Die Leistung einer Brennkraftmaschine hängt von der ihren Zylindern zugeführten Frischluftmenge ab. Eine Erhöhung der Frischluftmenge führt zu einer Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine, wobei gleichzeitig auch das Drehmoment der Brennkraftmaschine ansteigt.

Aus der EP 0 643 205 B1 ist ein Luftansaugsystem für eine zweireihige Brennkraftmaschine bekannt. Die Zylinder einer Reihe oder Zylinderbank sind jeweils mit separaten Saugroh- ren an einen dieser Zylinderreihe zugeordneten Resonanzbe- hälter angeschlossen. Zwischen den beiden Resonanzbehältern verläuft ein Verbindungsrohr, in das Frischluft einströmt und welches ein Absperrorgan aufweist. Hierdurch wird ein Zweikammer-Resonanzsystem ausgebildet, das eine Vergrößerung der zugeführten Frischluftmenge ermöglicht. Um die Frisch- luftmenge in einem möglichst großen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zu. erhöhen, wird jedem Zylinder außerdem ein Resonanzrohr zugeordnet, welches sich von dem Resonanz- behälter der jeweiligen Zylinderreihe zu einem Behälter er- streckt, der allen Resonanzrohren gemeinsam ist. Auch dieser Behälter besitzt einen Frischlufteintritt. In einem der ei- ner Zylinderreihe zugeordneten Resonanzrohre ist ein steuer- bares Absperrorgan angeordnet. Durch diese Maßnahmen werden verschiedene Resonanzsysteme zur Verfügung gestellt, die bei unterschiedlichen Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine durch entsprechende Betätigungen der Absperrorgane die Auf- ladung der Zylinder unterstützen. Mit'Hilfe dieser relativ aufwendigen Maßnahmen kann ein gleichmäßiger, auf hohem Ni- veau liegender Drehmomentverlauf ohne spürbare Einbrüche ge- währleistet werden.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine eine Ausführungsform anzugeben, bei der die Sauganlage einen relativ einfachen Aufbau auf- weist und dennoch möglichst im gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine eine Steigerung der Frischluftmenge er- möglicht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Brennkra'ftma- schine mit den Merkmalen. des Anspruchs'1 gelöst...'.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, parallel zu einem Resonanzrohr, das beide Sammlerhälften eines einer Zylinderbank zugeordneten Luftsammlers miteinander verbin- det, ein Übersprechrohr anzuordnen,. das ebenfalls die beiden Sammlerhälften miteinander verbindet, wobei das Übersprech' rohr mittels eines steuerbaren Zusatzabsperrorgans aktivier- bar ist. Die Dimensionierung des Übersprechrohrs und. des Re-' sonanzrohrs sind dabei so gewählt, daß die beiden Rohre un- terschiedliche Resonanzfrequenzen für Luftschwingungen auf- weisen. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird mit Hilfe eines konstruktiv einfach realisierbaren Aufbaus mehr Frischluft über einen großen Drehzahlbereich zugeführt, wo- durch ebenfalls ein günstiger Drehmomentverlauf für die Brennkraftmaschine gewährleistet werden kann.

Vorzugsweise werden das Resonanzrohr, das Übersprechrohr und die einzelnen Saugrohre so dimensioniert und aufeinander ab- gestimmt, daß sich die Aufladung der Zylinder unterstützende Schwingungssysteme ausbilden, wobei a) in einem niedrigen Drehzahlbereich das. Schwingungssystem des Resonanzrohres wirksam ist, b) in einem mittleren Drehzahlbereich das Schwingungssystem des Übersprechrohres wirksam ist und c) in einem hohen Drehzahlbereich das Schwingungssystem der Saugrohre wirksam ist.

Bei dieser Auslegung der Brennkraftmaschine wird drei ver- schiedenen Drehzahlbereichen jeweils ein anderes Schwin- gungssystem zugeordnet, das im jeweils zugehörigen Drehzahl- bereich eine Erhöhung der Frischluftmenge bewirkt.

Die Aktivierung bzw. Deaktivierung der einzelnen Schwin- gungssysteme kann insbesondere. dadurch realisiert werden, daß eine Motorsteuerung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit der Motordrehzahl das Resonanzabsperrorgan und das Zusatzab- sperrorgan schaltet, wobei die Steuerung a) in einem niedrigen Drehzahlbereich das Resonanzabsper- rorgan und das Zusatzabsperrorgan jeweils in deren Schließstellung schaltet, b) in einem'mittleren Drehzahlbereich das Resonanzabsper-: rorgan in dessen Schließstellung. und'das Zusatzabsper-- rorgan in dessen Offenstellung schaltet und c) in einem hohen Drehzahlbereich das Resonanzabsperrorgan und das Zusatzabsperrorgan jeweils in deren Offenstel- lung schaltet.

Dementsprechend kommt die gesamte Sauganlage mit nur zwei Absperrorganen aus, wodurch sich ein besonders preiswerter Aufbau ergibt.

Die Realisierung unterschiedlicher Resonanzfrequenzen hin- sichtlich Luftschwingungen kann bei den Rohren (Resonanzrohr bzw. Übersprechrohr) insbesondere. durch die Ausbildung der Rohre mit unterschiedlichen Rohrlängen und Querschnittsflä- chen erreicht werden.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung können mehrere Über- sprechrohre, insbesondere mit Absperrorganen, vorgesehen sein, wobei die'Übersprechrohre und das Resonanzrohr dann so dimensioniert sind, daß sie für Luftschwingungen jeweils un- terschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen. Durch diese Maßnahmen kann der kontinuierliche Drehmomentverlauf weiter verbessert werden.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach- stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je- weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kom- binationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.' Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Be- schreibung. näher erläutert.

Es zeigen, jeweils schematisch, Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine bei einem ersten Drehzahlbereich, Fig. 2 eine Ansicht wie in Fig. 1, jedoch bei einem zweiten Drehzahlbereich, Fig. 3 eine Ansicht wie in Fig. 1, jedoch bei einem'dritten Drehzahlbereich, Fig. 4 ein Diagramm, in dem ein von der Brennkraftmas ; chine erzeugte Drehmoment in Abhängigkeit einer Drehzahl aufgetragen ist.

Entsprechend den Figuren I bis 3 weist eine Brennkraftma- schine 1 zumindest eine Zylinderbank 2 auf, die im hier ge- wählten Ausführungsbeispiel sechs Zylinder 3 aufweist.

Grundsätzlich ist eine beliebige gerade Zylinderzahl mög- lich. Ebenso kann anstelle einer einreihigen Brennkraftma- schine 1 auch eine zwei-oder mehrreihige Brennkraftmaschine erfindungsgemäß ausgestaltet sein.

Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einer Sauganlage 4 ausge- stattet, mit der die Zylinder 3 mit Frischluft versorgt : wer- den. Die Sauganlage 4 besitzt für jede Zylinderbank 2. einen Luftsammler 5, der somit ausschließlich den Zylindern 3 ei- ner Zylinderbank 2 zugeordnet ist. Für jeden Zylinder 3 ist ein eigenes, separates Saugrohr 6 vorgesehen, das den jewei- ligen Zylinder 3 bzw. dessen Einlaß direkt mit dem Luftsamm- ler 5 verbindet.

Der Luftsammler 5 ist in zwei Sammlerhälften 7 und 8 unter- teilt, denen jeweils die gleiche Anzahl an Zylindern 3 zuge- ordnet ist, also drei Zylinder 3 pro Sammlerhälfte 7,8. Zur Realisierung dieser Teilung ist im Luftsammler 5 ein Res'o- nanzabsperrorgan 9 angeordnet, das zwischen einer Offenstel- lung und einer Schließstellung verstellbar ist. Das Reso- nanzabsperrorgan 9 ist hier in Form einer. Klappe ausgebil- det, so daß im weiteren auch von einer Resonanzklappe 9 ge- sprochen wird. In der Offenstellung der Resonanzklappe 9 können die beiden Sammlerhälften 7 und 8 relativ offen mit- einander kommunizieren. In der Schließstellung der Resonanz- klappe 9 besteht innerhalb des Luftsammlers 5 keine Verbin- dung zwischen den Sammlerhälften 7 und 8. Ein zugehöriges Stellglied zur Betätigung der Resonanzklappe 9 kann in her- kömmlicher Weise. ausgebildet sein und ist hier zur Wahrung der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Betätigung die- ses Stellgliedes bzw. das. Schalten der Resonanzklappe 9 er- folgt über eine ebenfalls nicht dargestellte Motorsteuerung in herkömmlicher Weise. Die Resonanzklappe 9 ist zweckmäßig etwa symmetrisch und mittig im Luftsammler 5 angeordnet.

Die Sauganlage 4 weist außerdem ein Resonanzrohr 10 auf, das U-förmig ausgebildet ist und an seinen axialen Enden in je- weils eine der Sammlerhälften 7 und 8 einmündet. Zwischen seinen Enden ist an das Resonanzrohr 10 etwa mittig und sym- metrisch eine Luftzuführungsleitung 11 angeschlossen. In dieser Luftzuführungsleitung 11 kann in herkömmlicher Weise eine Drosselklappe 12 oder dergleichen angeordnet sein.

Die Sauganlage 4 ist darüber hinaus mit einem Übersprechrohr 13 ausgestattet, das an seinen Enden in jeweils eine der Sammlerhälften 7 und 8 einmündet und so die beiden Sammler- hälften 7 und 8 miteinander verbindet. In diesem Obersprech- rohr 13 ist etwa symmetrisch und mittig ein Zusatzabsperror- gan 14 angeordnet, das ebenfalls vorzugsweise als Klappe ausgebildet ist und daher im folgenden auch als Zusatzklappe 14 bezeichnet wird. Diese Zusatzklappe 14 ist zwischen einer Offenstellung, in der sie einen Öffnungsquerschnitt des Übersprechrohrs 13 freigibt und eine Kommunikation der bei- den Sammlerhälften 7 und 8 ermöglicht, und einer Schließ- stellung verstellbar, in der sie den Öffnungsquerschnitt des Übersprechrohrs 13 sperrt. Auch das Übersprechrohr 13 ist hier im wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei sich ein relativ langer mittlerer Abschnitt im wesentlichen geradli- nig und parallel zum Luftsammler 5 erstreckt. Auch für die Betätigung der Zusatzklappe 14 ist ein. herkömmliches, nicht dargestelltes Stellglied vorgesehen, das ebenfalls von der Motorsteuerung ansteuerbar ist.

Das Resonanzrohr 10 und das Übersprechrohr 13 sind hinsicht- lich Luftschwingungen so dimensioniert, daß sie unterschied- liche Resonanzfrequenzen aufweisen. Beispielsweise besitzt das Resonanzrohr 10 dazu ein größeres Volumen, insbesondere eine größere Länge als das Übersprechrohr 13.

Fig. 1 repräsentiert einen ersten Schaltzustand I für die Klappen 9 und 14,. bei dem beide Klappen 9,14 geschlossen sind. Im Unterschied dazu repräsentiert Fig. 2 einen zweiten Schaltzustand II, in dem die Resonanzklappe 9 geschlossen und die Zusatzklappe 14 offen ist. Schließlich repräsentiert.

Fig. 3 einen dritten Scha'ltzustand III, bei dem beide ; Klap- pen 9 und 14 offen sind.

Bei dem in Fig. 4 wiedergegebenen Diagramm sind auf der Or- dinate ein Drehmoment M und auf der Abszisse eine Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 aufgetragen. Das Diagramm gibt so- mit den Drehmomentverlauf, in Abhängigkeit der Drehzahl : wie- der, wobei der hier dargestellte Momentenverlauf nur prinzi- piell dargestellt ist.

Beim ersten Schaltzustand I gemäß Fig.'1 ergibt sich ein Drehmomentverlauf Mn, der im. Diagramm der Fig. 4 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist. Dementsprechend steigt das Drehmoment bereits ab einer relativ kleinen Drehzahl zu- nächst mit der Drehzahl an und fällt nach Überschreiten ei- nes. Maximums wieder langsam ab. Im Diagramm gemäß Fig. 4 ist. außerdem mit unterbrochener Linie ein Drehmomentverlauf Mm. eingetragen, der sich beim zweiten Schaltzustand II gemäß Fig. 2 einstellt. Dieser Drehmomentverlauf Mm beginnt bei höheren Drehzahlen, steigt an und fällt nach Erreichen eines Maximums wieder ab. Schließlich ist in das Diagramm der Fig.

4 mit strichpunktierter Linie ein Drehmomentverlauf Mh ein- getragen, der sich im dritten Schaltzustand III gemäß Fig. 3 einstellt. Dieser Drehmomentverlauf Mh beginnt bei noch hö- heren Drehzahlen, steigt ebenfalls an und sinkt nach Errei- chen eines Maximums ab. Die Maxima der drei Verläufe Mn, Mm, Mh verschieben sich dabei zu höheren Drehzahlen.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 arbeitet nun wie, folgt : In einem niedrigen Drehzahlbereich nn, der sich gemäß Fig. 1 von einer Leerlaufdrehzahl bis zu einer ersten Grenzdrehzahl ni erstreckt, wird die Brennkraftmaschine mit dem ersten Schaltzustand I. betrieben. Dies wird mit Hilfe der entspre- chend ausgebildeten Motorsteuerung erreicht, die in Abhän- gigkeit der Drehzahl n die Klappen 9 und 14 betätigt.

In dem niedrigen Drehzahlbereich nn können sich zwischen den Sammlerhalften 7 und 8 über das Resonanzrohr 10 Schwingungen aufbauen, die durch die Aufladevorgänge an den einzelnen Zy- lindern 3 angeregt werden. Durch eine gezielte Zündfolge,.. bei der abwechselnd ein Zylinder 3, der einen Sammlerhälfte 7 oder 8 und ein Zylinder 3 der anderen Sammlerhalfte 8 oder 7. gezündet wird, kann eine regelmäßige Schwingungsanregung er- reicht werden. Durch die Kopplung der Sammlerhälften 7 und 8 über das Resonanzrohr 10 wird ein Schwingungssystem ausge- bildet, das im Bereich der Resonanzfrequenz des Resonanzroh- res 10 die Aufladung der einzelnen Zylinder 3 zur Erhöhung der Frischluftmenge unterstützt. Das in Fig. 1 aktive Schwingungssystem ist durch einen Doppelpfeil 15 symboli- siert.

Wenn die Drehzahl n die erste Grenzdrehzahl ni übersteigt, wird die Brennkraftmaschine 1 in einem mittleren Drehzahlbe-'. reich nm betrieben, der sich gemäß Fig. 4 zwischen der er- sten Grenzdrehzahl nl und einer zweit. en Gr. enzdrehzahl n2 er- streckt. In diesem mittleren Drehzahlbereich nm wird die Brennkraftmaschine 1 mit dem Schaltzustand II gemäß Fig. 2 betrieben, was durch die Motorsteuerung realisiert wird. Im mittleren Drehzahlbereich nm betätigt die Motorsteuerung die Klappen 9 und 14 zur Einstellung des zweiten Schaltzustandes II gemäß Fig. 2, bei dem die Resonanzklappe 9 geschlossen und die Zusatzklappe 14 geöffnet ist.

Im mittleren Drehzahlbereich mn stellt sich an den Zylindern 3 eine Schwingungsanregung ein, die sich einerseits außer- halb des Resonanzbereiches des Resonanzrohres 10 befindet und andererseits etwa dem Resonanzbereich des Übersprechroh- res 13 entspricht. Dementsprechend können sich nunmehr Reso- nanzschwingungen zwischen den Sammlerhälften 7 und 8 über das Übersprechrohr 13 ausbilden. Das sich im zweiten Schalt-' zustand II ausbildende Schwingungssystem ist in Fig. 2 durch einen Doppelpfeil 16 symbolisiert. Dieses Schwingungssystem bewirkt nun im mittleren. Drehzahlbereich Um eine Unterstüt- zung der Aufladung der einzelnen Zylinder 3 und somit eine Erhöhung der Frischluftmenge. Das Übersprechrohr 13 wird da- bei nicht durchströmt, es dient lediglich als Volumen, um das Gesamtsystem zum Schwingen anzuregen.

Wenn die Drehzahl n die zweite Grenzdrehzahl n2 übersteigt, wird die Brennkraftmaschine 1 in einem hohen Drehzahlbereich nh betrieben, der gemäß dem Diagramm der Fig. 4 bei der zweiten Grenzdrehzahl n2 beginnt und bei der Maximaldrehzahl der Brennkraftmaschine 1 endet. In diesem hohen Drehzahlbe- reich nh betätigt die Motorsteuerung die Klappen 9 und 14 so, daß sich der dritte Schaltzustand III gemäß Fig. 3 ein- stellt, bei dem beide Klappen 9 und 14 geöffnet sind. Die in diesem hohen Drehzahlbereich nh herrschende Schwingungsanre- gung erzeugt nun im wesentlichen in den Saugrohren 6 Druck-- schwingungen, die die Aufladung der Zylinder 3 unterstützen.

Die entsprechenden Schwingungen sind in Fig. 3 durch Doppel- pfeile 17 symbolisiert.

Entsprechend dem Diagramm gemäß Fig. 4 ergibt sich für die Brennkraftmaschine 1 somit der mit einer gepunkteten Linie dargestellte Drehmomentverlauf Mg, der im niedrigen Dreh- zahlbereich nn, also bis zur ersten Grenzdrehzahl nl, dem Drehmomentverlauf Mn folgt der dem ersten Schaltzustand I gemäß Fig. 1 zugeordnet ist. Bei der ersten Grenzdrehzahl ni wird vom ersten Schaltzustand 1 in den zweiten Schaltzustand II umgeschaltet, so daß der Drehmomentverlauf Mg ab der er- sten Grenzdrehzahl ni bis zur zweiten Grenzdrehzahl n2 dem der zweiten Schaltstellung II gemäß Fig. 2 zugeordneten Drehmomentverlauf Mm folgt. Bei Erreichen der zweiten Grenz-. drehzahl nz wird vom zweiten Schaltzustand II in den dritten Schaltzustand III umgeschaltet, so daß der Drehmomentverlauf Mg ab der zweiten Grenzdrehzahl n2 dem dem dritten Schaltzu- stand III gemäß Fig. 3 zugeordneten Drehmomentenverlauf Mh folgt.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ergibt sich somit für das Motor- moment M in einen relativ breiten Drehzahlbereich ein rela- tiv gleichbleibend hohes Niveau ohne deutliche Einbrüche.

Dementsprechend wird durch die Erfindung die Leistung der.

Brennkraftmaschine gesteigert.

Bei einem Sechs-Zylinder-Reihenmotor können die Grenzfre- quenzen ni und n2 beispielsweise bei etwa 3. 500 Umdr./min. für die erste Grenzfrequenz nl und 4.500'Umdr./min. fur die zweite Grenzfrequenz n2 betragen.

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