Bezeichnung : Kolbenbrennkraftmaschine mit drosselfreier Laststeuerung und mit Einrichtung zur Erzeu- gung eines Unterdrucks sowie Verfahren zum Betreiben der Einrichtung Beschreibung Bei Kraftfahrzeugen mit Kolbenbrennkraftmaschinen, bei denen die Laststeuerung über eine steuerbare Drosseleinrichtung im Luftzufuhrkanal erfolgt, ist es bekannt, den in bestimmten Betriebszuständen bei nur teilweise geöffneter Drosselein- richtung-in Strömungsrichtung der Luft gesehen-hinter der Drosseleinrichtung sich aufbauenden Unterdruck dazu zu benut- zen,"Unterdruckverbraucher"am Fahrzeug entsprechend zu be- aufschlagen. Der Begriff"Unterdruckverbraucher"im Sinne der vorliegenden Erfindung umfaßt hierbei beispielsweise ein Ab- gasrückführsystem, einen Bremskraftverstärker, einen rück- spülbaren Aktivkohlefilter einer Tankbelüftung oder dergl..

Für Kolbenbrennkraftmaschinen dieser Art sind aus DE-B-27 17 685 und DE-A-195 03 568 Systeme bekannt, bei denen ein den Bereich der Drosseleinrichtung überbrückender Bypaß- kanal vorgesehen ist, der eine nach Art von Venturi-Rohres ausgebildete Engstelle aufweist. Im Bereich der Endstelle mündet eine Unterdruckleitung ein, die mit dem Unterdruckver- braucher in Verbindung steht. Infolge der Druckdifferenz zwi- schen dem vor der Drosseleinrichtung liegenden Bereich des Zufuhrkanals mit hohem Druck und dem hinter der Drosselein- richtung liegenden Bereich des Luftzufuhrkanals mit niedrigem Druck wird im Bypaßkanal eine Luftströmung erzwungen, die in- folge der Geschwindigkeitserhöhung im Bereich der Engstelle zu einer Absenkung des statischen Drucks führt, die dann vom Unterdruckverbraucher nutzbar gemacht werden kann.

Bei Kolbenbrennkraftmaschinen, bei denen die Laststeuerung über eine variable Ansteuerung der Gaswechselventile oder ei- ne Gemischqualitätsregelung, d. h. eine Regelung der Gemisch- zusammensetzung bewirkt wird oder bei denen der Kraftstoff

direkt in die Zylinder eingespritzt wird, ergibt sich auf- grund des Fehlens einer Drosselklappe im Luftzufuhrkanal je- doch das Problem, daß kein ausreichender Unterdruck für die für den Betrieb der Kolbenbrennkraftmaschine unmittelbar not- wendigen Unterdruckverbraucher eines Kraftfahrzeuges über den gesamten Lastbereich der Kolbenbrennkraftmaschine zur Verfü- gung steht. Um diese Unterdruckverbraucher mit einem ausrei- chenden Unterdruck beaufschlagen zu können, war es bisher er- forderlich, den Unterdruck extern über zusätzliche Vakuumpum- pen zu erzeugen.

Da derartige zusätzliche Aggregate relativ kostspielig sind und darüber hinaus eine entsprechende zusätzliche Antriebs- energie benötigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenbrennkraftmaschine mit drosselfreier Laststeuerung so auszubilden, daß auf Unterdruckerzeuger verzichtet werden kann, die zusätzliche Antriebsenergie verbrauchen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kolben- brennkraftmaschine Gaswechselventilen, die über eine Motor- steuerung voll variabel ansteuerbar sind und die mit einem Luftzufuhrkanal in Verbindung stehen, der mit einer Einrich- tung zur Erzeugung eines Unterdrucks durch Ausnutzung von Energieanteilen der den Luftzufuhrkanal durchströmenden Luft versehen ist, die mit steuerbaren Mitteln zur Anpassung an betriebsbedingte Änderungen der Strömungsenergie versehen ist und die über wenigstens eine Unterdruckleitung mit wenigstens einem Unterdruckverbraucher in Verbindung steht. Durch diese Maßnahme können die in der Luftströmung im Luftzufuhrkanal innewohnenden Energieanteile unmittelbar zur Unterdruckerzeu- gung herangezogen. Als Energieanteile wird bei dieser Ein- richtung zum einen die Strömungsgeschwindigkeit der durch den Luftzufuhrkanal strömenden Luft ausgenutzt und zwar durch Er- höhung der Strömungsgeschwindigkeit, die entsprechend zu ei- ner Absenkung des statischen Druckes führt und/oder durch die Ausnutzung infolge der periodischen Öffnung der Gaseinlaß- ventile in der Luftströmung im Luftzufuhrkanal entstehenden impulartigen Druckschwankungen, die aufgrund der Gegebenhei-

ten um ein"Null-Niveau"den Umgebungsdruck überschreiten und unterschreiten. Dieses erfindungsgemäße Prinzip läßt sich nun in unterschiedlichen Ausführungsformen verwirklichen.

In einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist vorgese- hen, daß die Einrichtung einen von der Luft durchströmten Luftkanalbereich mit wenigstens einer im Bereich der Einmün- dung der Unterdruckleitung angeordneten Querschnittsverengung gebildet wird und daß steuerbare Mittel zur Einstellung von unterschiedlichen Querschnittsverengungen vorgesehen sind.

Durch eine derartige Querschnittsverengung, die möglichst in ihrer Strömungskontur so ausgebildet sein sollte, daß geringe Strömungsverluste entstehen und die dementsprechend nach Art eines Venturi-Rohres ausgebildet sein sollte, ergibt sich ei- ne Erhöhung der Geschwindigkeit der im Luftzufuhrkanal strö- menden Luft, die zur Absenkung des statischen Drucks in der Luftströmung gegenüber dem Umgebungsdruck des Luftzufuhrka- nals führt. Damit wird es möglich, bei geringen Druckverlu- sten im Luftzufuhrkanal den beispielsweise für einen Brems- kraftverstärker erforderlichen Unterdruck zur Verfügung zu stellen oder aber das für eine Abgasrückführung und/oder die Rückspülung eines Aktivkohlefilters einer Tankbelüftung not- wendige Druckgefälle zu erzeugen, um so Abgas und/oder kraft- stoffhaltige Luft über den Aktivkohlefilter in den Luftzu- fuhrkanal anzusaugen. Wird nun die Querschnittsverengung so ausgelegt, daß bei niedrigen Drehzahlen und somit bei niedri- gen Masseströmen im Luftzufuhrkanal ausreichende Unterdrücke erzeugt werden, ergeben sich bei hohen Drehzahlen und großen Massenströmen im Luftzufuhrkanal große Strömungswiderstände und damit Leistungseinbußen. Dem wird dadurch entgegenge- wirkt, daß die Querschnittsverengung in ihrem freien Strö- mungsquerschnitt veränderbar ausgestaltet ist und über steu- erbare Mittel, die beispielsweise über die Motorsteuerung an- steuerbar sind. eine Anpassung an die jeweiligen Betriebszu- stände erfolgt und der Strömungswiderstand für die unter- schiedlichen Betriebszustände, d. h. die unterschiedlichen Drehzahlbereiche gering gehalten werden kann.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß der Luftkanalbereich wenigstens zwei Parallelkanäle mit jeweils einer Querschnittsverengung aufweist, die zumindest auslaßseitig mit dem Luftzufuhrkanal verbunden sind, wobei die Querschnittsverengungen unterschiedlich groß sind, und daß ein steuerbares Stellmittel zur wahlweisen Führung der Luftströmung durch die Parallelkanäle vorgesehen ist. Damit ist eine einfache Anpassung für wenigstens zwei unterschied- liche Drehzahlbereiche gegeben. Für den unteren Drehzahlbe- reich wird bei entsprechender Ansteuerung des Stellmittels der Parallelkanal mit der Querschnittsverengung mit kleinem Strömungsquerschnitt geöffnet und für den oberen Drehzahlbe- reich der Parallelkanal mit der Querschnittsverengung mit dem größeren freien Strömungsquerschnitt geöffnet, so daß für beide Drehzahlbereiche eine entsprechende Absenkung des sta- tischen Drucks im Bereich der Einmündung der Unterdrucklei- tung gewährleistet ist, andererseits aber die durch die Quer- schnittsverengung bedingten Strömungswiderstände minimiert sind. Das Stellmittel kann durch eine vor der Verzweigung der Parallelkanäle angeordnete Stellklappe gebildet werden, die wahlweise einen der beiden Parallelkanäle für die Luftströ- mung freigibt, die aber auch so eingestellt werden kann, daß beide Parallelkanäle durchströmt werden, so daß insgesamt drei Drehzahlbereiche mit zwei Parallelkanälen abgedeckt wer- den können. Für den niedrigen Drehzahlbereich wird der Paral- lelkanal mit dem geringsten Strömungsquerschnitt im Bereich der Querschnittsverengung freigegeben, für einen mittleren Drehzahlbereich wird der andere Parallelkanal mit dem größe- ren freien Strömungsquerschnitt freigegeben und für einen oberen Drehzahlbereich wird die Stellklappe so eingestellt, daß beide Parallelkanäle freigegeben sind und von der Luft durchströmt werden können. Die hierbei bewirkte Erhöhung des Luftwiderstandes und die damit verbundene Leistungseinbuße hält sich in vertretbaren Grenzen.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vor- gesehen, daß der eine Querschnittsverengung aufweisende Luft- kanalbereich im Bereich der Einmündung der Unterdruckleitung

wenigstens einen bewegbaren Wandbereich zur Veränderung des freien Strömungsquerschnitts der Querschnittsverengung auf- weist, der mit steuerbaren Stellmitteln in Verbindung steht.

Durch diese Anordnung ist es möglich, den freien Strömungs- querschnitt im Bereich der Querschnittsverengung beispiels- weise mit Hilfe der Motorsteuerung feinfühlig an den jeweils durch den Luftzufuhrkanal fließenden Luftmassenstrom anzupas- sen, um so einen Mindestunterdruck aufrechtzuerhalten, ande- rerseits durch Veränderung des Strömungsquerschnitts den Strömungswiderstand im Bereich der Querschnittsverengung durch entsprechende Anpassung des freien Strömungsquer- schnitts so gering wie möglich zu halten. Der Begriff"beweg- barer Wandbereich"im Sinne der Erfindung beinhaltet Ausfüh- rungsformen, bei denen zumindest Teile der Kanalwandung im Bereich der Querschnittsverengung durch Verschwenken oder auch elastische Verformung in ihrer Geometrie veränderbar ausgestaltet sind. Bei einem in etwa quadratischen oder rechteckigen Kanalquerschnitt reich es hierbei aus, wenn im Bereich der Einmündung der Unterdruckleitung nur eine Kanal- wandung quer zur Strömungsrichtung in den Strömungsquer- schnitt hinein durch das steuerbare Stellmittel verschwenkt, verschoben und/oder verformt wird. Bei einer Gestaltung des die Querschnittsverengung begrenzenden Wandbereichs durch elastische Materialien, beispielsweise gummielastische ver- formbare Einsätze, in Umfangsrichtung überlappend angeordnete biegsame, in Strömungsrichtung sich erstreckende gegeneinan- der verdrehbare Lamellen oder dergl. ist es möglich, in bezug auf die Einmündung der Unterdruckleitung praktisch eine sym- metrische Veränderung des freien Strömungsquerschnitts zu be- wirken.

In einer weiteren erfinderischen Umsetzung, insbesondere in Verbindung mit einem veränderbaren freien Strömungsquer- schnitt ist vorgesehen, daß die Einrichtung zur Ausnutzung von Druckschwankungen der den Luftzufuhrkanal durchströmenden Luft einen Druckgleichrichter aufweist, der über die Unter- druckleitung mit dem Luftzufuhrkanal einerseits und mit dem Unterdruckverbraucher andererseits in Verbindung steht und

der ein Sperrventil aufweist, das periodisch nur bei Unter- druck im Luftzufuhrkanal öffnet.

Auch bei dieser Umsetzung des erfinderischen Prinzips wird wiederum ein der Luftströmung im Luftzufuhrkanal innewohnen- der Energieanteil ausgenutzt. Hierbei wird jedoch nicht eine Druckabsenkung durch lokale Erhöhung der Strömungsgeschwin- digkeit der Luftströmung ausgenutzt, sondern von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß über den gesamten Betriebsbereich einer Kolbenbrennkraftmaschine im Luftzufuhrkanal erhebliche Druck- schwankungen feststellbar sind. Diese Druckschwankungen sind auf impulsartige Druckwellen zurückzuführen, die aufgrund des periodischen Öffnens und Schließens der Gaseinlaßventile ent- stehen. Die entstehenden Druckwellen schwanken um den Wert des Umgebungsdruckes und unterschreiten somit diesen zumin- dest zeitweise. Hierbei wurde überraschenderweise festge- stellt, daß die Unterschreitungen des Umgebungsdruckes zur Erzeugung eines Unterdruckniveaus für nachgeordnete Systeme ausreicht. Durch den vorgesehenen Druckgleichrichter mit Sperrventil ist sichergestellt, daß eine Verbindung zwischen dem Luftzufuhrkanal und dem Unterdruckverbraucher immer nur dann gegeben ist, wenn auch im Luftzufuhrkanal ein Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck vorhanden ist.

Das Sperrventil kann als Rückschlagventil ausgebildet sein, so daß es sich jeweils automatisch beim Anstehen eines Unter- drucks öffnet und im Überdruckbereich der anstehenden Druck- welle schließt. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn das Sperrventil mit einem steuerbaren Stellantrieb verbunden ist.

Während bei einem üblicherweise federbelasteten Rückschlag- ventil ein Mindestunterdruck vorhanden sein muß, bevor das Ventil überhaupt öffnet und das Ventil bereits wieder schlie- ßen muß, wenn noch ein Unterdruck vorhanden ist, bietet ein Sperrventil mit steuerbarem Stellantrieb den Vorteil, daß der Zeitpunkt der Öffnung und der Schließung des Sperrventils ge- zielt festgelegt werden kann, um so jeweils das Zeitintervall nahezu voll zu nutzen, in dem ein Unterdruck im Luftzufuhrka- nal ansteht. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein,

wenn es sich bei dem angeschlossenen Unterdruckverbraucher um eine Tankentlüfung oder eine Abgasrückführung handelt. In beiden Fällen ist es wichtig, daß das Sperrventil möglichst lange geöffnet bleibt, um einen ausreichenden Massestrom über die Unterdruckleitung in den Luftzufuhrkanal einführen zu können. Dementsprechend erfolgt ein Öffnen des Sperrventils, wenn die Druckwelle das"Null-Niveau"gerade in Richtung auf einen zunehmenden Unterdruck durchläuft, und das Schließen erfolgt kurz bevor das"Null-Niveau"wieder in Richtung auf einen Unterdruck durchlaufen wird. Da die Frequenz der Druck- welle drehzahlabhängig ist und die vorstehend beschriebenen "Null-Durchgänge"sich entsprechend ändern, die Gegebenheiten im Luftzufuhrkanal aber auch den zeitlichen Verlauf der Druckwellen beeinflussen, ist es zweckmäßig, wenn der Stel- lantrieb des Sperrventils druckabhängig steuerbar ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise über die Motorsteuerung bewirkt werden, wobei zweckmäßigerweise unmittelbar im Bereich der Einmündung der Unterdruckleitung ein mit der Motorsteuerung verschalteter Drucksensor angeordnet ist, über den jeweils der Öffnungs-und der Schließzeitpunkt für das Sperrventil signalisiert werden kann und über die Motorsteuerung der Stellantrieb entsprechend angesteuert werden kann.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Beeinflussung der in Form von Druckschwankungen der Unterdruckerzeuger be- nutzten Energieanteile der im Luftzufuhrkanal strömenden Luft bei einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einer entsprechend den vorstehend beschriebenen Merkmalen ausgestatteten Ein- richtung zur Unterdruckerzeugung.

Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, daß durch die Motor- steuerung die Öffnungs-und die Schließzeiten zumindest der Gaseinlaßventile so angesteuert werden, daß die im Luftzu- fuhrkanal betriebsbedingt auftretenden periodischen Druck- schwankungen verstärkt werden. Bei diesem Verfahren wird die Möglichkeit genutzt, daß bei vollvariabel steuerbaren Gas- wechselventilen die Öffnungs-und die Schließzeiten der Gas- wechselventile gezielt verändert werden können, weil die

Grenze hinsichtlich der Variationsmöglichkeiten nur durch die weitere Betriebsfähigkeit der Kolbenbrennkraftmaschine gege- ben ist.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens ist hierbei vorgesehen, daß ein den Unterdruckanteil der periodi- schen Druckschwankungen der im Luftzufuhrkanal strömenden Luft verstärkender Druckimpuls durch Ansteuerung der Gasein- laßventile mit"Spät-Einlaß-Öffnen"erzeugt wird. Werden die Gaseinlaßventile der einzelnen Zylinder jeweils erst spät ge- öffnet (SEÖ), d. h. wenn der Kolben sich seiner unteren Tot- punktstellung nähert, dann entsteht im Zylinder zunächst ein deutlicher Unterdruck, so daß beim Öffnen des Gaseinlaßven- tils die Luft aus dem Luftzufuhrkanal mit hoher Strömungsge- schwindigkeit abgesaugt wird. Diese hohe Strömungsgeschwin- digkeit pflanzt sich in den Luftzufuhrkanal fort. Wird das Gaseinlaßventil dann geschlossen, erfolgt aufgrund des Rück- staues eine gewisse Druckerhöhung im Luftzufuhrkanal, der sich jedoch wieder entsprechend abbaut, wenn das nächste Ga- seinlaßventil wiederum spät öffnet. Hierdurch bauen sich deutliche Druckwellen im Luftzufuhrkanal auf.

Diese der Luftströmung im Luftzufuhrkanal überlagerte Druck- pulsation kann noch verstärkt werden, wenn in einer Ausge- staltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Überdruckanteil der periodischen Druckschwankungen der im Luftzufuhrkanal strömenden Luft durch eine Ansteuerung der Gasauslaßventile mit"Frühem Auslaß schließt"und der Gaseinlaßventile durch Einlaßöffnen im oberen Totpunktbereich erzeugt wird. Bei die- ser Ansteuerung wird in der letzten Bewegungsphase des Kol- bens vor dem oberen Totpunkt im Brennraum ein geringfügiger Überdruck erzeugt, der beim Öffnen des Einlaßventils dann als Druckstoß in Gegenrichtung zur strömenden Luft im Luftzufuhr- kanal einen ansteigenden Druckimpuls aufbaut, der sich an- schließend unter entsprechender Erhöhung der Strömungsge- schwindigkeit im Luftzufuhrkanal mit deutlicher Unterschrei- tung des Umgebungsdrucks wieder abbaut. Da es sich bei Luft um ein kompressibles Medium handelt, ist es durch die vorste-

hend beschriebenen Beeinflussungen der Öffnungszeiten mög- lich, die Druckschwankungen der im Luftzufuhrkanal strömenden Luft um das"Null-Niveau"zu erhöhen und entsprechend auch eine Erhöhung des nutzbaren Unterdrucks zu bewirken.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher er- läutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Vierzylinder-Kolbenbrennkraftmaschine, Fig. 2 eine erste Ausführungsform für eine Unterdruckein- richtung in Form einer Venturi-Verengung, Fig. 3 eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 2 mit Parallelkanälen, Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Unterdruckeinrich- tung in Form eines Druckgleichrichters mit Sperr- ventil, Fig. 5 eine Ausführungsform mit steuerbarem Sperrventil zur Ausnutzung von Druckschwankungen, Fig. 6 den Verlauf der Druckschwankungen im Luftzufuhrka- nal, Fig. 7 der Verlauf des Zylinderdrucks bei"Spät-Einlaß- Öffnen", Fig. 8 der Verlauf des Zylinderdrucks bei"Früh-Auslaß- Schließen".

In Fig. 1 ist eine Vierzylinder-Kolbenbrennkraftmaschine 1 schematisch wiedergegeben, die mit voll variabel steuerbaren de Gaswechselventilen versehen ist. Die Ansteuerung der Ven- tilantriebe der Gaswechselventile erfolgt über eine Motor- steuerung 2. Abgasseitig sind die einzelnen Zylinder mit ei- nem Abgaskanal 3 verbunden. Ansaugseitig sind die einzelnen

Zylinder der Kolbenbrennkraftmaschine 1 mit einem Luftzufuhr- kanal 4 verbunden. Der Luftzufuhrkanal 4 ist einlaßseitig mit einem Luftfilter 5 versehen. Da bei einer derartigen Kolben- brennkraftmaschine mit drosselfreier Laststeuerung infolge des Fehlens einer steuerbaren Drosseleinrichtung zur Steue- rung der Last kein ausreichender Unterdruck im Luftzufuhrka- nal 4 zur Verfügung steht, mit dem"Unterdruckverbraucher" beaufschlagbar sind, ist im Luftzufuhrkanal 4 eine gesonderte Einrichtung 6 zur Erzeugung eines Unterdrucks angeordnet, die in Funktion und Aufbau in verschiedenen Ausführungsformen nachstehend noch näher beschrieben werden wird.

Die Einrichtung 6 zur Erzeugung eines Unterdrucks steht über eine Unterdruckleitung 7 mit Unterdruckverbrauchern in Ver- bindung. Diese können, wie hier schematisch angedeutet, bei- spielsweise ein Bremskraftverstärker 8, eine mit einem Aktiv- kohlefilter 9 versehene Tankentlüftungseinrichtung, eine Ab- gasrückführeinrichtung, hier durch das Abgasrückführventil 10 angedeutet oder ähnliche Unterdruckverbraucher sein. Mit Hil- fe des in der Einrichtung 6 erzeugten Unterdrucks ist es so- mit möglich, zum einen den Bremskraftverstärker mit entspre- chendem Unterdruck zu beaufschlagen, aber auch entsprechend der Ansteuerung durch die Motorsteuerung 2 das Abgasrückführ- ventil 10 zu steuern, um so aus dem Abgaskanal über eine Ab- gasrückführleitung 11 und die Unterdruckleitung 7 entspre- chend den Lastanforderungen Abgase in den Luftzufuhrkanal 4 einzuleiten.

Durch eine entsprechende Ansteuerung eines Ventils 12 über die Motorsteuerung 2 ist es dann auch möglich, den Aktivkoh- lefilter 9 der Tankentlüftung von Zeit zu Zeit durchzuspülen und die im Aktivkohlefilter 9 niedergeschlagenen Kohlenwas- serstoffe abzusaugen und über die Verbrennungsluft dem Motor zuzuführen.

Die Einrichtung 6 kann mit hier nur angedeuteten, in Fig. 2 und 3 erläuterten zusätzlichen Mitteln 13 zur Veränderung des

anstehenden Unterdrucks mit der Motorsteuerung 2 verbunden sein.

In Fig. 2 ist schematisch eine erste Ausführungsform einer Einrichtung 6 zur Erzeugung eines Unterdrucks dargestellt.

Diese besteht im wesentlichen aus einer Querschnittsverengung 14 des Luftzufuhrkanals 4, die nach Art eines Venturi-Rohres ausgebildet ist. Die Mündung 7.1 der Unterdruckleitung 7 liegt an der engsten Stelle der Querschnittsverengung, so daß durch die mit der lokalen Erhöhung der Strömungsgeschwindig- keit der Verbrennungsluft im Luftzufuhrkanal 4 in diesem Be- reich verbundene Absenkung des statischen Drucks in der Strö- mung gegenüber dem Umgebungsdruck ein entsprechender Unter- druck entsteht, der über die Unterdruckleitung 7 an den ange- schlossenen Unterdruckverbraucher ansteht.

Da die Querschnittsverengung mit ihrem freien Strömungsquer- schnitt so ausgelegt werden muß, daß bei niedrigen Drehahlen mit entsprechend geringer Strömungsgeschwindigkeit immer noch ein ausreichender Unterdruck an der Unterdruckleitung 7 an- steht, führt dies zwangsläufig bei höheren Drehzahlen zu ei- ner nicht mehr vernachlässigbaren Erhöhung des durch die Querschnittsverengung bewirkten Strömungswiderstandes, die dann letztlich auch zu Leistungseinbußen führt. Um dem abzu- helfen, ist in Fig. 2 schematisch eine Einrichtung zur Verän- derung des freien Strömungsquerschnitts angedeutet, wie sie beispielsweise durch ein mit einem Stellantrieb 13 versehenes Wandelement 15 gebildet werden kann, durch das der Strömungs- querschnitt im Bereich der Einmündung der Unterdruckleitung 7 noch verändert werden kann, so daß sowohl bei geringer Last- anforderung mit geringer Strömungsgeschwindigkeit, als auch bei hoher Lastanforderung mit hoher Strömungsgeschwindigkeit im Luftzufuhrkanal 4 in der Engstelle über die Einrichtung 13,15 die Strömungsgeschwindigkeit der Luft und damit auch der an der Unterdruckleitung 7 anstehende Unterdruck angepaßt werden kann. Die Veränderung des freien Strömungsquerschnitts kann, wie in Fig. 2 angedeutet, durch ein Wandelement erfol- gen. Es ist aber auch möglich, den das Venturi-Rohr bildenden

Abschnitt des Luftzufuhrkanals so auszubilden, daß durch Ver- formung der Wandung insgesamt der freie Strömungsquerschnitt veränderbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß in diesem Bereich ein gummielastisches Rohrelement abge- dichtet eingesetzt ist, das durch Beaufschlagung des Zwi- schenraums zwischen Rohrelement und Kanalwandung mit einem Über-oder einem Unterdruck entsprechend verengt oder aufge- weitet wird, so daß entsprechend der freie Strömungsquer- schnitt im Bereich der Mündung 7.1 der axial in die Quer- schnittsverengung eingeführten Unterdruckleitung verändert werden kann. In gleicher Weise ist es auch möglich, einen entsprechenden Einsatz in Form eines aus einer Vielzahl von biegsamen Lamellen gebildeten Lamellenrohres vorzusehen, die jeweils mit ihren Endseiten an einem Ring gelagert sind.

Durch Verdrehen der endseitigen Ringe gegeneinander bei gleichzeitiger axialer Verschiebung ist ebenfalls eine Verän- derung des freien Strömungsquerschnitts möglich. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn sich die benachbarten Lamellen jeweils weitgehend abdichtend überlappen.

In Fig. 3 ist eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Luftzufuhrka- nal 4 in zwei Parallelkanäle 4.1 und 4.2 unterteilt, die je- weils eine Querschnittsverengung 14.1 und 14.2 aufweisen, in die jeweils eine Unterdruckleitung 7.2 bzw. 7.3 in der vorbe- schriebenen Form einmündet. Die Querschnittsverengungen 14.1 und 14.2 sind bei dieser Anordnung fest vorgegeben, wobei die Querschnittsverengung 14.1 im Parallelkanal 4.1 einen größe- ren freien Strömungsquerschnitt besitzt als die Querschnitts- verengung 14.2 im Parallelkanal 4.2.

Bei einer Durchströmung der Anordnung in Richtung des Pfeiles 19 ist im Bereich der Aufteilung in die beiden Parallelkanäle 4.1 und 4.2 ein Stellorgan 20, beispielsweise in Form einer Schwenkklappe angeordnet, die mit Hilfe eines Stellantriebs 20.1 aus der dargestellten Mittelstellung nach rechts oder nach links verschwenkt werden kann, so daß entweder beide Parallelkanäle 4.1 und 4.2 von der Luft durchströmt werden

oder aber wahlweise der Parallelkanal 4.1 bzw. 4.2. Damit ist es möglich, drei Drehzahlbereiche mit unterschiedlich hohen Luftmassendurchsätzen im Luftzufuhrkanal 4 mit noch vertret- baren, durch die Querschnittsverengungen 14.1 bzw. 14.2 be- wirkten Strömungswiderständen abzudecken.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform für einen Unterdruckerzeu- ger 6 dargestellt, durch den Druckschwankungen im Luftzufuhr- kanal 4 zur Unterdruckerzeugung nutzbar gemacht werden. Die- ser besteht im wesentlichen aus einem in der Unterdrucklei- tung 7 angeordneten Druckgleichrichter 16, der ein Strömungs- gehäuse 17 aufweist, in dem ein Sperrventil 18, hier in Form eines Rückschlagventils angeordnet ist, das nur bei Unter- druck im Luftzufuhrkanal 4 öffnet. Da aufgrund des intermit- tierenden Luftansaugs der einzelnen Zylinder der Kolbenbrenn- kraftmaschine im Luftzufuhrkanal 4 periodisch Druckschwankun- gen entstehen, die in ihrer Höhe um den herrschenden Umge- bungsdruck schwanken, d. h. sich periodisch als Überdruck und als Unterdruck im Luftzufuhrkanal bemerkbar machen, wie in Fig. 6 dargestellt, ist durch den Druckgleichrichter 16 die Möglichkeit gegeben, daß sich jeweils bei einem Unterdruck im Bereich der Einmündung der Unterdruckleitung 7 in den Luftzu- fuhrkanal 4 das Rückschlagventil 18 öffnet und entsprechend ein Unterdruck für die vorstehend beschriebenen Unterdruck- verbraucher zur Verfügung steht.

Auch hier ist, wie in der Zeichnung nur angedeutet, die vor- beschriebene Möglichkeit gegeben, über eine zusätzliche Ein- richtung 13,15 mit Hilfe der Motorsteuerung 2 durch eine Veränderung des Strömungsquerschnittes im Bereich der Einmün- dung der Unterdruckleitung 7 Einfluß zu nehmen, um so zusätz- lich zum Druckgleichrichter 16 den an der Unterdruckleitung 7 anstehenden Unterdruck beeinflussen zu können.

Die in Fig. 4 dargestellte und beschriebene Ausführungsform kann nun in der Weise abgewandelt werden, daß das Sperrventil 18 als steuerbares Ventil, wie in Fig. 5 dargestellt, ausge- bildet wird. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt

einen Ventilkörper 21, der an einem Federarm 22 gehalten ist, wobei je nach Einsatzfall die Anordnung so getroffen werden kann, daß durch den Federarm 22 der Ventilkörper 21 in Schließstellung auf die als Ventilsitz ausgebildete Mündung 7.1 der Unterdruckleitung 7 angedrückt wird. Zum Öffnen wird ein Elektromagnet 23 bestromt, der den gleichzeitig als Anker ausgebildeten Federarm 22 anzieht. Die Ansteuerung des Elek- tromagneten 23 erfolgt in der Weise, daß das Ventil jeweils dann geöffnet wird, wenn im Luftzufuhrkanal 4 gerade ein Un- terdruck im Bereich der Einmündung 7.4 in den Luftzufuhrkanal 4 eine Unterdruckwelle vorhanden ist. Sobald dieser Unter- druck unter ein vorgegebenes Maß abfällt, wird der Elektroma- gnet 23 stromlos gesetzt, so daß unter Einwirkung der Feder- kraft des Federarmes 22 der Ventilkörper 21 wieder auf den Ventilsitz 7.1 aufsetzt und das Ventil schließt. Der nachfol- gende Druckanstieg im Luftzufuhrkanal unterstützt hierbei die Schließwirkung, so daß sichergestellt ist, daß nur bei einer Druckabsenkung das Sperrventil öffnet und der Unterdruckver- braucher mit dem Luftzufuhrkanal 4 in Verbindung steht.

Die Bestromung des Elektromagneten 22 kann über eine entspre- chende Steuereinrichtung, beispielsweise die Motorsteuerein- richtung 2 erfolgen, die ggf. über einen Druckgeber 24 im Luftzufuhrkanal 4 den Druckverlauf der Luftströmung erfaßt.

Der Druckgeber 24 soll möglichst dicht an der Einmündung 7.2 der Überdruckleitung angeordnet sein, um das Druckniveau un- mittelbar in diesem Bereich zu errfassen.

In Fig. 6 ist schematisch der Verlauf der Druckschwankungen im Luftzufuhrkanal 4 dargestellt. Das"Null-Niveau"ent- spricht in etwa dem Umgebungsdruck, so daß sich entsprechend dem dargestellten Verlauf ein um die Linie des Umgebungsdruk- kes schwankender Überdruck und Unterdruck ergibt. Die Fre- quenz der Druckschwankungen ist abhängig zum einen von der Zylinderzahl der betreffenden Kolbenbrennkraftmaschine sowie von der Drehzahl, so daß hier die Darstellung in Abhängigkeit von Grad Kurbelwinkel vorgenommen worden ist.

Fig. 7 zeigt insbesondere für die Unterdruckerzeugung mit ei- ner Einrichtung nach Fig. 4 oder 5 eine Möglichkeit, wie durch eine gezielte Ansteuerung der Gaswechselventile über die Motorsteuerung auf den Druckverlauf im Luftzufuhrkanal 4 Einfluß genommen werden kann.

Werden die Gaseinlaßventile jeweils in ihrer Öffnungszeit an- gesteuert mit"Spät-Einlaß-Öffnen" (SEÖ), dann ergibt sich der in Fig. 7 schematisch dargestellte Verlauf des Zylinde- rinnendrucks zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt.

Die Kurve wird hierbei in Richtung der angegebenen Pfeile durchlaufen. Der Kurvenbereich I stellt die Ausschubphase dar. Beim Erreichen des unteren Totpunktes schließt der Aus- laß (AS), während der Einlaß noch geschlossen bleibt. In der Abwärtsbewegung zum unteren Totpunkt öffnet der Einlaß erst verzögert, beispielsweise zu dem dargestellten Zeitpunkt (EÖ), so daß nach einer sehr starken Druckabsenkung im Zylin- derinnenraum beim Öffnen des Gaseinlaßventils die Luft aus dem Luftzufuhrkanal 4 mit hoher Geschwindigkeit abgesaugt wird. Mit dem Schließen des Einlaßventils (ES) ist die An- saugphase II abgeschlossen, so daß die Verdichtungsphase III beginnen kann.

In Fig. 8 wird eine andere Verfahrensweise dargestellt. Noch während des Ausschubphase I schließt das Gasauslaßventil noch vor Erreichen des oberen Totpunktes, so daß bei geschlossenem Einlaßventil im Zylinderinnenraum eine entsprechende Drucker- höhung erfolgt. Im oder kurz vor dem oberen Totpunkt öffnet das Einlaßventil (EÖ), so daß der im Zylinderinnenraum ent- standene Überdruck sich in den Luftzufuhrkanal 4 hinein zu- nächst abbaut und dann bei praktisch gleichbleibendem Druck Luft in den Zylinderinnenraum eingesaugt wird, bis das Ein- laßventil zum Zeitpunkt (ES) schließt und damit die Ansaug- phase II abgeschlossen ist. Nach dem Durchlaufen des unteren Totpunktes erfolgt wieder die Verdichtungsphase III.

Aus den Diagrammen nach Fig. 7 und Fig. 8 ist abzuleiten, daß durch diese Maßnahmen das Profil der Druckschwankungen im

Luftzufuhrkanal 4, wie es in Fig. 6 schematisch dargestellt ist, sowohl auf der Überdruckseite als auch auf der Unter- druckseite jeweils verstärkend beeinflußt werden kann, so daß durch die jeweiligen starken Druckwechsel örtlich entspre- chende Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt wer- den, die sich positiv für die Unterdruckerzeugung nutzen las- sen.