch in hiervon abweichender Weise nebei dem Motor angeordnet wird.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   5) Mehrräumiges Frischgas-Leitungssystem für turboaufgeladene, in Reihe angeordnete Sechszylinder-Kolbenbrennkraftmaschinen, zwischen den Einlassöffnungen des Zylinders und dem Turboauflader angeordnet, wobei das Leitungssystem zwei getrennte, einzeln an die Einlassöffnungen von je drei benachbarten Zylindern angeschlossenen Resonanzbehälter mit einem Volumeninhalt grösser als die Hälfte, Jedoch kleiner als das Zehnfache des Gesamthubvolumens der am Resonanzbehälter angeschlossenen Zylinder besitzt, ferner zu jedem Resonanzbehälter ein mit seiner Austrittsöffnung einmündendes Resonanzrohr gehört, dessen Mittellinie eine Länge von mindestens dem Achtfachen des Durchmessers eines dem Rohrquerschnitt gleichen Kreises hat und schliesslich ein Ausgleichsbehälter vorgesehen ist, der die Einströmöffnungen der Resonanzrohre mit der Druckseite des Turboaufladers verbindet, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß in Richtung der Motorlängsachse die kennzeichnende Längserstreckung der nacheinander folgend angeordneten Resonanzbehälter, sowie des Ausgleichsbehälters und der, die Resonanzbehälter mit dem Ausgleichsbehälter verbindenden Resonanzrohre in gleicher Richtung verlaufen, und die Resonanzrohre jeweils in den von ihrer Einströmöffnung weitestentfernten Resonanzbehälter münden.

   2. Leitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich, net, dass der Ausgleichsbehälter in seiner Längserstreckung eine gemeinsame Wand mit den Resonanzbehältern hat.

   3. Leitungesyetem nach Anspruch L und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzrohre im Ausgleichsbehälter angeordnet sind.

   4. Leintungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n a e i c h n e t, dass die Resonanzrohre in den Resonanzbehältern angeordnet sind.

   5. Leitungssystem nach Anspruch 1, dadurc g e k e n n -z e i c h n e t, das in der Längserstreckung je eine Wand der Resonanzbehälter und des Ausgleichsbehälters als je eine Wand der Resonanzrohre ausgebildet ist.