Aus Asia-Pacific Automotive Report, Band 234,5.4.1996 ist es bekannt, mittels zweier schaltbarer Klappen ein Resonanzrohr lang oder kurz zu schalten und somit eine entspre- chende Resonanzlänge wahlweise zu ändern. Dieses System schaltet jedoch nur zwischen verschiedenen Resonanzzuständen hin und her, was eine optimale Zylinderfüllung lediglich über einen eingeschränkten Drehzahlbereich gewährleistet. Daher ist eine dritte schaltbare Klappe vorgesehen, welche in geöffnetem Zustand einen Strömungsquerschnitt für Verbren- nungsluft entsprechend erhöht, so daß bei hohen Umdrehungszahlen eine große Massen- strömung gewährleistet ist. Dies zerstört jedoch vollständig jeglichen Resonanzeffekt im An- saugsystem der Verbrennungsluft und unterstützt in keiner Weise zusätzlich die Zylinderfül- lung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sauganlage der obenge- nannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die obengenannten Nachteile überwunden wer- den und über einen möglichst großen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine eine optima- le Zylinderfüllung mit Verbrennungsluft zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sauganlage der o. g. Art mit den in An- spruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Saugrohre als Schwingrohre für obere Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine ausgebildet sind und in dem Luftsammler wenig- stens eine Ausgleichsklappe angeordnet ist, welche den Luftsammler wahlweise in ge- schlossenem Zustand zu einer langen Vorsaugstrecke teilt oder in geöffnetem Zustand statt einer langen Vorsaugstrecke einen Luftsammler mit vergrößertem Volumen zur Verfügung stellt.

Dies hat den Vorteil, daß auf baulich einfache und bauraumoptimierte Weise wahlweise für niedrige Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine eine Resonanzaufladung durch Schlie- ßen der Ausgleichsklappen oder für hohe Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine eine Schwingrohraufladung durch Öffnen der Ausgleichsklappen realisiert ist.

Für Brennkraftmaschinen mit Zylindern, welche auf getrennten Zylinderbänken angeordnet sind, beispielsweise bei einem Acht-Zylindermotor in V-oder Doppel-V-Anordnung bzw. VR- Anordnung, ist es besonders vorteilhaft, zwei separate Luftsammler vorzusehen.

Einen zusätzlichen Resonanzzustand für einen mittleren Drehzahlbereich der Brennkraftma- schine erzielt man dadurch, daß je zwei Luftsammler über ein Resonanzrohr miteinander verbunden sind, wobei das Resonanzrohr eine Resonanzklappe zum wahlweise Öffnen oder Schließen desselben derart aufweist, daß die jeweiligen Luftsammler wahlweise über das Resonanzrohr miteinander verbunden sind oder nicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Brennkraftmaschine eine Kurbelwelle mit 180-Grad-Kurbelwinkel und n Zylindern auf, wobei zur Gewährleistung ungestörterAnsaug- vorgänge die Zylinder 1 bis n/2 über jeweilige Saugrohre mit einem ersten Luftsammier und die Zylinder (n/2+1) bis n über jeweilige Saugrohre mit einem zweiten Luftsammler verbun- den sind.

Bevorzugt ist n = 4 oder 8. Im letzeren Fall lautet eine Zündfolge für die Zylinder 1 bis 8 gei- spielsweise folgendermaßen : 1-5-2-6-4-8-3-7.

Einen besonders kleinen Bauraumbedarf durch kompakte Bauweise erzielt man dadurch, daß die Zylinder beispielsweise auf wenigstens zwei Zylinderbänke, insbesondere auf zwei Zylinderdoppelbänke, verteilt sind, wobei jeder Luftsammler Zylinder einer Zylinderbank oder einer Zylinderdoppelbank mit Verbrennungsluft versorgt und die Saugrohre des ersten Luftsammlers diejenigen des zweiten Luftsammlers kreuzen.

Die Ausgleichsklappe und die Saugrohre eines Luftsammler sind dabei zweckmäßigerweise derart angeordnet, daß sich bei geschlossener Ausgleichsklappe für die jeweils über die Saugrohre versorgten Zylinder mit zunehmender Zylindernummer eine zunehmende Saug- strecke ergibt.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Brennkraftmaschine eine Kurbel- welle mit 90-Grad-Kurbelwinkel und n Zylindern auf, wobei jeweils n/2 oder (n-1)/2 der Zylin- der über jeweilige Saugrohre mit einem ersten Luftsammler und die anderen n/2 oder (n+1)/2 Zylinder über jeweilige Saugrohre mit einem zweiten Luftsammler verbunden sind.

Zweckmäßigerweise ist n = 4 oder 8. Im letzterem Fall lautet eine Zündfolge der Zylinder 1 bis 8 beispielsweise folgendermaßen : 1-5-7-4-8-3-2-6.

Bevorzugt sind dabei zur Gewährleistung ungestörter Ansaugvorgänge die Zylinder 1,2,7,8 mit dem ersten Luftsammler und die Zylinder 5,6,3,4 mit dem zweiten Luftsammler ver- bunden.

Einen besonders kleinen Bauraumbedarf durch kompakte Bauweise erzielt man dadurch, daß die Zylinder auf wenigstens zwei Zylinderbänke, insbesondere auf zwei Zylinderdoppel- bänke, verteilt sind, wobei die Luftsammler jeweils benachbart zu einer Zylinderbank oder Zylinderdoppelbank und gegenüberliegend zur jeweils anderen Zylinderbank oder Zylinder- doppelbank angeordnet sind und die Saugrohre eines Luftsammlers teilweise die Saugrohre des anderen Luftsammlers kreuzend zur gegenüberliegenden Zylinderbank oder Zylinder- doppelbank führen und teilweise überkopf zu der benachbarten Zylinderbank oder Zylinder- doppelbank führen.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in Fig. 1 und 2 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sauganlage in teilweise geschnittener Aufsicht in jeweils verschiedenen Schaltzuständen, Fig. 3 eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sauganlage in teilweise geschnittener Aufsicht, Fig. 4 die zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sauganlage von Fig. 3 in einer Querschnittdarstellung, Fig. 5 eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sauganlage in teilweise geschnittener Aufsicht, Fig. 6 die dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sauganlage von Fig. 5 in einem Schnitt entlang Linie A-A von Fig. 5, Fig. 7 die dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sauganlage von Fig. 5 in einem Schnitt entlang Linie B-B von Fig. 5, Fig. 8 bis 10 die zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sauganlage von Fig. 3 in teilweise geschnittener Aufsicht, jeweils in unterschiedlichen Schalt- zuständen.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sauganlage umfaßt in Strömungsrichtung gesehen einen Luftfilter 10, eine Vorsaugstrecke 12, einen Luftsammler 14 und zylinderindividuelle Saugrohre 16, welche zu nicht dargestell- ten Lufteinlässen für Zylinder einer Brennkraftmaschine 18 führen. Im Luftsammler 14 ist eine Ausgleichsklappe 20 drehbar derart angeordnet, daß sie den Luftsammler 14 im ge- schlossenen Zustand, wie in Fig. 1 dargestellt, in zwei Teile teilt. Ein luftfilterseitiger Raum 22 des Luftsammlers 14 wirkt dabei zusätzlich als Vorsaugstrecke, während ein saugrohr- seitiger Raum 24 als Luftsammler mit reduziertem Volumen wirkt. In dieser Schaltstellung gemäß Fig. 1 strömt von der Brennkraftmaschine 18 angesaugte Verbrennungsluft gemäß der Pfeile 26 über eine verlängerte Vorsaugstrecke und die Dimensionen der Bauteile ist derart gewählt, daß sich für einen unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine 18 eine Resonanzaufladung ergibt, da eine Reflexion von Druckwellen am Luftfiltersystem 10 und in der Vorsaugstrecke die Strömungsdynamik beherrscht.

In dem zweiten in Fig. 2 dargestellten Schaltzustand ist die Ausgleichsklappe von einem Antrieb 28, wie beispielsweise einem Elektromotor, um 90 Grad gedreht, so daß sich ein Luftsammler 14 mit vergrößertem Volumen aus der Summe der Räume 22 und 24 ergibt und ferner die Vorsaugstrecke 12 reduziert ist. Nun beherrschen die zweckmäßigerweise als Schwingrohre für die Brennkraftmaschine 18 in einem oberen Drehzahlbereich ausgebilde- ten und dimensionierten Saugrohre 16 das Strömungsverhalten der von der Brennkraftma- schine angesaugten Verbrennungsluft, so daß sich eine Schwingrohraufladung ergibt. In dieser Schaltstellung bestimmt also die Reflexion der Druckwellen am Luftsammler 14 das Systemverhalten.

Die Ausgleichsklappe 20 muß nicht notwendigerweise in einem Stück im Luftsammler 14 angeordnet sein. Vielmehr ist es auch möglich, die Ausgleichsklappe in zwei oder mehr Ab- schnitte zu unterteilen, welche gemeinsam oder getrennt gedreht werden und separat gela- gert sind. Dies hat den Vorteil, daß eine Neigung großer Ausgleichsklappen 20 zum Flattern wirksam reduziert ist. Ferner ist es in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch möglich mehrere Ausgleichsklappen 20 hintereinander vorzusehen derart, daß das Luftsammlervolumen und damit auch die Länge der Vorsaugstrecke in mehreren Stufen ver- größert und verkleinert werden können.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Sauganlage liegt in der Kombination des Schwingrohr-und des Resonanzprinzips. Je nach Stellung der Ausgleichsklappen 20 erfolgt gezielt entweder eine Resonanzaufladung oder eine Schwingrohraufladung mit ein und der- selben Sauganlage. Hierbei sind jedoch nicht mehrere und entsprechend verschieden di- mensionierte Saugrohre oder Luftsammler notwendig.

In der Darstellung von Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Sauganlage beispielhaft für einen 4-Zylindermotor ausgelegt. Es sind jedoch auch entsprechende erfindungsgemäße Ausbildung für Motoren mit beliebiger Zylinderzahl möglich. Daher werden nachfolgend wei- tere Ausführungsbeispiele für Brennkraftmaschinen 18 mit acht Zylindern beschrieben, wo- bei auch dies nur beispielhaft zur besseren Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Prinzips zu verstehen ist.

Die erfindungsgemäße Sauganlage eignet sich ebenfalls, wie voranstehend erwähnt, auch für 8-Zylindermotoren, wie in den Fig. 3 bis 7 dargestellt. Hierbei sind die Zylinder der Brennkraftmaschine 18 in doppelter V-Anordnung, d. h. als sogn. VR-Motor, aufgereiht. Es sind zwei Luftsammler 14 und 15 vorgesehen, wobei jeweils ein Luftsammler 14 mit vorbe- stimmten Zylindern der Brennkraftmaschine 18 und der jeweilige andere Luftsammler 15 mit den übrigen Zylindern der Brennkraftmaschine 18 verbunden ist und diese über Lufteinlässe 29 mit Verbrennungsluft versorgen. Die Vorsaugstrecke 12 versorgt die Luftsammler 14 und 15 mit Verbrennungsluft. In beiden Luftsammlern 14,15 ist je eine drehbar um eine Achse 30 gelagerte Ausgleichsklappe 20 angeordnet. Zusätzlich ist in einer Art Parallelschaltung bezüglich der Saugrohre 16 ein die zwei Luftsammler 14 und 15 verbindendes Resonanz- rohr 32 vorgesehen. In dem Resonanzrohr 32 ist eine um eine Achse 34 drehbar gelagerte Resonanzklappe 36 vorgesehen, welche wahlweise, je nach Stellung, eine fluidleitende Verbindung zwischen den Luftsammlern 14 und 15 über das Resonanzrohr 32 herstellt oder nicht. Die Ausgleichsklappen 20 und die Resonanzklappe 36 sind vom Antrieb 28, beispiels- weise jeweiligen Elektromotoren, derart betätigbar, daß die Klappen 20 und 36 entweder in einer offenen oder geschlossenen Stellung sind. Durch entsprechende Kombination der geöffneten und geschlossenen Stellungen der Klappen 20 und 36 ergeben sich im wesentli- chen drei unterschiedliche Schaltzustände, welche später anhand der Fig. 8 bis 10 näher beschrieben werden.

Der wesentliche Unterschied der beiden Ausführungsformen gemäß der Fig. 3 und 4 einer- seits und der Fig. 5 bis 7 andererseits liegt darin, daß die Fig. 3 und 4 eine Ausführungsform für eine Brennkraftmaschine 18 mit einer sogn. 180-Grad-Kurbelwelle und die Fig. 5 bis 7 eine Ausführungsform für eine Brennkraftmaschine 18 mit einer sogn. 90-Grad-Kurbelwelle zeigen.

Auch bei diesem erfindungsgemäßen Saugrohrkonzept gemäß der Fig. 3 bis 7 handelt es sich um ein kombiniertes Schwingrohr-Resonanzsystem, bei dem die Volumina der Sammler 14 und 15 und die Längen der jeweiligen Vorrohre 12 schaltbar sind. Das System ermöglicht einen hohen Liefergrad über ein breites Drehzahlspektrum. Es kann bauraumoptimiert sehr flach ausgeführt werden.

Zur Erzeugung ungestörter Ansaugvorgänge werden bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 jeweils Zylinder mit 180°Kurbelwinkel Zündabstand an jeden der Sammler 14,15 an- geschlossen. Für eine Zündfolge 1-5-2-6-4-8-3-7 ("180°Kurbelwelle") werden die Zylinder 1,2,3 und 4 bzw. 5,6,7 und 8 an jeweils einen gemeinsamen Sammler 14 oder 15 ange- schlossen (Fig. 3). Daraus ergibt sich z. B. eine, in Bild 4 in Schnittansicht prinzipiell darge- stellte, gekreuzte Saugrohrführung für alle 8 Zylinder. Der Luftsammler 14 ist über einer Zy- linderbank 38 angeordnet und die jeweiligen Saugrohre 16 verlaufen zu einer gegenüberlie- genden Zylinderbank 40, über der der andere Luftsammler 15 angeordnet ist. Dessen Saug- rohre 16 sind wiederum in analoger Weise mit der dem Luftsammler 15 gegenüberliegenden Zylinderbank 38 verbunden. <BR> <BR> <P>Für die Zündfolge 1-5-7-4-8-3-2 6 ("90° Komfort-Kurbelwelle") gemäß der Ausführungsform der Fig. 5 bis 7 müssen zur Gewährleistung ungestörter Ansaugvorgänge die Zylinder 1,2,7 und 8 bzw. die Zylinder 3,4,5 und 6 aus jeweils einem gemeinsamen Luftsammler 14,15 versorgt werden (Fig. 5). Dazu sind beispielsweise die Saugrohre 16 der Zylinder 1,2,5 und 6"überkopf", wie in Fig. 7 dargestellt, und die Saugrohre 16 der Zylinder 3,4,7 und 8 "gekreuzt", wie in Fig. 6 dargestellt, angeordnet.

Durch die schaltbare Volumenänderung der Luftsammler 14 und 15 mittels der Ausgleichs- klappen 20 wird die Abstimmung der Systemschwingung insbesondere im unteren Dreh- zahlbereich durchgeführt. Dazu wird durch eine Schaltung das schwingfähige Luftsammler- volumen im Zusammenhang mit der Geometrie der Vorsaugstrecke 12 zwischen Luftsammler 14,15 und Luftfilter (in Fig. 3 bis 7 nicht dargestellt) in ein schwingfähiges Re- sonanzsystem umgeschaltet.

Das Luftsammlervolumen kann durch eine entsprechende Schaltung der Ausgleichsklappen 20 verkleinert und ein Teil des Luftsammlervolumens als rohrähnliche Verlängerung 22 der Vorsaugstrecke 12 genutzt werden (Fig. 8). Damit wird eine den unteren Drehzahlen ange- paßte Eigenfrequenz des Schwingungssystems erzeugt, die zur Resonanzaufladung genutzt wird.

Durch diese schaltbare Querverbindung der beiden Luftsammler 14 und 15 mittels des Re- sonanzrohres 32 wird eine Resonanzschwingung zwischen den beiden Luftsammlern 14 und 15 ermöglicht. Durch die Auslegung der Resonanzrohrlänge und des Resonanzrohrdurch- messers wird eine Anpassung des Resonanzsystems an das jeweilige Motorsystem durch- geführt. Dieses Resonanzsystem wird insbesondere im mittleren Drehzahlbereich zur Opti- mierung der Saugrohrschwingung eingesetzt.

Bei geschlossener Resonanzklappe 36 im auch als Querrohr bezeichneten Resonanzrohr 32 wird eine Schwingrohraufladung durch die Saugrohre 16 und das Luftsammlervolumen dar- gestellt. Die Abstimmung des Systems erfolgt durch Saugrohrdurchmesser und Saugrohr- länge sowie Luftsammlervolumen 22,24 in Zusammenhang mit der Sauganregung durch die Zylinder.

Unterschiede in den Schwingiängen der Saugrohre 16 infolge unterschiedlicher Kanallängen in Zylinderköpfen werden durch die Saugrohrführung zwischen Zylinderkopf und Haupt- sammler (in den Fig. nicht dargestellt) ausgeglichen. Bei Motoren mit variabler Nockenwelle wird diesem Umstand zusätzlich beispielsweise durch unterschiedliche Einlaßnockenkontu- ren Rechnung getragen. Weiterhin können definierte Druckverluste der einzelnen Saugrohre 16 als Kompensationsmaßnahme genutzt werden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 10 das Funktionsprinzip der erfin- dungsgemäßen Sauganlage erläutert. Die Fig. 8 bis 10 zeigen dabei lediglich beispielhaft jeweilige teilweise geschnittene Aufsichten der Ausführungsform gemäß Fig. 3 jedoch gel- ten diese Ausführungen für alle Ausführungsformen bzw., soweit es die zusätzliche Schal- tung der Resonanzklappe 36 betrifft, für alle Ausführungsformen mit mindestens zwei Luftsammlern 14 und 15.

Das nachfolgend erläuterte Funktionsprinzip der Schaltungen am Beispiel der 180° Kurbel- welle (Fig. 3) gilt dementsprechend analog auch for die 90° Kurbelwelle (Fig. 5), wobei für die Zündfolge der räumlichen Kurbelwelle die geänderten Saugrohrführungen (Saugrohre der Zylinder 1,2,7 und 8 bzw. 3,4,5 und 6 an jeweils einen Sammler) zu berücksichtigen sind.

Die Schaltstufe 1 (Fig. 8) dient der Zyiinderfüllung im unteren Drehzahlbereich. Dazu werden die Sammlervolumina durch das Schließen der Ausgleichsklappen 20 verkleinert und die Filterluftansaugstrecken 12 durch die abgetrennten Luftsammlerbereiche 22 und 24 verlän- gert. Die Resonanzklappe 36 zwischen den Luftsammlern 14 und 15 bleibt verschlossen. Bei Motoren mit variabler Nockenwelle sind bevorzugt die Einlaßnockenwellen in Momentenstel- lung (frühe Öffnungszeiten) geschaltet. In dieser Schaltstellung wird die Reflexion der Druckwellen am Luftfiltersystem und in der Vorsaugstrecke 12 bedeutsam. Dadurch wird eine Resonanzaufladung im unteren Drehzahlbereich erzeugt. Die Teilrohre des durch die Resonanzklappe verschlossenen Querrohres bzw. Resonanzrohres 32 werden dabei als a.4-Rohre zur Unterstützung der Systemschwingung des Luftsammlers 14,15 genutzt.

In der Schaltstufe 2 (Fig. 9) werden die Sammlervolumina durch Öffnen der Ausgleichsklap- pen 20 vergrößert. Die Resonanzklappe 36 ist geschlossen. Bei Motoren mit variabler Nok- kenwelle stehen die Einlaßnockenwellen bevorzugt in Frühstellung. In dieser Schaltstellung bestimmt die Reflexion der Druckwellen am Luftsammler 14,15 das Systemverhalten. Das erfindungsgemäße Saugsystem arbeitet nach dem Prinzip der Schwingrohraufladung.

In der Schaltstufe 3 (Fig. 10) sind die Ausgleichsklappen 20 und die Resonanzklappe 36 geöffnet. Bei Motoren mit variabler Nockenwelle befinden sich die Einlaßnockenwellen be- vorzugt in Frühstellung. Durch das Öffnen der Resonanzklappe 36 wird ein Massenaus- tausch zwischen den Luftsammlern 14 und 15 ermöglicht sowie eine Resonanzschwingung zwischen den beiden Luftsammlern 14 und 15 erzeugt. Diese Resonanzschwingung wird zur Steigerung der Zylinderfüllung im mittleren Drehzahlbereich genutzt.

Bei Motoren mit variabler Nockenwelle läßt sich zusätzlich eine Schaltstufe 4 realisieren, welche bezüglich der Stellung von Ausgleichsklappen 20 und Resonanzklappe 36 der vor- anstehend erläuterten Schaltstufe 2 gleicht. Durch das Öffnen der Ausgleichsklappen 20 stehen die vollen Luftsammlervolumina zur Verfügung. Auf Grund der geschlossenen Reso- nanzklappe 36 wird der unmittelbare Druckaustausch zwischen den beiden Luftsammlern 14 und 15 verhindert. Zusätzlich wird jedoch durch eine Spätstellung der Einlaßnockenwellen das Schwingrohraufladungssystem an obere Drehzahlbereiche angepaßt.

Durch Anpassung von Rohrlängen und Rohrdurchmesser im Ansaugsystem wird im Zu- sammenhang mit der Luftsammlervolumenreduktion und einer ggf. durchgeführten Verstel- lung von Einlaßnockenwellen eine Anpassung des Saugsystems an die jeweils vorliegende Motorkonfiguration durchgeführt.