DE3446377A1

DE3446377A1 - Ansaugvorrichtung fuer kolben-verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE3446377A1
Application number: DE19843446377
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Hitomi; Junzo Hiroshima Sasaki; Kazuhiko Ueda
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1983-12-21
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1985-07-11
Anticipated expiration: 2004-12-20
Also published as: US4619226A; DE3446377C2

Description

MAZDA MOTOR CORP.,

Nr. 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun

Hiroshima-ken, Japan -24 -564 20/h

Ansaugvorrichtung für Kolben-Verbrennungskraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Ansaugvorrichtung für Kolben-Verbrennungskraftmaschinen mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einer verstellbaren Einlaß- oder Ansaugvorrichtung dieser Art, bei der die effektive Länge der Ansaugstrecke jedes Zylinders veränderbar ist. Es ist bekannt, daß durch Ausnutzung des sogenannten Trägheitseffekts des angesaugten Verbrennungsgases der volumetrische Wirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine verbessert und dadurch die von der Maschine abgegebene Leistung erhöht werden kann. Der durch den Ansaugvorgang auftretende Trägheitseffekt hängt von der Länge der Ansaugstrecke zur Maschine und der Maschinendrehzahl ab, d.h. diejenige Länge des Ansaugkanals, bei der der Ansaug-Trägheitseffekt ein Maximum wird, ändert sich mit der Maschinendrehzahl. Im einzelnen ergibt sich, daß bei einer Erhöhung der Maschinendrehzahl die Länge der Ansaugstrecke, bei der der Trägheitseffekt ein Maximum wird, abnimmt.

In Ausnutzung dieses Effekts sind bereits Ansaug- oder Einlaßvorrichtungen vorgeschlagen worden, in denen die effektive Länge des Ansaugkanals oder der Ansaugstrecke in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl veränderbar ist. (Derartige Ansaugvorrichtungen werden nachfolgend als

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"Ansaugvorrichtungen mit veränderbarer Länge" oder kurz "verstellbare Ansaugvorrichtungen" bezeichnet). Diese verstellbaren Ansaugvorrichtungen sollen dazu dienen, den beim Ansaugvorgang auftretenden Trägheitseffekt über einen weiten Bereich der Maschinendrehzahl hinweg effektiv auszunützen (vgl. veröffentlichte japanische Gebrauchsmusterschriften 56U98U-2023 und 57 (1982 )-22629 ). Die in diesen japanischen Gebrauchsmusterschriften offenbarten verstellbaren Ansaugvorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie sehr groß bauen, wenn die Länge der Ansaugstrecke in dem gewünschten Ausmaß veränderbar sein soll, weil die Längenänderung dadurch erfolgt, daß ein bewegliches Rohr verschiebbar in ein feststehendes Rohr in dessen Längsrichtung eingepasst ist. Hinzu kommt, daß bei einer Mehrzylinder-Verbrennungskraftmaschine die Anzahl der Teile beträchtlich zunimmt und ein komplizierter Antriebsmechanismus erforderlich wird, da für jeden Zylinder eine eigene Einlaßstrecke benötigt wird und jede Einlaßstrecke unabhängig von den übrigen längenveränderbar sein muß.

Die US-PS 28 35 235 beschreibt eine verstellbare Ansaugvorrichtung, die bezüglich ihrer Kompaktheit und ihres einfachen Aufbaues als den Ansaugvorrichtungen nach den vorstehend genannten japanischen Gebrauchsmusterschriften überlegen angesehen werden muß. Bei dieser bekannten verstellbaren Einlaßvorrichtung wird die Verbrennungsluft in jeden Zylinder durch ein trommelartiges Drehelement und ein Einlaßrohr hindurch zugeführt, welches an einem Ende bogenförmigen gekrümmt und an dem anderen Ende mit dem Zylinder verbunden ist. Das Drehelement ist an das gekrümmte Ende des Einlaßrohres so angeschlossen, daß es um seine Längsachse drehbar ist, wobei die Umfangsfläche des Drehelements luftdicht an dem bogenförmigen

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Ende des Rohres gleitet. Das Drehelement weist einen Einlaßteil auf, der in direkter Verbindung mit der Atmosphäre steht, sowie eine Auslaßöffnung, die in das gekrümmte Ende des Einlaßrohres hinein mündet. Durch Drehen des Drehelements wird die Lage der Auslaßöffnung, durch welche Luft oder ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in das Einlaßrohr gelangt, relativ zu dem Einlaßrohr verändert, so daß sich damit auch der effektive Abstand verändert, den die Luft oder das Luft/ Kraftstoff-Gemisch zurücklegen muß bevor sie bzw. es den Zylinder nach dem Eintritt in das Einlaßrohr erreicht. Das bedeutet, daß die effektive Länge der Einlaßstrecke verändert wird. Diese bekannte verstellbare Einlaß- oder Ansaugvorrichtung muß als kompakter und einfacher im Aufbau als diejenigen nach den vorstehend erwähnten japanischen Gebrauchsmusterschriften angesehen werden, da bei ihr die effektive Länge der Ansaugstrecke durch eine Drehung eines Drehelements verändert wird, während bei den letztgenannten die Längenveränderung durch eine Verschiebung von Rohren in deren Längsrichtung erfolgt. Jedoch trägt auch diese bekannte verstellbare Ansaugvorrichtung zu einer Vergrösserung der Gesamthöhe der Verbrennungskraftmaschine bei, weil das Einlaßrohr ab dem bogenförmig gekrümmten Ende davon sich nach oben wölbt. Das ist deshalb der Fall, weil das Einlaßventil im oberen Bereich des Verbrennungsraumes liegt und das Ansaugrohr allgemein so angeordnet ist, daß es sich schräg nach oben erstreckt. Das hat zur Folge, daß das genannte trommelartige Drehelernent - auch Verstellelement zur Steuerung der Ansaugstrecke zwischen Einlaß und Vergaser genannt - relativ hoch über dem Brennraum angeordnet ist und damit die Maschinenhöhe vergrössert. Insbesondere dann, wenn das trommelartige Drehelernent als eine Art Windkessel oder Beruhigungstank ausgestaltet ist, weist es ein beträchtliches Volumen auf, das bezüglich der Gesamthöhe

der Verbrennungskraftmaschine durchaus ins Gewicht fällt. Setzt man das Drehelement tiefer, um diesen Nachteil zu vermeiden, dann führt das zu einer verhältnismässig scharfen Biegung des Ansaugrohres zwischen der Einlaßöffnung zum Zylinder und dem Drehelement, wodurch eine gleichmässige Strömung des Ansauggases verhindert wird.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verstellbare Ansaugvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art zu schaffen, die kompakt aufgebaut ist, nicht oder nur unwesentlich zur Vergrösserung des Platzbedarfes der Verbrennungskraftmaschine beiträgt, an einer Mehrzylinder-Kolben-Verbrennungskraft-, maschine ohne wesentliche Verkomplizierung des Aufbaues eingesetzt werden kann und einen einfachen Mechanismus zur Einstellung der Länge der Ansaugstrecke beinhaltet. Darüber hinaus soll die Ansaugvorrichtung in ihrer Umrißgestaltung flach ausgebildet sein und eine gleichmässige glatte Strömung des Brenngases gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Erfindungsgemäß ist somit in einem Gehäuse ein im wesentlichen zylindrischer Puffer- oder Beruhigungsbehälter um seine Längsachse drehbar gelagert, der eine mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Öffnung zum Ansaugen von Luft in den Innenraum des Pufferbehälters sowie eine Mehrzahl von Verbindungslöchern in seiner Umfangsflache aufweist, die mit dem Innenraum des Gehäuses in Verbindung stehen. Von den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine aus erstreckt sich eine Mehrzahl von gesonderten Einlaßkanälen zum oberen Teil des Gehäuses hin, die in den Innenraum des Gehäuses an den

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jeweiligen Verbindungsstellen münden. Dabei werden durch die voneinander getrennten Ansaugkanäle Verlängerungen gebildet, die längs der Innenwand des Gehäuses eine Spirale nach unten bilden und die jeweiligen Ansaugkanäle mit dem Innenraum des Pufferbehälters verbinden. Der Pufferbehälter seinerseits ist durch eine Antriebsvorrichtung um seine Längsachse verdrehbar, um hierdurch den Abstand zwischen den Verbindungslöchern des Pufferbehälters und den jeweiligen Verbindungsstellen in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine zu verändern.

Bei Anwendung der erfindungsgemässen verstellbaren Ansaugvorrichtung kann die Gesamthöhe der Verbrennungskraftmaschine relativ niedrig gehalten werden, ohne daß eine scharfe Biegung des Einlaß- oder Ansaugkanales zwischen jedem Zylinder und dem Pufferbehälter die Folge ist, weil die Ansaugkanäle in einer sich nach unten erstreckenden Spirale angeordnet sind und folglich der Pufferbehälter unterhalb der Ansaugrohre, die an die Einlaßöffnungen der Verbrennungskraftmaschine anschließen, positioniert werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die erwähnten Verlängerungen der voneinander getrennten Ansaugkanäle ebenfalls voneinander durch Trennwände abgetrennt, die sich in Umfangsrichtung des Pufferbehälters erstrecken und einstückig mit dem Gehäuse sind, wobei der Pufferbehälter auf den freien Kanten dieser Trennwände gleitet. Diese Anordnung ist gegenüber einer solchen, bei der die Trennwände mit dem Pufferbehälter eine Einheit bilden und sich von diesem aus nach außen erstrecken, wobei der Pufferbehälter mit den freien Kanten der Trennwände auf der Innenwand des Gehäuses gleitet, deshalb von Vorteil, weil die in Umfangsrichtung gemessene Länge der Gleitstrecke in der hier gewählten ersteren Anordnung kürzer als in der zweiten Anordnung

ist. Dadurch wird die Abdichtung der Gleitstrecke erleichtert und der Schiebewiderstand längs der Gleitstrecke vermindert.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine Verbrennungskraftmaschine mit einer ersten Ausführungsform einer erfxndungsgemassen verstellbaren Einlaßoder Ansaugvorrichtung;

Figur 2

einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine Stirnansicht der Ansaugvorrichtung, die den Antriebsmechanismus dafür wiedergibt;

Figur 5 eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung einer Modifikation der Ansaugvorrichtung nach Fig. 1;

Figur 6 einen Teilschnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5;

Figur 7 eine der Fig. 2 entsprechende Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Einlaß- oder Ansaugvorrichtung;

Figur 8 eine Stirnansicht in Richtung der Pfeile VIII in Fig. 7;

Figur 9 einen Querschnitt längs der Linie IX-IX in Fig. 7;

Figur 10 eine der Fig. 1 entsprechende Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einlaß- oder Ansaugvorrichtung.

Figur 11 einen Schnitt längs der Linie XI-XI in Fig. 10, und

Figur 12 bis 16 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung mehrerer Modifikationen der Einlaß- oder Ansaugvorrichtung gemäß den Fig. 10 und 11.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen verstellbaren Ansaugvorrichtung 2 an einer Seite einer Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet. Die Ansaugvorrichtung 2 beinhaltet einen trommeiförmigen Dreh-Pufferbehälter 6 (Fig. 2), in welchen über ein Luftfilter 3, ein Meßgerät 4 zur Messung des Luftdurchsatzes und ein Drosselventil 5 Ansaugluft eintritt. Von dem Pufferbehälter 6 zweigen eine Anzahl (im gezeigten Ausführungsbeispiel vier) voneinander getrennte Ansaugkanäle 11 ab (Fig. 3), um die Ansaugluft im Pufferbehälter 6 den Zylindern 9 durch im Zylinderkopf 7 vorgesehene Einlaßöffnungen 8 zuzuführen.

Der Pufferbehälter 6 ist, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, drehbar in einem Gehäuse 15 gelagert, mit dem einstückig vier Ansaugstutzen 10 ausgebildet sind. Jeder getrennte Ansaugkanal 11 weist einen Hauptabschnitt 12, der sich durch den jeweils zugehörigen Ansaugstutzen 10 hindurcherstreckt, sowie eine Verlängerung 13 auf, die zwischen der Außenfläche des Pufferbehälters 6 und der Innenwand des Gehäuses 15 definiert ist. Wie sich deutlich aus Fig. 3 ergibt, erstreckt sich die Verlängerung 13 in Form einer Spirale längs der äußeren Umfangsfläche des Pufferbehälters 6 nach unten und geht im

wesentlichen in einer Flucht und ohne Ausbildung einer Stufe an der Stelle A über dem Pufferbehälter 6 in den Hauptabschnitt 12 des zugehörigen Ansaugkanals 11 über. Die Stelle A liegt zwischen dem Gehäuse 15 und dem Ansaugstutzen 10. Wie weiterhin aus Fig. 2 hervorgeht, sind die jeweiligen Verlängerungen 13 der nebeneinander verlaufenden Ansaugkanäle 11 voneinander durch Trennwände

14 getrennt, die von der Innenfläche des Gehäuses 15 aus nach innen vorspringen.

Der Pufferbehälter 6 ist in dem Gehäuse 15 so montiert, daß er sich in dessen Längsrichtung erstreckt. Er weist ein offenes Ende 17 auf, über das sowie über einen Einlaß

18 des Gehäuses 15, das Drosselventil 5, das Meßgerät 4 und das Luftfilter 3 der Innenraum 16 des Pufferbehälters 6 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Zur drehbaren Abstützung des Pufferbehälters 6 in dem Gehäuse 15 ist das offene Ende 17 des Pufferbehälters 6 mittels eines Lagers

19 im Gehäuse 15 gelagert, während das andere oder geschlossene Ende des Pufferbehälters 6 durch ein Lager drehbar gelagert ist, welches in einem durch Schrauben befestigten Gehäusedeckel 21 sitzt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist zentral zwischen den Stirnseiten des Gehäuses

15 bzw. den Ansaugkanälen 11 für den zweiten und dritten Zylinder (bei Zählweise von einem Ende des Zylinderkopfes in Fig. 1 her) eine im wesentlichen ringförmige Kammer 30 ausgebildet, deren Zweck nachfolgend noch näher erläutert wird. Der Pufferbehälter 6 weist in seiner Umfangswandung vier Verbindungslöcher 23 auf, die jeweils in eine der Verlängerungen 13 der Ansaugkanäle 11 münden und dabei den Innenraum 16 des Pufferbehälters 6 mit den Ansaugstutzen 10 über die genannten Verlängerungen 13 verbinden. Aus dem Innenraum 16 des Pufferbehälters 6 wird über

das jeweils zugeordnete Verbindungsloch 23 Ansaugluft in jede der Verlängerungen 13 angesaugt und dann durch den Ansaugstutzen dem Zylinder 9 zugeführt. Daraus folgt, daß durch eine Verdrehung des Pufferbehälters 6 die Strecke, längs der die Ansaugluft nach dem Durchtritt durch das jeweilige Verbindungsloch 23 strömen muß, bevor sie in den Zylinder 9 eintritt, verändert werden kann,d.h. die Effektivlänge des Ansaugkanals ist veränderbar.

Der Dreh-Pufferbehälter 6 ist durch einen Antriebsmechanismus 24 (s. Fig. 4) zu dem Zweck verstellbar, die Effektivlänge der Ansaugstrecke in Abhängigkeit von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine zu verändern. Der Antriebsmechanismus 24 ist außen auf der dem offenen Ende 17 des Pufferbehälters 6 gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses 15 montiert und weist ein Zahnritzel 26 auf, das fest auf einer Welle 25 sitzt. Die Welle 25 ist einstückig mit dem Pufferbehälter 6 ausgebildet und ragt durch den Gehäusedeckel 21 hindurch nach außen. Mit dem Zahnritzel 26 steht ein Zahnsektor 27 in Eingriff, der über einen Hebel 28 durch eine Membran 29 verschwenkbar ist. Die Membran 29 ist durch den Auslaßdruck beaufschlagt, der über einen (nicht gezeigten) Auspuffkanal der Verbrennungskraftmaschine 1 anliegt. Da der Auslaßdruck mit zunehmender Maschinendrehzahl steigt und bei abnehmender Maschinendrehzahl sinkt, bewegt sich die Membran 29 - in Fig. 4 - nach rechts, wenn die Maschinendrehzahl zunimmt. Durch die Bewegung der Membran 29 nach rechts wird der Zahnsektor 27 in Richtung des Pfeiles a verschwenkt, so daß dadurch das Zahnritzel 26 in Richtung des ihm zugeordneten Pfeiles a (Fig. 4) verdreht wird. Dadurch wird auch der Pufferbehälter 6 in Richtung des Pfeiles a verdreht, wodurch die Effektivlänge des Ansaugkanales verkürzt wird.

Die Kammer 30 steht mit dem Innenraum 16 des Pufferbehälters 6 über ein Verbindungsloch 31 in Verbindung, das in der Umfangswandung des Pufferbehälters 6 in dessen Mittelabschnitt ausgebildet ist. Die Kammer 30 kann dazu herangezogen werden, den Zylindern gleichmässig rezirkuliertes Auspuffgas wieder zuzuführen; sie kann auch zur ständigen Abnahme des Ansaugvakuums für verschiedene Steuer- und Kontrollzwecke dienen. Mit Bezugszeichen 32 ist ein Brennstoff-Einspritzventil bezeichnet, durch das von einer Brennstoff-Zuleitung 33 herangeführter Brennstoff in den Ansaugkanal 11 eingespritzt werden kann. Für jeden Ansaugkanal 11 ist eine getrennte Brennstoffeinspritzung vorgesehen. Das Gehäuse 15 und der Pufferbehälter 6 sind so ausgebildet und angeordnet, daß letzterer leicht in das Gehäuse 15 nach Abnahme des Gehäusedeckels 21 durch Einschieben eingebaut werden kann. Auch in diesem Zusammenhang erweist sich die Ausgestaltung, bei der die Trennwände 14 mit dem Gehäuse 15 eine Einheit bilden, als vorteilhaft gegenüber einer Ausführungsform, bei der die Trennwände 14 in anderer Weise ausgebildet sind.

Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 wird Ansaugluft durch das Luftfilter 3 über das Meßgerät 4 und die Drosselklappe 5 in den Pufferbehälter 6 eingesaugt und dann über die jeweiligen Ansaugstutzen 10 und die Einlaßöffnungen 8 den Zylindern 9 zugeführt. Dabei tritt die Ansaugluft zunächst in den Innenraum 16 des Pufferbehälters 6 durch den Einlaß 18 des Gehäuses 15 und das offene Ende 17 des Pufferbehälters 6 ein; anschließend strömt sie in die jeweiligen Ansaugkanäle 11 durch die Verbindungslöcher 23 in der Wandung des Kupferbehälters 6. Da die Verlängerungen der Ansaugkanäle 11 voneinander durch die Trennwände 14 abgetrennt sind, verzweigt sich der Ansaugluftstrom aus dem Innenraum 16 an der Verbindungsstelle B (Fig. 3), d.h.,

-Vt-

jeder Zylinder 9 hat einen getrennten Ansaugkanal, der sich von der Verbindungsstelle B über die früher erwähnte Anschlußstelle A hinweg erstreckt.

Bei niedriger Maschinendrehzahl und entsprechend niedrigem, der Membran 29 des Antriebsmechanismus 24 zugeführtem Auslaßdruck befindet sich der Pufferbehälter 6 in einer im Uhrzeigersinn (in Fig. 3) verdrehten Stellung. Wird die Maschinendrehzahl gesteigert, so daß dadurch auch der Auslaßdruck an der Membran 29 zunimmt, dann wird der Pufferbehälter 6 entgegen dem Uhrzeigersinn bzw. in Richtung des Pfeiles a in Fig. 3 durch Eingriff des Zahnsektors 27 in das Zahnritzel 26 verstellt, wodurch entsprechend die Verbindungsstelle B im Gegenuhrzeigersinn an die in Fig. mit B' bezeichnete Stelle bewegt wird. Das hat zur Folge, daß die effektive Länge jedes getrennten Ansaugkanales zwischen dem Pufferbehälters 6 und dem Zylinder 9 um den entsprechenden Abstand zwischen den Stellen B und B¹ in Fig. 3 verändert wird. Somit kann durch entsprechende Abstimmung des Antriebsmechanismus 24 so, daß die effektive Länge jedes Ansaugkanales immer auf den für jede Maschinendrehzahl optimalen Wert eingestellt ist, der Ansaug-Trägheitseffekt über einen breiten Bereich von Maschinendrehzahlen hinweg (von sehr niedriger bis hoher Drehzahl) wirkungsvoll ausgenützt werden. Da die effektive Länge des Ansaugkanales durch Drehung des Pufferbehälters 6 verändert wird, ist diese Längenänderung um einen grossen Betrag möglich, ohne daß dadurch die Gesamtgrösse der Ansaugvorrichtung selbst merklich zunimmt. Darüber hinaus können alle Ansaugkanäle für die jeweiligen Zylinder gleichzeitig bezüglich ihrer Ansaugstrecke durch einfache Drehung des einzigen Pufferbehälters 6 verändert werden, und der Antriebsmechanismus 24 ist einfach im Aufbau und setzt sich aus einer relativ kleinen Anzahl von Teilen zusammen.

-IA-

Da sich jeder Ansaugkanal vom Zylinder 9 zum Pufferbehälter hin, d.h. genauer dor Hauptabschnitt 12 und die Verlängerung davon, in Form einer Spirale vom oberen Teil des Gehäuses 15 aus nach unten erstrockt, und der Pufferbehälter 6 mit seinem relativ grossen Volumen nach unten baut, kann die Oberseite des Gehäuses 15 relativ niedrig gelegt werden, ohne daß eine scharfe Biegung des Ansaugkanales notwendig ist. Dementsprechend ist eine ungestörte glatte Strömung des Ansauggases gewährleistet, ohne daß die Gesamthöhe der Verbrennungskraftmaschine wesentlich erhöht wird.

Da der Pufferbehälter 6 sich von den Ansaugstutzen 10 aus nach unten erstreckt, verbleibt ein breiter Raum C über den Ansaugstutzen 10 und unterhalb der Oberseite der Verbrennungskraftmaschine 1, in welchem die Brennstoff-Einspritzventile 32 an der Oberseite der Ansaugstutzen 10 angeordnet werden können. Es ist generell vorteilhafter, die Brennstoff-Einspritzventile an der Oberseite der Ansaugstutzen 10 anzuordnen, um deren Montage zu erleichtern und eine Verstopfung"zu vermeiden.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist der Dreh-Pufferbehälter 6 im Innenraum des Gehäuses 15 abgestützt, der gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist und lediglich über das Luftfilter 3 in dem betrachteten Ausführungsbeispiel mit dieser in Verbindung steht. Das hat den Vorteil, daß die Abdichtung zwischen den Verlängerungen 13 der Ansaugkanäle und diejenige zwischen dem Pufferbehälter 6 und dem Gehäuse 15 eine Interferenz von pulsierenden Druckwellen verhindern können und eine eigene positive Abdichtung nicht notwendig ist. Dabei hat die besondere Anordnung, bei der die Trennwände 14 einstückig mit dem Gehäuse 15 ausgebildet sind, den zusätzlichen Vorteil, daß die Umfangslänge des Gleitabschnittes zwischen dem Pufferbehälter 6 und dem Gehäuse 15 kürzer ist als bei einer Ausbildung, bei. der die Trennwände an dem Pufferbehälter

6 selbst angeordnet sind. Dadurch wird die Abdichtung zwischen dem Pufferbehälter 6 und dem Gehäuse weiter verbessert und erleichtert.

Vorzugsweise ist die abströmseitige Seitenkante jedes Verbindungsloches 23 so geformt, daß die Ansaugluft glatt in die Verlängerung 13 des Ansaugkanales durch das Verbindungsloch 23 hindurch einströmen kann, um den Strömungswiderstand zu vermindern. Das ist in Fig. 5 bei 2 3a angedeutet. Aus dem gleichen Grund hat jede Zwischenwand 23b zwischen nebeneinander liegenden Verbindungslöchern 23 eine nach innen abgerundete Querschnittsform, wie aus Fig. 6 hervorgeht.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 4 ist die Kammer 30, die beispielsweise für die Rezirkulation von Auspuffgas oder zur ständigen Abnahme des Ansaugvakuums herangezogen werden kann, in einem Mittelabschnitt des Gehäuses 15 angeordnet. Jedoch kann auch der Raum zwischen dem Gehäusedeckel· 21 und dem gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 15 für diesen Zweck herangezogen werden, wie aus den Fig. 7 bis 9 hervorgeht. In den Fig. 7 bis 9 sind Teile, die denjenigen des Ausführungsbeispieles nach den Fig. 1 bis 4 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nachfolgend nicht mehr gesondert erläutert.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 7 bis 9 ist ein Gehäusedeckel 21a an einer ringförmigen Wand 40 an dem Ende des Gehäuses 15 mittels Schrauben 20 befestigt, das dem offenen Ende 17 des Pufferbehälters 6 gegenüberliegt. Dadurch wird zwischen der Innenseite des Gehäusedeckels 21 und der Stirnfläche 15a des Gehäuses 15 bzw. der Stirnseite 6a des Pufferbehälters 6 eine ringförmige Kammer 41 gebildet. Wie sich aus Fig. 9 ergibt, weist die Stirnseite 6a des Pufferbehälters 6 vier Verbindungslöcher 42 auf, die den Raum in

der ringförmigen Kammer 41 mit dem Innenraum 16 des Pufferbehälters 6 verbinden. Mit Bezugszeichen 43 sind Anschlußrohre bezeichnet, die mit der Kammer 41 in Verbindung stehen, um Auspuffgas zu den Zylindern zurückzuführen oder das Ansaugvakuum zu Kontrollzwecken für den Brennstoffdruck, den Zündzeitpunkt oder die Auspuffgas-Rezirkulation abzunehmen oder um Blasegas zum Zweck des Durchblasens in die Zylinder einzuleiten. Die Kammer 41 nach dieser Ausführungsform hat gegenüber der Kammer 30 bei der Ausführungsform gemäß den
Fig. 1 bis 4 den Vorteil, daß die axiale Gesamtlänge des
Gehäuses 15 kürzer ist und die Anzahl von Trennwänden unter einer damit einhergehenden Vereinfachung des Aufbaues verringert werden kann. Bei beiden vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen steht durch Abnahme des Ansaugvakuums
im Pufferbehälter 6 ein Druck zur Verfügung, der das gemeinsame Ansaugvakuum aller Zylinder repräsentiert. Dieses
Vakuum ist stabil, d.h. frei von Pulsationen, und demzufolge für die verschiedensten Steuerzwecke geeignet. Auch kann
durch Einleiten von Auspuffgas und/oder Blasegas in die
Zylinder über den Pufferbehälter 6 das Gas gleichförmig
auf die Zylinder verteilt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 10 und 11 kann nicht nur die effektive Länge, sondern auch die Querschnittsfläche des Ansaugkanals für jeden Zylinder in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Maschine verändert werden. Dadurch wird der Ansaug-Trägheitseffekt über einen breiten Betriebsbereich der Maschine noch besser ausgenutzt. Die verstellbare Ansaugvorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel ist ähnlich derjenigen gemäß den Fig. 1 bis 4. Aus diesem Grund sind analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht mehr gesondert erläutert.

Der bedeutendste Unterschied zwischen dieser Ausführungsform

und derjenige nach den Fig. 1 bis 4 besteht darin, daß für jeden Zylinder ein Paar von Einlaßöffnungen vorgesehen ist. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, weist jeder Zylinder 9 erste und zweite Einlaßöffnungen 118a und 118b auf, die mit dem Innenraum 16 des Dreh-Pufferbehälters 6 entsprechend durch erste und zweite Ansaugkanäle lila bzw. 111b verbunden sind. Die Einlaßkanäle lila, 111b sind voneinander durch eine Trennwand 114 getrennt. Ähnlich den Einlaßkanälen 11 bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 4 weisen die Einlaßkanäle lila, 111b Verlängerungen 113a, 113b auf, die sich in das Gehäuse hineinerstrecken. Diese Verlängerungen stehen mit dem Innenraum 16 des Pufferbehälters 6 über ein Verbindungsloch 123 in Verbindung, das für beide Ansaugkanäle lila, 111b gemeinsam ist. Das bedeutet, daß in der Umfangswandung des Pufferbehälters 6 vier Verbindungslöcher 123, d.h. eines für jeden Zylinder 9, ausgebildet sind.

In jedem ersten Ansaugkanal lila ist eine Brennstoff-Einspritzdüse 131 und in jedem zweiten Ansaugkanal 111b ein Klappenventil 132 angeordnet. Das Klappenventil 132 ist durch einen nicht gezeigten Betätigungsmechanismus verstellbar und erlaubt es, den zweiten Ansaugkanal 111b zu verschließen, wenn die Maschinendrehzahl unter einem vorbestimmten Wert liegt, bzw. ihn zu öffnen, wenn die Maschinendrehzahl nicht kleiner als dieser Wert ist.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der Ansaugvorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel erläutert:

Bei niedriger Maschinendrehzahl ist der Pufferbehälter 6 in eine Position eingestellt, die ähnlich derjenigen in Fig. 3 ist, bei der die effektive Länge der Ansaugkanäle llla,lllb verhältnismässig lang ist. Sobald die Maschinendrehzahl zunimmt, wird der Pufferbehälter 6 verdreht, so daß dadurch

die effektive Länge der ersten und zweiten Ansaugkanäle lila, 111b verkürzt wird. Bis die Maschinendrehzahl den vorhin erwähnten vorbestimmten Wert erreicht, sind die zweiten Ansaugkanäle 111b geschlossen, so daß jeder Zylinder 9 mit dem Pufferbehälter 6 nur über den ersten Ansaugkanal lila in Verbindung steht. Erreicht die Maschinendrehzahl den erwähnten vorbestimmten Wert, denn werden auch die zweiten Ansaugkanäle 111b geöffnet, so daß jeder Zylinder 9 über beide Ansaugkanäle lila und 111b mit dem Pufferbehälter verbunden ist, d.h. der Gesamtquerschnitt des Ansaugkanales für jeden Zylinder 9 ist vergrössert. Somit wird bei zunehmender Maschinendrehzahl die effektive Länge des Ansaugkanales für jeden Zylinder reduziert und sein Strömungsquerschnitt vergrössert. Im allgemeinen wird eine Verkürzung der effektiven Länge des Ansaugkanales bei gleichzeitiger Vergrösserung seines effektiven Strömungsquerschnitts mit zunehmender Maschinendrehzahl bevorzugt, um dadurch den
Ansaug-Trägheitseffekt optimal auszunutzen.

In einer abgewandelten Art der Steuerung durch den Pufferbehälter 6 und das Klappenventil 132 wird der Pufferbehälter 6 voll verdreht, um die effektive Länge des ersten Ansaugkanales lila zu einem Minimum zu machen, wobei der zweite Ansaugkanal 111b geschlossen bleibt, bis die Maschinendrehzahl auf einen vorbestimmten Wert ansteigt. Wird dieser Wert erreicht, dann öffnet das Klappenventil 132 und zugleich kehrt der Pufferbehälter in seine Ausgangs-Drehstellung zurück, in der die effektive Länge der Ansaugkanäle ein Maximum ist. Bei weiterem Ansteigen der Maschinendrehzahl wird anschließend der Pufferbehälter 6 wieder verdreht, so daß die effektive Länge der Ansaugkanäle von neuem kürzer wird.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 10 und 11 stehen die ersten und zweiten Ansaugkanäle lila, 111b für jeden

Zylinder mit dem Innenraum 16 des Pufferbehälters 6 über ein einziges Verbindungsloch 123 in Verbindung, das beiden gemeinsam ist. Jedoch können die ersten und zweiten Ansaugkanäle lila, 111b für jeden Zylinder auch jeweils über ein eigenes Verbindungsloch 123a, 123b gemäß Fig. 12 entsprechend verbunden sein. In diesem Fall können die Verbindungslöcher 123a und 123b gegeneinander in Umfangsrichtung des Pufferbehälters 6 verschoben sein, wenn dies gewünscht ist (vgl. Fig. 12).

Bei der in Fig. 13 gezeigten Abwandlung ist ein Teil der Trennwände zwischen den ersten und zweiten Ansaugkanälen lila, 111b abgeschnitten und die Brennstoff-Einspritzdüse 131 ist in dem dadurch freigewordnen Abschnitt so angeordnet, daß der Brennstoff gleichmässig auf den ersten und den zweiten Ansaugkanal lila und 111b verteilt werden kann, wenn das Klappenventil 132 in der Offenstellung steht Man kann daran denken, die Brennstoff-Einspritzdüse in einem geringen Ausmaß mehr zu dem ersten Ansaugkanal lila hin auszurichten, so daß ein Stau einer grösseren Menge an Brennstoff in dem zweiten Ansaugkanal stromauf von dem Klappenventil 132 bei dessen geschlossenem Zustand vermieden wird. Jedoch kann die Brennstoff-Einspritzdüse 131 auch abstromseitig von dem Klappenventil 132 angeordnet sein, wie das in Fig. 14 gezeigt ist.

Bei der Abwandlung gemäß Fig. 15 hat der erste Ansaugkanal lila' einen kleineren Querschnitt als der zweite Ansaugkanal 111b' und beide Ansaugkanäle lila', 111b' weisen Klappenventile 132a bzw. 132b auf. Die Einspritzdüse ist dabei in einem ausgeschnittenen Teil der Trennwände zwischen den ersten und zweiten Ansaugkanälen lila', 111b' stromauf von den Klappenventilen 132a, 132b angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird bei zunehmender Maschinen-

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drehzahl der Dreh-PufEerbehälter 6 zunächst so verdreht, daß die effektive Länge der Ansaugkanäle verkürzt wird, wobei nur der erste Ansaugkanal lila¹ offen ist. Sobald die Maschinendrehzahl weiter steigt, wird der erste Ansaugkanal lila¹ geschlossen und der zweite Ansaugkanal 111b¹, der im Querschnitt weiter als der erste Ansaugkanal ist, wird geöffnet. Daraufhin wird auch der Pufferbehälter 6 in seine Ausgangs-Drehstellung zurückgedreht, in der die effektiven Längen der Ansaugkanäle ein Maximum sind. Bei weiterer Steigerung der Maschinendrehzahl wird der Pufferbehälter 6. dann wieder allmählich verdreht, um die effektive Ansaugstrecke des zweiten Ansaugkanales 111b¹ zu verkürzen. Wenn die Maschinendrehzahl noch weiter steigt, werden beide Ansaugkanäle lila', 111b¹ geöffnet und dann der Pufferbehälter 6 wieder in seine ursprüngliche Ausgangslage zurückgestellt. Wiederum ausgehend davon wird bei noch weiterer Steigerung der Maschinendrehzahl der Pufferbehälter 6 wieder verdreht, um die effektiven Längen nunmehr beider Ansaugkanäle lila¹ und 111b¹ zu verkürzen. Bei dieser Ausführungsform wird somit der effektive Strömungsquerschnitt des Ansaugkanales für jeden Zylinder in drei Stufen verändert, wobei in jeder Stufe die Effektivlänge des Ansaugkanales allmählich verkürzt wird, wenn die Maschinendrehzahl steigt, so daß dadurch der Ansaug-Trägheitseffekt erheblich besser ausgenutzt wird.

Die Brennstoff-Einspritzdüse 132 kann stromab von dem Klappenventilen 132a, 132b angeordnet sein, wie das in Fig. 16 gezeigt ist.

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Claims

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Nr. 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun

Hiroshima-ken, Japan -24 564 20/h

Ansaugvorrichtung für Kolben-Verbrennungskraftmaschinen

Patentansprüche

Ansaugvorrichtung für Kolben-Verbrennungskraftmaschinen mit mehreren Zylindern, mit einem etwa zylindrischen, um seine Längsachse verdrehbaren Pufferbehälter, der über eine Öffnung mit der Atmosphäre und über mindestens ein Verbindungsloch in seiner Umfangswand mit einem Ansaugstutzen der Zylinder in Verbindung steht, und mit einem Antriebsmechanismus zum Verdrehen des Pufferbehälters relativ zu dem Ansaugstutzen, um dadurch die Ansaugstrecke zwischen dem Verbindungsloch und dem zugeordneten Zylinder in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Maschine zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferbehälter (6) im Inneren eines Gehäuses (15) drehbar gelagert ist und eine Mehrzahl von Verbindungslöchern (23, 123) aufweist, die in den Innenraum des Gehäuses (15) münden, und daß eine Mehrzahl getrennter Ansaugstutzen (10), die sich von den jeweils zugeordneten Zylindern (9) zur Oberseite des Gehäuses (15) hin erstrecken, in das Innere des Gehäuses (15) münden, dort in Form von spiralförmigen Verlängerungen (13, 113a, 113b) an der Innenwand des Gehäuses (15) nach unten verlaufen und über die Verbindungslöcher eine Verbindung zum Inneren des Pufferbehälters herstellen.

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2. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungen (13, 113a, 113b) der in den Ansaugstutzen verlaufenden Ansaugkanäle (11, lila, 111b) voneinander durch in Umfangsrichtung verlaufende Trennwände (14, 114) getrennt sind, welche von der Innenwand des Gehäuses (15) nach innen ragen und mit dem Gehäuse (15) eine Einheit bilden.
3. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Kante jeder Trennwand (14, 114) einen Kreisbogen beschreibt, dessen Zentrum in der Längsachse des Pufferbehälters (6) liegt.
4. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (9) mit dem Pufferbehälter (6) über mehrere voneinander getrennte Ansaugkanäle (11,111a, 111b) in Verbindung steht und mindestens einer dieser Ansaugkanäle (111b) mit einem Steuerventil (132) zur Steuerung der Gasströmung ausgestattet ist.
5. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Ansaugkanäle (11, lila, 111b) einschließlich der zugehörigen Verlängerungen (13, 113a, 113b) für jeden Zylinder (9) von gleicher Länge sind.
6. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander getrennten Ansaugkanäle (11, lila, 111b) einschließlich ihrer Verlängerungen (13, 113a, 113b) für jeden Zylinder eine unterschiedliche Länge aufweisen.
7. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslöcher (23, 123) in der Umfangswand des Pufferbehälters (6) in Umfangsrichtung

- 3 gegeneinander versetzt angeordnet sind.
8. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (15) eine Kammer (30, 41) enthält, die mit dem Innenraum (16) des Pufferbehälters (6) in Verbindung steht, und daß in der Wandung des Gehäuses (15) ein mit der Kammer (30, 41) verbundener Anschluß (43) vorgesehen ist, um davon den Ansaugunterdruck der Verbrennungskraftmaschine abzunehmen.