BRENNKRAFTMASCHINE MIT EINER ANSAUGANLAGE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einer Ansauganlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] In einer Ansauganlage einer Brennkraftmaschine entstehen aufgrund eines variablen Luftdurchsatzes zu den einzelnen Zylindern Luftschallgeräusche, die nach außen hin abstrahlen können. Desweiteren wird eine Hin- und Herbewegung der Kolben in den Zylindern der Brennkraftmaschine von einer Volumenänderung der Luftzuführung zu den einzelnen Motorzylindern und der Abgasanlage begleitet. Dabei bewegen sich die Gase in den genannten Leitungen mit den Druckschwankungen, deren Größenordnung und Richtung vom Motorbetrieb bestimmt wird. Diese Druckschwankungen der Gase sind die Ursache für gasdynamische und akustische Erscheinungen, die sich unter bestimmten Bedingungen negativ auf den Motorbetrieb auswirken. Insbesondere bestimmen die Volumen der Leitungen die Schallabstrahlung, welche von den Teilen erzeugt wird, die die Gasleitungen mit der Außenluft verbinden, z.B. die Einlaßöffnung der Luftansaugung des Luftreinigers oder die Auslaßöffnung der Abgasrohre. Dieselben Gründe verursachen eine Unstetigkeit der Gasströme in den Leitungen der Schadstoffreduziereinrichtung, was deren Funktion erheblich beeinträchtigen kann.

[0003] Aus der GB-A 2 228 046 ist eine Ansauganlage für mehrere Zylinder einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der den Einlaß-Ansaugrohren Sekundärluft zugeführt oder mit einer Abgasrückführeinrichtung verbunden ist, damit eine Verbesserung der Abgaswerte durch eine gesteigerte Nachverbrennung erzielt wird.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ansauganlage für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die neben einer Reduzierung von Luftschallgeräuschen auch eine Verminderung von Schadstoffemissionen bewirkt.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.

[0006] Durch die Anordnung eines in den Behälterinnenraum der Ansauganlage ragenden Ansaugrohres, das mit Ansaugstutzen des Behälters verbunden ist, wird im wesentlichen eine Geräuschreduzierung erreicht, wobei dieses Rohr in Verbindung mit einer von einer Schadstoffreduzierungseinrichtung abzweigenden Stutzens, der ebenfalls in den Innenraum des Behälters bzw. des Rohres einmündet, eine wesentliche Verminderung der Schadstoffemission erzielt wird.

[0007] Hierzu ist die Mündungsöffnung des Stutzens in einem definierten Abstand zum Schwerpunkt des Innenraumvolumens des Behälters der Ansauganlage angeordnet.

[0008] Der Stutzen kann in vorteilhafter Weise auch eine schräge Mündungsöffnung aufweisen, die eine gesteigerte Vermischung der Ströme aus der Schadstoffreduziereinrichtung und aus dem Ansaugstutzen bewirkt.

[0009] Eine Verengung des Rohres nach Art eines Diffusors im Bereich des Eintritts des Rohrstutzens in das Ansaugrohr bewirkt im Bereich der Verengung eine Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes aus dem Ansaugstutzen, wodurch ein zusätzlicher Gasstrom aus der Schadstoffreduzierungseinrichtung erzeugt und ein Vermischungseffekt bewirkt wird.

[0010] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

[0011] Es zeigen

Fig. 1

einen Schnitt durch einen Behälter einer Ansauganlage mit eingesetztem Ansaugrohr und zugeordneter Schadstoffreduzierungseinrichtung mit verbundenem Stutzen,

Fig. 2

eine Ausführung des Behälters mit definierter Lage des Stutzens,

Fig. 3

eine Darstellung des Schalldruckes im Behälterinnenraum auf der untersten Energieschwingungsform des Luftvolumens,

Fig. 4

eine Schnittdarstellung des Behälters der Ansauganlage mit verbundener Schadstoffreduzierungseinrichtung,

Fig. 5

Ansichten des in das Ansaugrohr hineinragenden angeschrägten und 6 Stutzens der Schadstoffreduzierungseinrichtung, und

Fig. 7

eine Ausführung des Ansaugrohres als Diffusor mit verbundenem Stutzen.

[0012] Die Brennkraftmaschine umfasst eine Ansauganlage mit einem Behälter 1, dessen Innenraum A über Einzelsaugrohre 2, 3, 4 und 5 an einen Zylinderkopf angeschlossen ist. Ein Ansaugstutzen 6 des Behälters 1 ist mit einem hineinragenden Ansaugrohr 7 zur Luftzuführung verbunden, welcher an eine Luftzuführanlage angeschlossen ist. Mit dem Innenraum A des Behälters 1 ist über einen Rohrstutzen 8 eine Schadstoffreduzierungseinrichtung R verbunden, die mindestens eine Abgasrückführungseinrichtung 9, eine Gehäuseentlüftungsanlage 10, eine Zusatzluftzuführungsanlage 11 und eine Kraftstoffdampfauffanganlage 12 umfasst.

[0013] In den Fig. 2 und 3 ist der von der Schadstoffreduzierungsanlage R abzweigende Rohrstutzen 8 näher dargestellt, der vor dem freien Ende des Rohres 7 mit seiner Mündungsöffnung 14 in einer Ebene 0-0 des Behälterquerschnitts gelegen ist, die etwa durch den Schwerpunkt SP des Innenvolumens des Behälters 1 verläuft. Der Rohrstutzen 8 hat einen Radius r und ist mit mindestens einem oder mehreren der Anlagen 9, 10, 11 oder 12 verbunden.

[0014] Im Raum des Behälters 1 läuft beim Motorbetrieb folgender Arbeitsprozeß ab: Das Gasvolumen im Innenraum A des Behälters 1 kann man als im Volumen verteilte Masse betrachten, die über die ihr eigenen elastischen Kennwerte verfügt. Diese Masse wird seitens der Einzelsaugrohre 2 bis 5, die mit den einzelnen Motorzylindern verbunden sind, sowie vom Rohrstutzen 8 der Schadstoffreduzierungseinrichtung R angeregt. Durch diese Erregung beginnt das Gasvolumen im Innenraum A Schwingungen im Eigenfrequenzbereich auszuführen. Die intensivsten Schwingungen sind die Schwingungen des Gasvolumens im Innenraum A in der niedrigsten Eigenresonanzform, wie in Fig. 3 näher dargestellt ist, die sich durch eine starke Bündelung auszeichnen (und mit P max) sowie durch einen Knoten, wobei P - 0 ist. Einerseits vergröBert sich dadurch die Pulsationsintensität der Drücke in den Leitungen der Schadstoffreduzierungseinrichtung R und andererseits steigt die Schallstrahlung an die Umgebung mittels der Bauteile, die die Gasleitungen des Motors nach außen verbinden.

[0015] Durch die erfindungsgemäße Anordnung soll entweder der Einfluß der Gasvolumenschwingungen im Raum A in den energieintensivsten Eigenresonanzformen auf die akustischen und gasdynamischen Prozesse ausgeschlossen oder jedenfalls wesentlich reduziert werden, um damit die schadstoffmäßigen Eigenschaften des Motors zu verbessern.

[0016] Zu diesem Zweck ist im Motor die Mündungsöffnung 14 des Rohrstutzens 8 der Schadstoffreduzierungseinrichtung R an den Innenraum A des Behälters 1 in der Ebene 0-0 angeschlossen, die mit der Ebene des Querschnitts des Behälters 1 übereinstimmt und durch den Schwerpunkt SP des Volumens des Raumes A des Behälters 1 verläuft. Wie in Fig. 3 näher gezeigt, entspricht diese Lage der Öffnung 14 seiner Anordnung in der Ebene, in der der Druck P theoretisch = 0 ist und praktisch nahe diesem Wert ist. So wird der Einfluß dieser energieintensivsten Form der Schwingungen im Raum A auf die gasdynamischen Prozesse, die beim Motorbetrieb in den Verbindungen der Schadstoffreduzierungseinrichtung R stattfinden, minimal, so daß die Ströme in den Leitungen der Anlagen 9 bis 12 stationär werden oder sich diesem physikalischen Zustand nähern. Dadurch wird letztendlich die Leistungsfähigkeit dieser Anlagen 9 bis 12 gesteigert und die Schadstoffe des Motors reduziert.

[0017] Gleichzeitig damit wird die akustische Energie der zu betrachtenden Schwingungsform (und aller übrigen analogen, nicht-geraden Schwingungsformen) nicht aus dem Innenraum A über die Mündungsöffnung 14 übertragen und weiter in die Umgebung, was zur Verbesserung der akustischen Motoreigenschaften führt.

[0018] Die Effektivität wird gesteigert, wenn der dynamische Strömungsverlauf vor der Mündungsöffnung 14 des Rohrstutzens 8 mit dem Schwerpunkt SP des Raumvolumens des Behälters 1 zusammengelegt wird. Mit diesem Strömungsverlauf kann der Einfluß des dynamischen Prozesses definiert berücksichtigt werden, der im Rohrstutzen 8 stattfindet. Der Schwerpunkt der Ebene der Ausgangsgeschwindigkeiten des im Rohrstutzen 8 pulsierenden Gasstromes befindet sich im unendlichen Raum vorzugsweise im Abstand 0,6 r vor der Mündungsöffnung des Stutzens 8. Der Abstand kann wirkungsvoll in einem Bereich von 0,4 bis 0,8 r liegen, was mit der Streuung konstruktiver, verfahrenstechnischer und anderer Faktoren zusammenhängt. So schließt die Lage des dynamischen Strömungsverlaufes vor dem Stutzen 8 im Raum, dessen Mitte mit dem Schwerpunkt SP zusammenfällt, deren Radius jedoch - 0,4 r und 0,8 r ist, die Erregung des Gasvolumens im Raum A im Stutzen 8 mit der niedrigsten Eigenquerschwingungsform (ab Fig. 3), d.h. der energieintensivsten Form aus, was die akustischen Kennwerte des Motors entsprechend steigert.

[0019] Nach den weiteren Ausführungen der Erfindung gemäß der Fig. 4 bis 7 mündet der Rohrstutzen 8 mit seiner Ausgangsöffnung 14 in den Innenraum B des mit dem Ansaugstutzen 6 des Rohres 7 zur Luftzuführung ein.

[0020] Der Rohrstutzen 8 weist an seinem freien Ende eine Anschrägung 25 oder 26 auf, so daß gemäß der Ausführung nach Fig. 5 die schräge Mündungsöffnung 14 der Eingangsöffnung 21 des Ansaugstutzens 6 zugerichtet ist. Bei der weiteren Ausführung gemäß Fig. 6 ist die schräge Mündungsöffnung 14 der Öffnung 21 abgekehrt.

[0021] In Fig. 7 ist eine Ausführung eines Ansaugrohres 7 gezeigt, das als Diffusor wirkt. Hierzu ist der Bereich des Rohres 7, in den der Rohrstutzen 8 einmündet, mit einer Querschnittsverringerung 23 versehen.

[0022] Beim Motorbetrieb fließen die Gase aus den Anlagen 9 bis 12 über den Rohrstutzen 8 der Schadstoffreduzierungseinrichtung R in den Hohlraum B des Rohres 7. Dabei hat der Gasstrom in der Rückführungsanlage 9 und in der Gehäuseentlüftungsanlage 10 eine erhebliche Temperatur, wodurch im Hohlraum B ein intensiver Wärme- und Massenaustausch des Gasstromes aus den Anlagen 9 bis 12 stattfindet, sowie deren effektive Vermischung. Der im Rohrstutzen 8 gebildete Abgas-, Benzin- und Luftstrom, der eine hohe Temperatur besitzt, gelangt in den Hohlraum A des Behälters 1 und fließt über die Saugrohre 2 bis 5 in die einzelnen Zylinder des Motors. Dabei gibt der genannte Gasstrom einen Teil seiner Wärme an das in den Motorzylinder gelangende Kraftstromgemisch ab, wodurch die Verdampfbarkeit der Flüssigphasen des Kraftstoffgemisches gesteigert wird und das Gemisch fein, dispers und homogen wird.

[0023] Dies führt letztlich zu einer gleichmäßigeren Verteilung des Endproduktes auf den Motorzylinder, das aus einem Kraftstoffgemisch mit einem Gasstrom aus der Schadstoffreduzierungseinrichtung R besteht, und zu einer besseren Verbrennung der Betriebsfüllung des Gemisches in den Zylindern und infolgedessen zur Schadstoffreduzierung des Motors führt.

[0024] Durch den schrägen Auslaufquerschnitt (Anschrägung 25 oder 26) der Mündungsöffnungen 14 des Rohrstutzens 8 wird die Effektivität der Stromvermischung der aus der Schadstoffreduzierungseinrichtung R, der Luftreinigungsanlage und Luftzuführung kommenden Ströme gesteigert und dadurch wirken die Einzelströme besser aufeinander ein.

[0025] Durch das Ansaugrohr 7 mit der Querschnittsverengung 23 im Bereich des Eintritts des Rohrstutzens 8 wird in diesem Bereich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft aus dem Luftreinigungssystem und Luftabgabesystem gesteigert und dadurch ein zusätzlicher Gäszustrom aus der Schadstoffreduzierungseinrichtung R erzeugt und darüber hinaus wird eine zusätzliche Möglichkeit zur Regelung des Volumendurchsatzes dieser Gase geschaffen, wodurch auch der Vermischungseffekt des Gasstromes mit dem Gasstrom aus der Schadstoffreduzierungseinrichtung R verstärkt werden kann.

Ansprüche

1. Brennkraftmaschine mit einer Ansauganlage, bestehend aus einem Behälter (1) mit einem Ansaugstutzen (6) und Einzelsaugrohren (2, 3, 4, 5), die mit einem Zylinderkopf verbunden sind und welche in die einzelnen Zylinder einmünden, wobei der Innenraum des Behälters (1) an eine Schadstoffreduzierungseinrichtung (R) angeschlossen ist, die mindestens eine der Anlagen wie eine Gehäuseentlüftungsanlage (10), eine Zusatzluftführungsanlage (11), eine Kraftstoffdampfauffanganlage (12) und eine Abgasrückführungsanlage (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, daß am Ansaugstutzen (6) ein in den Behälter (1) der Ansauganlage ragendes Ansaugrohr (7) befestigt ist, das eine Mündungsöffnung (7a) etwa in einer Ebene (0-0) zwischen zwei mittleren Einzelsaugrohren (3 und 4) aufweist, die jeweils von mindestens einem weiteren Einzelsaugrohr (2 und 5) umgeben sind, und ein die Anlagen (9 bis 12) der Schadstoffreduzierungseinrichtung (R) verbindender Rohrstutzen (8) in den Innenraum (A) des Behälters (1) einmündet.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (8) in der Ebene (0-0) angeordnet ist, die mit der Ebene des Behälterquerschnitts übereinstimmt, welche durch den Schwerpunkt (SP) des Innenraumvolumens des Behälters (1) verläuft.

3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnung (14) des Rohrstutzens (8) mit dem Radius (r) in einem Abstand im Bereich von 0,4 r bis 0,8 r zum Schwerpunkt (SP) des Behältervolumens angeordnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnung (14) des Rohrstutzens (8) in der Ebene (0-0) des Schwerpunktes (SP) des Innenraumvolumens des Behälters (1) liegt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnung (14) des Rohrstutzens (8) der Schadstoffreduzierungseinrichtung (R) in der Längsmittenachse (X-X) des Rohres (7) angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein frei in den Innenraum (B) des Rohres (7) ragendes Ende des Rohrstutzens (8) eine Anschrägung (25) aufweist und die Mündungsöffnung (14) dem Einlaß (21) des Ansaugstutzens (6) zugerichtet ist.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein frei in den Innenraum (B) des Rohres (7) ragendes Ende des Rohrstutzens (8) eine Anschrägung (26) aufweist und die Mündungsöffnung (14) dem Einlaß (21) des Ansaugstutzens (6) abgekehrt ist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (8) in das Ansaugrohr (7) einmündet und daß das Ansaugrohr (7) im Bereich des Eintritts des Rohrstutzens (8) eine Querschnittsverringerung (23) aufweist und einen Diffusor bildet.

Claims

1. An internal-combustion engine with an intake unit, comprising a container (1) with an intake socket (6) and individual intake pipes (2, 3, 4, 5) connected to a cylinder head and opening into the individual cylinders, wherein the interior of the container (1) is connected to a pollutant-reduction device (R) comprising at least one of the units such as a housing-venting unit (10), an additional-air-conveying unit (11), a fuel-vapour-collecting unit (12) and an exhaust-gas-return unit (9), characterized in that an intake pipe (7) projecting into the container (1) of the intake unit is secured to the intake socket (6), the intake pipe (7) being provided with an opening (7a) substantially in a plane (0-0) between two middle individual intake pipes (3 and 4) surrounded respectively by at least one further individual intake pipe (2 and 5), and a pipe socket (8) connecting the units (9 to 12) of the pollutant-reduction device (R) opens into the interior (A) of the container (1).

2. An internal-combustion engine according to Claim 1, characterized in that the pipe socket (8) is situated in the plane (0-0) which corresponds to the plane of the cross-section of the container extending through the centre of gravity (SP) of the interior volume of the container (1).

3. An internal-combustion engine according to Claim 1 or 2, characterized in that the opening (14) of the pipe socket (8) with the radius (r) is situated at a distance in the range of from 0.4 r to 0.8 r from the centre of gravity (SP) of the volume of the container.

4. An internal-combustion engine according to Claim 1 or 2, characterized in that the opening (14) ofthe pipe socket (8) is situated in the plane (0-0) of the centre of gravity (SP) of the interior volume of the container (1).

5. An internal-combustion engine according to Claim 1 or one of the preceding Claims, characterized in that the opening (14) of the pipe socket (8) of the pollutant-reduction device (R) is situated in the longitudinal median axis (X-X) of the pipe (7).

6. An internal-combustion engine according to Claim 1, characterized in that one end of the pipe socket (8) projecting freely into the interior (B) of the pipe (7) has an oblique face (25), and the opening (14) faces the inlet (21) of the intake socket (6).

7. An internal-combustion engine according to Claim 1, characterized in that one end of the pipe socket (8) projecting freely into the interior (B) of the pipe (7) has an oblique face (26), and the opening (14) faces away from the inlet (21) of the intake socket (6).

8. An internal-combustion engine according to Claim 1, characterized in that the pipe socket (8) opens into the intake pipe (7), and the intake pipe (7) has a cross-sectional narrowing (23) in the region of the inlet of the pipe socket (8) and forms a diffusor.

Revendications

1. Moteur à combustion interne avec un système d'admission, constitué d'un réservoir 1 avec une tubulure d'admission (6) et des tubes d'admission individuels (2, 3, 4, 5), qui sont reliés à une culasse de cylindre et qui débouchent dans les différents cylindres, le volume intérieur du réservoir (1) étant raccordé à un dispositif de réduction de substances nocives (R), qui comprend au moins l'un des systèmes tel qu'un système de purge de carter (10), un système d'arrivée d'air supplémentaire (11), un système de collecte de vapeurs de carburant (12) et un système de recyclage des gaz d'échappement (9), caractérisé en ce que sur la tubulure d'admission (6) est fixé un tube d'admission (7) s'engageant dans le réservoir (1) du système d'admission, qui présente une ouverture de sortie (7a) à peu près dans un plan (0-0) entre deux tubes d'admission individuels (3 et 4) centraux, qui sont entourés chacun par au moins un autre tube d'admission individuel (2 et 5), et une tubulure (8), reliant les systèmes (9 à 12) du dispositif de réduction des substances nocives (R), débouche dans le volume intérieur (A) du réservoir (1).

2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tubulure (8) est placée dans le plan (0-0), qui coïncide avec le plan de la section transversale du réservoir, lequel passe par le centre de gravité (SP) du volume intérieur du réservoir (1).

3. Moteur à combustion interne selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie (14) de la tubulure (8) avec le rayon (r), est placée à une distance comprise entre 0,4 r et 0,8 r du centre de gravité (SP) du volume du réservoir.

4. Moteur à combustion interne selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie (14) de la tubulure (8) se situe dans le plan (0-0) du centre de gravité (SP) du volume intérieur du réservoir (1).

5. Moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie (14) de la tubulure (8) du dispositif de réduction des substances nocives (R) est placée dans l'axe médian longitudinal (X-X) du tube (7).

6. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une extrémité de la tubulure (8), pénétrant librement dans le volume intérieur (B) du tube (7), présente un chanfrein (25) et l'ouverture de sortie (14) est dirigée vers l'entrée (21) de la tubulure d'admission (6).

7. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une extrêmité de la tubulure (8), pénétrant librement dans le volume intérieur (B) du tube (7), présente un chanfrein (26) et l'ouverture de sortie (14) est tournée à l'opposé de l'entrée (21) de la tubulure d'admission (6).

8. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tubulure (8) débouche dans le tube d'admission (7) et en ce que, dans la zone de l'entrée de la tubulure (8), le tube d'admission (7) présente une réduction de la section transversale (23) et forme un diffuseur.

Zeichnung