DD207745A5

DD207745A5 - Resonanz-frischgassystem

Info

Publication number: DD207745A5
Application number: DD82244151A
Authority: DD
Inventors: Gyula Cser
Original assignee: Autoipari Kutato Intezet
Priority date: 1981-10-20
Filing date: 1982-10-20
Publication date: 1984-03-14
Also published as: GB2108582B; CS745982A2; PL138155B1; IN159276B; FR2514822B1; ATA377882A; SE8205926D0; SE8205926L; IT1212677B; DE3232366C2; IT8283466A0; DE3232366A1; FR2514822A1; SE451484B; CS259858B2; ES517021A0; JPS58140420A; GB2108582A; AT388779B; HU188702B

Abstract

DIE ERFINDUNG BEZIEHT SICH AUF EIN RESONANZ-FRISCHGASSYSTEM ZUR VERBESSERUNG DER FRISCHGASVERSORGUNG (AUFLADUNG) VON BRENNKRAFTMASCHINEN. DURCH DIE ERFINDUNG WIRD EINE LOESUNG VORGESCHLAGEN, D. D. EINBAU- U. ANORDNUNGSSCHWIERIGKEITEN BEKANNTER AUFLADUNGSSYSTEME BESEITIGT U. BEI GLEICHZEITIGER REDUZIERUNG DER HERSTELLUNGSKOSTEN UND DES MOTORGESAMTGEWICHTES DIE FRISCHGASVERSORGUNG DER BRENNKRAFTMASCHINE WIRKSAM VERBESSERT. DAS WESEN DER ERFINDUNG BESTEHT VORRANGIG IN EINER KONSTRUKTIV VERBESSERTEN ANORDNUNG UND AUSBILDUNG DER RESONANZROHRE 33;34, DIE ZWISCHEN DEN FUER MEHRERE ZYLINDER VORGESEHENEN RESONATORBEHAELTERN 31; 32 UND EINEN AUSGLEICHSBEHAELTER 39 ANGEORDNET SIND U. IN EINER F. DIE WIRKSAME AUFLADUNG GUENSTIGEN GESTALTUNG DER ABMESSUNGSVERHAELTNISSE UND DES GESAMTEN RESONIERENDEN VOLUMENS.

Description

15 285 56

244 151 5

Resonanz-Frischgas-System

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich, auf ein .Resonanz-Frischgas-r System für Bremskraftmaschinen zur Erhöhung der Zylinderladungen , wobei eine bestimmte Zylindergruppe einzeln mittels kurzer Frischgasleitungen an einen Resonanzbehälter und an den Resonanzbehälter ein.Resonanzro.hr angeschlossen sind.

CharaktBrisitk der bekannten technischen Lösungen':

Zur Erhöhung der Zylinderladung sind bereits Frischgasversorgungssysteme bekannt, die die Energie der durch das periodische Saugen d^es Motors erregten Gasschwingungen ausnutzen. Sine solche Lösung stellt die sogenannte Saugrohraufladung dar, die bei der an der Ansaugöffnung jedes'Zylinders· ein Saugrohr (Resonanzrohr) mit einem festgelegten Querschnitt und einer festgelegten Länge angeschlossen ist · 9. Sroome "Saugrohraufladung," (Induction Ram) in Zeitschrift Automobile Engineer (London) Jahrgang 1969, Nr. 4-5. 3ei diesem F.rischgas-Vsrsorgungssystarn verlauft dia durch die Saugwirkung des Motors hervorgerufene Depressionswelle bekanntlich mit annähernder Schallgeschwindigkeit im Rohr entlang und wird' am offenen Röhrende als Druckwelle

24 Λ 1 5 1 5

reflektiert. Sine derartige Reflexion entsteht ,natürlich auch an dem Rohrende, das an der Saugöffnung des Zylinders angeschlossen ist, wobei jedoch die Amplitude der reflektierten Welle von dem momentanen Durchlaßvermögen der Saugöffnung abhängt. Wird die Hin- und Rücklaufzeit der Welle, d^h. die Selbstschwingungszahl der Gassäule mit der Bewegung des Motorkolbens günstig in Einklang gebracht, so erreicht die Druckwelle am Ende des Ansaugtaktes den Zylinder und kann dadurch mit höherem Druck mehr Luft in den Zylinder laden. Die Wellenlaufzeit (Selbstschwingungszahl) wird neben der Verbreitungsgeschwindigkeit (annähernder Schallgeschwindigkeit) durch die zum Hin- und Zurücklauf erforderliche Entfernung, d.h. die. Rohrlänge bestimmt. Somit ist die Rohrlänge eines der wesentlichsten Mittal bei der Abstimmung zur Verbesserung der Frischgasversorgung. Der Rohrquerschnitt ist in erster Linie auf die sich entwickelnde Geschwindigkeit, so im Variaufa des ,instationären Schwingungsvorganges" auf dem Pegel der im Rohr hervorgerufener, kinetischen Energie von Wirkung, der 'in. Abhängigkeit von der gegebenen Aufgabe ebenfalls ein bestimmtes Opriraum besitzt.

Zum. günstigen Ablauf des Vorganges ist natürlich ein "im, wesentlichen konstanter Rohrquerschnitt erforderlich, da die Druckwellen nicht nur von dem offenen oder den sich an die Saugöffnung des Zylinders anschließenden sogenannten geschlossenen oder zum Teil geschlossenen Ende reflektiert werden, sondern an sämtlichen Stellen eine-Reflexion erfolgt, wo sich-der Rohrquerschnitt verändert, d.h. sich erweitert' oder verengt., Auf diese Erscheinung, wird z.3. in der Arbeit von Dr. Ing. H. Seifert "Instationäre Strö- mungsvorgänge' in Rohrleitungen an Verbrsnn-ungskra rtmaschinen (Springer Verlag 1962) auf.Sexta 41 '.hingewiesen. Die eine günstige Arbeitsweise bestimmende Rohrlänge ist demzufolge mit einem konstanten Sohrquerschnitt zu sichern.

244 15 1

Das mit hoher Geschwindigkeit in den einzelnen Abschnitten des Saugrohres (Resonanzrohr) strömende Medium ändert bei Querschnittsveränderungen seine Richtung und strömt zum offenen £nde des Rohres heraus. Dadurch geht die kinetische energie des strömenden. Luftstrahles verloran. In der Praxis bestand bisher keineMöglichkeit diese' ' Verluste zu verhindern.

An den Saugrohrabschnitt mit konstantem Querschnitt kann zwar - als dessen Verlängerung - theoretisch ein darartiger, sich in Richtung des offenen. Rohrendes erweiternder Rohrabschnitt - Diffusor - angesqhlossen werden, der die Rückgewinnung eines Teiles der verlorea^-gehenden kinetischen Energie ermöglicht, jedoch würde, dessen Länge die ohnehin unangenehme große Länge das Saugrohres weiter vergrößern. Dia'durch den sich erweiternden Rohrabschnitt verursachte Längenzunahme würde die konstruktionsmäßige Anordnung des Saugrohres bzw. des.ganzen Frischgas-Ver- ^: sorgungssystems in dem neben dem Motor zur Verfugung stehenden Raum unmöglich machen. In ,der Praxis sind deshalb derartige Konstruktionslösungen nicht zur Anwendung gekommen..

Bekannt ist weiterhin ein System zur Verbesserung der Frischgasversorgung, bei dem zwischen den Saugöffnungen einer bestimmten Zylindergruppe und dem Resonarizrohr ein sogenannten Resonatorbehälter mit einem bestimmten Volumen eingebaut ist - HU-FS ISl 323 und Dc-PS 1 935 155. Hin derartiges Frischgassystam wird als Resonanzsystem ; das Aufladeverfahren selbst als Resonanzaufladung bezeichnet.. Oie.Rssonanzaufladung kann nicht nur oei ansaugenden Motoren vorteilhaft''eingesetzt , sondern auch' als sogennates Rasonanz-Frischgassystam zwischen einer entsprechenden Ladeeinrichtung und. dam Motor eingebaut vierden. Die letztere'Lösuno. zur Aufladung von Brsnnkraft-

lh 4 15 !

maschinen ist unter der Bezeichnung kombinierte Aufladung bekannt. Das im Resonanzsystem strömende Medium wird durch das periodische Ansaugen der an den Rssonatorbehälter angeschlossenen Zylindergruppe erregt_frderen Ansaugtakte sich im wesentlichen nicht überdeckenr Stimmt die Erregungsfrequenz mit der Selbstschwingungszahl des Resonanzsystems überein, entsteht im Frischgassystera eine Resonanz und die verstärkten Gasschwingungen laden die Zylinder des Motors auf. ...

Bei bestimmten Abmessungsverhäitnissen der einzelnen Elemente des Resonanzsystems erhöhen die Gasschwingungen die Aufladung der Zylinder nicht nur bei der Motordrehzahl, bei der eine Resonanz entsteht, sondern werden in einem breiten Drehzahlbereich wirksam - Ge-PS 33G 606 und GB-PS 1 400 059» Die größte Aufladungswirkung wird natürlich bei Eintritt der Resonanz erreicht. Eine vorteilhafte Eigenschaft des Systems besteht darin, daß die Resonanz nicht nur auf hohe- Motordrehzahlen eingestellt werden kann, sondern daß durch eine entsprechende Wahl der Eigsnschwingungszahl des Rssonanzsystems die Frischgasversorgung auch ganz niedrigen Motordrehzahlen verbessert werden kann, ohne daE das System die Arbeitsweise des Motors bei hohen Drehzahlen negativ beeinflußt.

Die Eigenschwingungszahl des im Resonanzsystem strömenden Mediums ist - von der Saugrohraufladung abweichend - nicht allein von der Lange des Resonanzrohres mit konstantem Querschnitt, sondern zusätzlich auch vom Volumen des resonierenden Raumes abhängig, wie' dies von F. Anisits und F. Spinnler in ihrer Arbeit "Entwicklung der kombinierten Aufladung am neuen Sauger-Fahrzeug-Oiesalraotor O 4 KT₁ in der Zeitschrift MTZ,'.. Oahrgang 1978, Nr. 10 dargelegt wird. Die Einhaltung der zur Verwirklichung der gewünschten Eigenschwingungszahl erforderlichen sowie der durch die günstige Apbeitsweise bedingten Aomessungen bzw, Aboiessungs-

244 15 15

Verhältnisse - siehe Oe-PS 330 506 - ist jedoch mit derartigen Auflagen verbunden, die die konstruktionsmäßige Ausgestaltung des Resonanzsystems und seine Anordnung in dem neben dem Motor zur Verfugung stehenden.Raum erschweren. Die konstruktionsmäßige Anordnung der bestimmte Abmessungen aufweisenden Resonatorbehälter insbesondere jedoch der Resonanzrohre wurde zu einer Grundvoraussetzung beim praktischen Einsatz zu deren Lösung zweifellos nützliehe Vorstellungen entwickelt wurden, so z.B. in den HU-PSn 173 034 und 175 875, der US-PS 4 064 696 oder der DS-OS 2 831 985. Obwohl die erwähnten Konstruktionen den neben einem Sechszylinder-Reihenmotor zur Verfugung ste-. henden Raum günstig ausnutzen, kann keine dieser Lösungen an der Tatsache etwas ändern, daß die durch eine günstige Arbeitsweise bedingten Abmessungen ziemlich groß sind.

Demzufolge ist auch der Platzbedarf der sonst günstig aus-' gebildeten Konstruktionen groß, was in zahlreichen Fällen ein Hindernis für die praktische Anwendung werden kann.

Ziel der Erfindung: . ' "" .

Durch die Erfindung werden die genannten Einbau- bzw. Anordnungsschwierigkeiten beseitigt und ein Resonanzsystem vorgeschlagen, das bei niedrigen Herstellungskosten gleichzeitig zur Reduzierung des Motorgevyichtes beiträgt.

Darleauna des' Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgäbe'zugrunde, ein Resonanzrrischgassystsra zu entwickeln, das* auch bei verhinderten Hinbaumaßen dia Frischcasversorgur.g dar-Brennkraftmaschine wirksam.'verbessert . - '

Zur Lösung derAufgabe geht die trfindung davon aus, daß der durchschnittliche Querschnitt des Resonanzrohres und hiermit sämtliche bestimmenden und hinsichtlich der Einbaubarkeit wesentlichen Abmessungen des Resonanzsystems auch ohne Erhöhung der Strömungsverlüste des im i?esonanzrohr mit großer Geschwindigkeit hin und her strömenden Frischgases in bedeutendem Maße vermindert werden kann, wenn der Querschnitt des Resonanzrohres über der ganzen Länge ausgehend von den Rohrenden nicht gleich ist, sondern sich in zunehmenden Maße vermindert. Oder anders ausgedrückt, daß sich der Querschnitt des Resonanzrohres in Richtung der Rohrenden, mindestens jedoch in Richtung des Rohrendes, das am Resonatorbehälter angeschlossen ist, im Vergleich zum kleinsten Rohrquerschnitt erweitert. Durch den sich erweiternden Rohrquerschnitt kann die sich im Resonänzrohr entwickelnde Gasgeschwindigkeit verlangsamen und noch im Rohr ein bedeutender Teil der kinetischen energie der Gassäule zurückgewonnen werden. Weiterhin kann, der aus dem Rohrende in den Behälter austretende Gasstrahl ohne Hinderung auch in die entfernter gelegenen Teile desBehälters gelangen, wobei zu die ser Bewegung der beim Austritt noch zur Verfugung stehende Anteil an kinetischer Energie verwendet wird. Die störende Wirkung der durch den sich in Richtung der Rohrenden erweiternden Querschnitt bedingten sVellenreflexion - die eine Erhöhung der Resonanzrohrwelle von, unerwünschtem Ausmaß bedingen würde - wird dadurch beseitigt, daß das Volumen des resonierenden Raumes wesentlich größer ausgelegt wird als das Volumen des Resonanzrohres. Ein ,verhältnismäßig großes räsonierendes Volumen kann nämlich die in das Resonanzrohr einströmende Gasmenga ohne wesentliche Beschränkung, Kollision oder Drosselung, α.ίτ. ohne einen plötzlichen Druckanstieg aufnehmen. So kommt es an den Rohrenden zu keiner kraftvollen, bestimmenden Charakter tragenden Wellenreflexion, wie z.3. bei der Saug-

244 15 1 .5

rohraufladung, wo die in dem Rohr strömende Gassäule unmittelbar ohne Zwischenschaltung eines Resonatorbehälters mit der Saugöffnung des Zylinders in Berührung kommt. Die geringfügige Wellenreflexion übt auch im Falle eines' veränderlichen Rohrquerschnittes keine bestimmende Wirkung auf die Eigenschwingungszahl des Systems aus, die somit auch weiterhin von der ganzen Rohrlänge - einschließlich der Länge der Rohrabschnitte mit sich erweiterndem Querschnitt - dem durchschnittlichen Rohrquerschnitt und dem resohierenden Volumen abhängig bleibt. So muß - im Gegensatz zu den bisher bekannten Lösungen die für ei'ne günstige Arbeitsweise erforderliche Rohrlänge nicht um die Lange der sich in.Richtung der Rohrenden erweiternden Rohrabschnitte erhöht werden.

Das sVesen der Erfindung besteht demzufolge darin, daß das Resonanzrohr im Anschlußbereich des an den Rssonatorbe-. halter einen sich in Richtung des Resonatorbehälters erweiternden endabschnitt besitzt und der in einer zur Mittellinie des Resonanzrohres senkrechten Ebene liegende Querschnitt des an den Resonatorbehälter angeschlossenen Rohrendes mindestens dem 1,2-fachen des kleinsten Querschnittes des Resonanzrohres entspricht. Der Abstand zwischen dem Resonanzrohranschluß an den Resonatorbehälter und der gegenüberliegenden Behälterwand ist in der Verlängerung der Mittellinie des Rohres gemessen größer- als der Durchmesser des Kreises, der durch den Anschlußquarschnitt des angeschlossenen Resonanzrohrendes gebildet wird. Das Volumen des resoniarenden Raumes entspricht ^ dem 2,5-fachen des Volumens des Resonanzrohres ,Wobei das Volumen des resonierenden. Raumes dia Summe aus dam Volumen das Resonatorbehältars; dsm Volumen der daran angeschloSssnen-. Frisch.gasleitungs-n und dsm auf ainsm Schwingungszyklus, bezogenen durchschnittlichen. Volumen des/ der Zylinder ist, die' während der Zeitdauer des Schvvingungs-

244

zyi<lus über die geöffneten Einlaßventile mit dem Resonatorbehälter verbunden sind.

Sei einer zweckdienlichen Ausführung der Erfindung ist auch das zum Resonatorbehälter gegenüberliegende Rohrende des Resonanzrohres rait einem sich nach auSen hin erweiternden Rohrabschnitt versehen· Der größte Querschnitt des sich erweiternden Rohrabschnittes beträgt wiederum mindestens das 1,2-fache des kleinsten Durchmessers des Resonanzrohres. - ,

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind mehrere Resonanzbehälter vorgesehen, an die die in Zylindergruppen aufgeteilten Zylinder der Brennkraftmaschine angeschlossen sind, An die Resonanzbehälter ist jeweils mindestens ein Resonanzrohr angeschlossen^:. Das zum Re&onanzbehälter entgegengesetzt liegende Ende der Rssonanzrohre ist an einen Ausgleichsbehälter angeschlossen, wobei der Abstand zwischen der Anschlußstelle an den Ausgleichsbehälter und der gegenüberliegenden Behälterwand, in dar . _w. _ _. Resonanzrohres genesen¹ größer

ist als der Durchmesser des Kreises, der durch den Anschlußquerschnitt des Resonanzrohres an den Ausgleichsbehälter gebildet wird. .

Der Ausgleichsbehälter ist vorteilhafterweisa mit der Druckseite einer Aufladeeinrichtung verbunden.

Ausführungsbeispiel: ~

Die, Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeisoiel näher erläutert werden. In 'den·dazugehörigen Zeichnuncen zeicen: .

— Q —

24 4.15 1. 5

Fig. 1: einen Sechszylinder-Viertakt-Reihenmotor ^ . mi-t Turboaufladung und einem die Ladung dar Zylinder verbesserndem bzw. verstärkendem Frischgas-Resonanzsystera im Schnitt;

Fig. 2: eine vergrößerte Darstellung des Anschlusses des Resonanzrohres an den Resonanzbehälter im Schnitt;

Fig. 3: den.Anschluß des Resonanzrohres an den

Ausgleichsbehälter in Schnitt mit vergrößertem Haßstab.

Oer .Verbrannungskolbenmotor nach Fig. 1 ist ein Sechszylinder-Viertakt-Reihenmotor, in dessen Zylindern 1-6 die Kolben 7-12 angeordnet sind. Die Zündfolge der Zylinder ist 1-5-3-6-2-4. Die Ansaugöffnungen bzw. Einlaßventile 13-13 der Zylinder 1-6 sind zur Frischgasversorgung an das Resonanzfrischgassystem angeschlossen. Der Gesamthubraura des Motors beträgt 12 1, d.h. pro Zylinder 2 Liter; die Motorenenndrehzahl beträgt 2200 U/Min. Infolge der Viertakt-Ärbeitsvveise und der vorgenannten Zündfolge entspricht¹ die Zündungsstracke der Zylindergruppen 1/ 2 und 3 sowie 4, 5 und 6 einem Kurbeiwellenverdrshungswinkel von 240 . Der Offenhaltüngswinkel der Ansaugöffnungen 13-18 betragt ebenfalls 240 . Durch diese Anordnung überdecken sich die einzelnen Ansaugperiöden'der Zylinder in den Zylindergruppen 1-3 bzw. 4-6 nicht. Dias bietet die Möglichkeit, dis Ansaugöffnungen 13-15 der Zylinder 1-3 •der Reine nach mittels Frischgasleitungen 19-21 an den Resönatorbehälter .31, d.is Ansaugöffnüngen 15-IS dor Zylinder 4-6 der Reihe nach· mittels-'der Frischga'sleürungen 22-24 an den Resonatorbehälter 32 anzuschließen. Dia Länge der Frischgasleitungen 19-24 gemessen von den Säugöffnungen 13-18 bis zum Anschlußquers.chnitt 25-30 a;n Resonator 31 ·

- ίο -.·

244 IbI b

bzw. 32 beträgt 0,2 m. Sie ist demzufolge kleiner als der sich aus der Bedingung n/1500 = 1,46 m ergebende Wert, wobei η = 2200 U/Min die Nenndrehzahl des Motors und 1500 eine Versuchskonstante ist.

Gegenüber der Behälterwand 49 des Resonatorbehälters 31 mit den Anschlußquerschnitten 25-27 für die Frischgasleitungen 19-21 ist das Rohrende 35 des Resonanzrohres 33 angeschlossen. In analoger Weise ist gegenüber der Behälterwand 50 des Resonatorbehälters 32 das Rohrende 36 des Resonanzrohres 34 angeschlossen. Die Rohrenden 37 und 38 der Resonanzrohre münden in den Ausgleichsbehälter 39, der über die Eintrittsöffnung 40 und das Verbindungsrohr 41 an die Druckseite 42a einer Aufladeeinrichtung 42 angeschlossen ist. Im. vorliegenden Beispiel ist die Aufladeeinrichtung 42 ein Abgas-Turbclader. Es können jedoch auch anders Aufladeeinrichtungen mit abweichender Arbeitsweise verwendet werden.

Die periodische vVauswirku-hcf dsr Zylinder 1-3 versetzt das in den Frischgasleitungen 19-22, im Resonatorbehälter 31 und in dem R'esonanzrohr 33 strömende Frischgas in Schwingungen. Mit Rücksicht darauf, daß die Zündstrecke der an den Resonatorbehälter 31 angeschlossenen Zylinder 1-3 einem Kurbelwellen-Verdrehungswinkel von 240 entspricht, folgt auch die Ansaugwirkung der Kolben 7-9 nacheinander alle 240 , d.h. daS bei den erregten Gasschwingungen die, Zeitdauer je eines Schwingungszyklus einer Winkelverdrehung von 240 unabhängig von der. momentanen Hotοrdrehzahl entspricht. Die während der Zeitdauer der Winkelverdrehung von 240 offenen Absauger?fnungen 13-14 sind also wahrend eines vollständigen Schwingungszykluss-ss , wobei iin Verlaufe je eines. Schwingungszyklusses immer nur einer der drei Zylinder 1-3.mit dem Resonatorbehälter 31 kommuniziert. Im dargestellten Zeitpunkt ζ.S. kommuniziert mit

244 15 1 5

dein Resonatorbehälter 31 über die geöffnete Ansaugöffnung 13' der Zylinder 1. .

In diesem Falle entspricht 2.3« das auf einen ganzen Schwingungszyklus bezogene durchschnittliche Volumen la des Zylinders-1, der mit dem Resonatorbehaltsr 31 über dis geöffnete Ansaugöffnung 13 verbunden ist, dem einfachen algebraischen Mittelwert des momentanen Zylindervoiumens, das sich vom öffnen bis zum Schließen der Ansaugöffnung wahrend einer Winkelverdrehung von 240° bildet.

Wird die Ansaugöffnung 13 kürzer als' eine Schvvingungsperiodendauer geöffnet, beispielsweise anstelle der Dauer*einer '/Vinkei vordre hung von 240° nur für die Oauer einer Winks1-verdrehung von 200 ,'so müßte das sich während der Zeitdauer vom Öffnen bis zum Schließen "der Ansaugöffnung 13 bei einer Winkelverdrehung von 200 ergebende momentane Zylindervolumen berücksichtigt werden, da während der Winkelverdrehung von 40° der Zylinder 1 über die Saugöffnung 13 mit dem Resonatorbehälter 31 nicht mehr verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. ist zu diesem auch der Zylinder 5 über die geöffnete Ansaugöffnung 17 mit dem Resonatorbehaltsr 32 verbunden. Das auf einem ganzen Schvvingungszyklus bezogene durchschnittliche Volumen 5a des Zylinders 5, der über die offene Ansaugöffnung 17 mit dem Resonatorbehälter 32 verbunden ist, entspricht wiederum dem einfachen algebraischen Mittelwert das sich wahrend der i^inkeiverdrehung von ,240 einteilenden momentanen Zylindervolumens.

Ια Verlaufs der praktischen Anwendungen kann auch der Fall eintraten, daß die' Of fnungsdauer. der Ansaugöffnungen 13-18 länger.als ein Schv/inguncszyklus ist. 3e'i vorlio-.gsndesn Ausführungsbeispiel würde dios dann eintreten, wenn 'die,- Ansaugöyrf nungen 13-18. über dis Zeitdauer der VVinkaiverdrehung von 240" ceöff-nat sind. .Virdz.3. eine· Of f-

- 12 -

nungsdauer von 260 gewählt, tritt zwischen den· Ansaugperioden der einzelnen Zylinder 1-6 eine Oberdekcung von 20 auf. Bei der Bestimmung des durchschnittlichen Zylindervolumens ist in diesen Fällen zu berücksichtigen, daS während der "Oberdsckung von 20 , da von den Änsaugöffnungen 13-15 bzw. 15-18 gleichzeitig je zwei geöffnet sind, von den Zylindern 1-3 bzw.." 4-6 je zwei gleichzeitig mit dem Resonatorbehälter 31 bzw. 32 kommunizieren.

Oas vorstehend beschriebene durchschnittliche Zylindervolumen la, das Volumen 19a der Frischgasleitung 19, die Volumina 20a und 21a der auch bei geschlossenen Ansaugöffnungen 14. und 15- mit dem Resonatorbehälter 31 kommunizierenden Frischgasleitungen 20 und 21 und das Volumen 31a des Resonatorbehälters 31 bilden zusammen einen räsonierenden Raum. Oas Volumen V des als Summe der Volumina la, I9a, 20a, 31a und 31a betrachteten resonierenden Raumes beträgt in vorliegendem Ausführungsbeispxel 10 Liter.

Analog hierzu bilden das durchschnittliche Zylindervolumen 5a, das Volumen 23a der Frischgasleitung 23, die Volumina 22a und 24a der auch bei geschlossenen Ansaugöffnungan 16 und 13 mit dem Resonatorbehäiter 32 kommunizierenden Frischgasleitungen 22 und 24 und das Volumen 32 a des Resonatorbehältars 32 gemeinsam einen resonierenden Raum. Das Volumen V des als,Summe der Volumina 5ä, 22a, 23a, 24a und 32a betrachteten resonierendeh Raumes beträgt dem vorstehenden entsprechend 10 Liter. .

Oas mit dem Resonatorbehälter 21 verbundene Resonanzrohr sowie das mit dem Resonatorbehälter 32 verbundene Resonanzrohr 34 sind so ausgebildet, daß sie einen mittleren Rohrabschnitt 43 bzw. 44 mit einem kleineren Querschnitt besitzen, wobei der zahlenmäßige Wert des. kleineren Rohrquerschnittes 43a bzw. 44a in vorliegendem Beispiel 35 cm"" beträgt. Dig Resonanzrohre 33 und 34 haben an ihren beiden

. - 13 -

244151 5

hnden einen sich in Richtung der Rohrenden 35 bzw. 37 bzw. 36, 38 erweiternden Rohrabschnitt 45, 47 bzw. 46, 48. An den Rohrabschnitt 43 des Resonanzrohres 33 mit kleinerem Querschnitt schließt sich demzufolge ein Rohr-? abschnitt 45 mit erweiterndem Querschnitt an. Der Querschnitt 35a des am Resonatorbehälter 31 angeschlossenen Rohrendes 35 ist daher größer als der Querschnitt 43a des mittleren Rohrabschnittes 43. Das dem Resonatorbehälter 31 gegenüberliegende Rohrende 37 ist ähnlich ausgebildet, An den mittleren Rohrabschnitt 43 schließt sich qin Endabschnitt mit einem sich erweiternden Querschnitt 47 an, wobei der Querschnitt 37a des Rohrendes 37 größer ist als der Querschnitt des mittleren Rohrabschnittes

Die Wirkungen der Erweiterung desQuerschnittes des Resonanzrohres 31 treten dann ein, wenn die Größe der Querschnitte 35a bzw. 37a mindestens der? 1,2-fachen des kleineren Rohrquerschnittes 43a entsprechen. Im Interesse des Srreichens der günstigen Wirkung ist es jedoch zweckdienlich eine noch größere Ouerschnittserweiterung zu wählen, In vorliegendem Beispiel sind die Querschnitte 35a bzw. 37a.-1,6raal größer als der Querschnitt 43a. Ihr

zahlenmäßiger Wert beträgt 25,6 cm.. Ober die gleichen Abmessungen bzw. Maßverhältnisse verfügt der Querschnitt 36a bzw, 38a des Rohrendes 36 und des Röhrendes 33 des Resonanzrohrss 34. Das -Resonanzrohr' 34 besitzt ebenfalls Rohrabschnitt 46 ; 48 mit erweiterndem Querschnitt und einen mittleren Rohrabschnitt 44 mit kleinerem ,Querschnitt.

Die Länge des Resonanzrohre 43 und 34 zwischen den Rohrenden 35 und 37 bzw. 36 und 38 ("einschließlich der Längen der sich erweiternden Querschnitte) wurden so gewählt, daß die größte Wirkung des Resonanzfrischgas-Systems zur Verbesserung der Aufladung der· Motorzylinder bei einer Drohzahl eintritt, die niedriger ist als die Hälfte der Motornenndrehzahl. Im. vorliegenden Ausführungsboispiel

244 15 1 5

beträgt sie 1000 U/Min. Mit der Erregungsfrequenz der Ansaugperiaden der Zylinder 1-3 bzw.. 4-6·tritt demgemäß bei dieser ausgewählten Motordrehzahl die Resonanz im Frischgassystem ein. Die erforderliche Länge des Resonanzrohres 33 bzw. 34 beträgt dabei 0,73 m und ihr Gesamtvolumen 33a bzw. 34a von den Querschnitten 35a-37a bzw. 38a, 36a 12 Liter. Die erweiternden Rohrabschnitte 45, 47 bzw. 45, 48 sind kegelförmig ausgebildet und besitzen eine grade Mantellinie. Auf diese Weise ist das Volumen V des resonierenden Raumes 8,4-mal größer als das Volumen 33ä bzw. 34a des Resonanzrohres 33 bzw. 34. Im. I_nteresse der Sicherung einer günstigen Frischgasströmung ist der Resonatorbehälter 31 an der Einmündung des Rohrendes 35 des Resonanzrohres 33 so ausgebildet, daß in der Verlängerung der Mittellinie 55 des Resonanzrohras 33 gemessen der Abstand 56 zwischen dar gegenüberliegenden Behälterwand 49 und dem zur Mittellinie 55 enkrechten kreisförmigen Querschnitt 35a des Rohrendes'35 größer ist aid der Durchmesser des Querschnittes 35a. Im vorliegenden Beispiel beträgt er 0,08 m.

Analog hierzu ist der, Resonanzbehäl-ter 32 . ausgebildet.

Ähnlich ist auch der Ausgleichsbehälter 39 asn Anschluß des Rohrendes 37 des Resonanzrohres 33 ausgebildet. In der Verlängerung-der Mittellinie 55 des Resonanzrohres .33 gsrnessen, ist dar Abstand 57 zwischen der gegenüberliegenden Behälterwand 51 und dem zur Mittellinie. 55 senkrechten kreisförmigen Querschnitt 37a des Röhrendes 37 größer als der Durchmesser des Querschnittes 37a. Im vorliegenden Baispiel beträgt der Abstand 0,08 m. Ähnlich ist der Anschluß des Röhrendes 33 des Resonanzrohres 34,an den. Ausglelchbiihalter ausgebildet. /

Gemäß Fig. 2 zeigt dan Anschluß des Resonanz'rohres 33 an einen Resonatorbehälter 31, der in seiner Formgebung von

244151 5

dem Behälter nach Fig. 1 abweicht« Weder das Rohrende 35 no.ch die gegenüberliegende Behälterwand 49 verlaufen senkrecht zur Mittellinie· 5§ des Resonanzrohras 33. Das Rohrende 35 ist mit einer Abrundung 54 versehen, die bei der Festlegung der Abmessungen nicht berücksichtigt wj^rd. Das Rohrande 35 wird durch die erzeugende Linie der sVand des Resonatorbehälters, die das Rohrende aufnimmt, und durch den erweiternden Rohrabschnitt 45 gebildet, deren extreme Randpunkte die Schnittpunkte 52 und 53 sind. Unter Querschnitt des Rohrendes 35 wird der zur Mittellinie 55 senkrechte, zum Schnittpunkt 52 in einer waagerechten Ebene liegende Querschnitt 35a verstanden, der Abstand zwischen den Rohrenden 35 und der Behälterwand 59 ist die Lange zwischen denr Schnittpunkt der Behälterwand 49 mit der Hittellinie 55 und dem Schnittpunkt der Mittellinie mit der Geraden, die die Schnittpunkte 52 und 53 miteinander verbindet*

Fig. 3 zeigt den Anschluß des Ausgleichbehälters 39 und des Resonanzrohres 33 vergrößert. Das Röhrende 37 ist mit·.' der Abrundung ,58 ausgebildet, ,die bei der Feststellung der Masse außer Acht gelassen und da's Rohrende 37 bis zur erzeugenden Durchdringungslinie der das'Röhrende 37 aufnehmenden Äusglsichsbehälterwand und'des einen sich erweiternden Querschnitt aufweisenden Rohrabschnittss*47 verstanden wird, was durch den Schnittpunkt 59 angezeigt'wird.

Die Verwendung der Frischgasleitungen 19-24 ist keine zwingende Voraussetzung für die Arbeitsweise des Systems, da auch eine Konstruktion möglich ist, bei der'die Ansaugöff- nungen und Querschnitte 13 und 25 bzw. 14 und 26 bzw. 15. , und· 27 zusammenfallen , so daß der Resonatorbehälter 31 unmittelbar an die; Ansaugöffnungen 13-15 der .Zylineer 1-3 und genauso der Rescnatorbahalter 32 unmittelbar an die Säugöffnungen der Zylinder 4-6 anhaschiossen ist. . ,

- 16 -

24415

Vom Ausführungsbaispiel abweichend ist es nicht unbedingt erforderlich, daß sich die Querschnitte der Rohrabschnitte 45, 46, 47 und 48 kontinuierlich erweitern. Eine vorteilhafte Konstruktionslösung kann sich auch ergeben, wenn die gesamte Zunahme des Querschnitts aus mehreren sich erweiternden Abschnitten besteht und zwischen diesen Abschnitten Abschnitte mit konstantem Querschnitt eingefügt sind. Ebenfalls vorteilhaft kann eine Lösung' sein, bei der sich die Querschnittserweiterung der Rohrabschnitts 45, 46, 47 und 48 nicht unmittelbar bis zu den Rohrenden 35, 26, 37 bzw, 38 erstreckt, sondern in deren unmittelbarer Nähe der erweiterte Querschnitt einen annähernd konstanten Wert besitzt. Dadurch wird der Anschluß des Rssonanzrohres 33 und 34 und an den Resonsnzbehälter 31; 32 bzw. an den Ausgleichsbehälter 39 im Hinblick auf die · Konstruktion und die Fertigung einfacher-.

Abweichend vom Ausführungsbeispiel ist es bei Motoren, die ohne Ladevorrichtung arbeiten, und das Frischgas ansaugen unbedingt erforderlich, daß beide Rohrenden 35 und 37 bzw. 36 und 38 der .Resonanzrohre 33 und 34 die gleiche Ausgestaltung haben. Sollte das zum Resonanzbehälter 31 bzw. 32 entgegengesetzt liegende Rohrende 37 bzw. 33 der Rssonanzrohre 33 und 34 unmittelbar in die Umgebung ausmünden, kann auch eine Ausführung vorteilhaft sein, bei' der die: sich erweiternden Rohrabschnitte 45 bzw. 45 nur an den Rohrenden 35 bzw. 3S vorgesehen sind, dia sich an den Resonatorbehälter 31 bzw, 32 anschließen.

Das Rasonanzfrischgas-Systeia nach der £rfindung arbeitet wie folgt:

Infolge der durch die periodische Ansaugwirkung der Zylinder 1-3 hervorgerufenen Erregung, entwickeln sich periodisch üruckänderungen und Oruckschwingungen im resonisrenden Raum, der durch dis Summe des Volumens 31a.des Resonatorbehälters, der Volumina 19a, 20a und 21a der Frisch·

.' - 17 - :

244 15 1 5

gaslsitungen 19, 2.0 und 21 und des auf einen Schwingungszyklus bezogenen durchschnittlichen Volumens la des während der Zeitdauer des Frischgas-Schwingüngszyklus über die offene Saugöffnung 13 kommunizierenden Zylinders - Fig. 1 - gebildet wird. Da die entferntesten Punkte des resonierendsn Raumes - der Resonatorbehälter 31 und der Zylinder la — mit den höchstens eine Länge von n/1500 aufweisenden Frischgasleitungen 19-21 verbunden sind, verändert sich dar Druck im ganzen resonierenden Raum zeitlich in der gleichen Welse, so daß darin keine wesentlichen Phasenverschiebungen Zustandekommen können. Die ,deriodischen Druckänderungen im Resonatorbehälter beschleunigen und verlangsamen das im Rasonanzrohr 33 strömende Frischgas. Unter Einwirkung der Schwingungserregung wird das ^c Frischgas in der ersten Hälfte des Ansaugvorganges in Richtung des Resonanzbehälter 31 beschleunigt und durch die Arbeit der Schwingungssrregung die kinetische Energie des im Resonanzrohr 33 strömenden Frischgases erhöht. Die im Resonanzrohr 33 auf eine große Geschwindigkeit beschleunigte Fr*ischgassäule füllt in. der zweiten Hälfte des Ansaugvorganges den resonierenden Raum in einem Ausmaße auf, daß darin der Druck und hiermit auch die Frischgasladung des Zylinders 1 wesentlich ansteigt. Im Rohrabschnitt 43 mit kleinerem Querschnitt des Resonanzrohres 33, dessen Rohrquerschnitt im Vergleich zu bekannten Ausführungen um 30-70% kleiner ist, entwickelt sich eine sehr hohe Geschwindigkeit, dia auch bei einem verhältnismäßig kurzen Resonanzrohr 33 ausreicht, um den für die entsprechende' Arbeitsweise erforderliche konetischon £nergiespiegel zu erzeugen. Die im Rohrabschnitt 43 entstehende hohe Gasgeschwindigkeit wird am Rohrende 35 in dem sich erweiternden Rohrabschnitt 45 erneut vermindert und so die sehr bedeutende Gasgeschwindigkeit noch vor dem Eintreten in dsn Re-. sonatorbeh'älter 31 wieder in Druck umgewandelt. Dia zur Erzeugung von großen Schvvingu.ngsonergien srfordarlicho Gasgeschwindigkeit geht deshalb beim Eintritt in dsn Reso-

- 18 -

- 13 -

244151 5

natprbehälter 31 nicht verloren, sondern Sonn zum größten Teil zurückgewonnen v/erden, so daß der Strömungsverlust des Resonanz-Frischgas-Systems nicht zunimmt.. Die störende Wirkung der in den erweiternden Rohrabschnitten 45 und 47 auftretenden Wellenreflexion wird dadurch beseitigt, daß man das Volumen V des resanierenden Raumes wesentlich größer als das Volumen des im Resonanzrohr 31 strömenden Frischgäses wählt. Im vorliegenden Beispiel ist das Volumen V des resonierenden Raumes 8 4-mal größer. Infolge der im resonierenden Raum befindlichen bzw. strömenden großen Frischgasmenge kommt es zu keiner sprungartigen Druckänderung. An den Rohrenden 35 bzw. 37 und somit auch an den sich erweiternden Rohrabschnitten 45 bzw. 47 tritt daher eine hinsichtlich ihrer Wirkung zu vernachlässigende Reflexion auf. So kann mit dem keinen konstanten Querschnitt aufweisenden Resonanzrohr 31 eine hinsichtlich der Schwingungen annähernd gleiche Wirkung wie mit den früher bekannten konstanten Querschnitt aufweisenden Rohren er-reicht werden. Die übrigbleibende kinetische Energie des durch das Rohrende 35 austretenden, jedoch bereits verzögerten Frischgases wird zur· Ausfüllung, des räsonierenden Raumes genutzt. Hierfür ist die dem Rohrende 35 gegenüberliegende Behälterwand 49 in einen entsprechenden Abstand vom -Rohrende 35 angeordnet. Die kinetische Energie des aus dem Rohrende 35 austretenden freien Strahles reicht dadurch aus, daß das Frischgas auch in die entfernter gelegenden Teile des Resonatorbehälters 31 gelangt , so daß hierzu keine weiteren - als Verlust auftretenden - Energieaufwendungen erforderlich sind.

Die aufgezeigten Wirkungen können durch eine Verminderungdes minimalen Querschnittes des Resonanzrohres 31 weiter erhöht werden. Die- Möglichkeiten dazu sind umso größer., je größer die Querschnittserweiterung in den sich erweiternden Rohrabschnitt 45. Gewählt· werden kann. Wie durch

244 15 1 5

zahlreich praktische Messungen- nachgewiesen wurde, tritt eine gute Arbeitsweise dann ein, wenn der Querschnitt 35a des in den Resonatorbehälter 31 mündenden. Rohrendes 35 mindestens den 1,2-fachen des minimalen Rohrquerschnittes 43a entspricht oder noch größer ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel konnte bei einer 1,6-fachen Querschnittserweiterung der minimale Querschnitt 43a des Resonanzrohres 31 so vermindert werden, daß zum Erreichen einer Resonanz bei einer ganz niedrigen Motorendrehzahl (1000 U/Min) lediglich ein 0,73 m langes Resonanzrohr 33 erforderlich war. Ein ähnliches Ergebnis konnte mit den bisher bekannten Resonanz-Frischgassystemen nur mit einer um etwa 50 % größeren Rohrlänge erreicht werden."Die am Resonanzrohr erreichte Verminderung der Abmessungen ermöglichte auch die Herabsetzung des Volumens 31a des Resonatorbehälters um etwa 30-40 % im Vergleich zu den bisher bekannten Lösungen. Die Voluraenverminderung darf jedoch kein derartiges Ausmaß annehmen, daß das Volumen V des resonierenden Raumes kleiner als das 2,5-fache des Volumens des angeschlossenen Resonanzrohres 31 wird, da dann die störenden Wirkungen der am erweiterten Rohrabschnitt 45 auftretenden Wellenrsflexionen nicht mehr vermieden werden kann. Ein ähnlicher Umstand tritt auch infolge der durch dis periodische Ansaugwirkung der Zylinder 4-6 hervorgerufenen Schwingungserregung in den Frischgasleitungen 22-24, im Resonatorbehälter·32 und im Resonanzrohr 34.ein.

Das Frischgas' gelängt am Rohrende 37 bzw. 38 in das Resonanzrohr 33 bzw. 34 und wird aus dem Ausgleichsbehälter

39 kommend durch den Turbolader 42 gefördert, wobei es über das Verbindungsrohr 41 durch die Eintrittsöffnung

40 einströmt und derAuslgeichsbehält-er 39 mit seinem großen Volumen die auftretenden Qruckschwankungen dämpft.

- 20 -

Claims

244 15 1 5

E rf i η d u η g s a n s ρ r u c h

1. Resonanz-Frischgassystem zur Verbesserung der Frischgasversorgung von Brennkraftmaschinen, bei dem eine Zylinder* gruppe, deren Änsaugperioden sich gegenseitig im ,wesentlichen nicht überdecken, mit ihren Einlaßöffnungen über Frischgasleitungen, deren Länge höchstens dem Verhältnis von n/1500 - in Meter ausgedrückt - entspricht, wobei η die Nenndrehzahl des Motors pro Minute ist, einzeln an einen Resonatorbehalter angeschlossen sind und an den Resonatorbehälter mindestens ein Frischgas führendes Resonanzrohr angeschlossen ist, gekennzeichnet dadurch, daß das Resonanzrohr (33, 34) mindestens im Bereich des am Resonatorbehälter (31, 32) liegenden Rohrende (35, 36) einen sich, in Richtung des Resonatorbehälters (31, 32) erweiternden Rohrabschnitt (45, 46) besitzt und der in einer zur Mittellinie (55) des Resonanzrohres (33, 34) senkrechten Ebene biegende' Querschnitt (35a, 36a) des an den Resonatorbehalter (31, 32) angeschlossenen Röhrendes (35, 36) mindestens dem 1,2-fachen des kleinsten Querschnittes (43a, 44a) des Resonanzrohres (33, 34) entspricht, während der Abstand (56) zwischen dem an den Resonatorbehälter (-31, 32) angeschlossenen Rohrende (35, 35) und der gegenüberliegenden Behälterwand (49, 50) in der Verlängerung der Mittellinie (55) des Resonanzrohres (33, 34) bemessen größer ist als der Ounahmesser eines Kreises, der durch den Querschnitt (35a, 36a) des angeschlossenen Rohrendes (35, 36) gebildet wird und das Volumen (V) des resonierenden Raumes (la, 19a, 20a, 2la, 31a, bzw. 5a, 22a, 23a, 24a, 32a) mindestens dem 2,5-fachen des Volumens (33a, 34a) des Resonanzrohres :(33, 34) entspricht, wobei das Volumen (V) die Summe aus dem Volumen (31a bzw. 32a) des Resonatorbehälters (31 bzw. 32)., den Volumina (I9a, 20a, 21a bzw. 22a, 23a, 24a), der

.-. - 21 -

24 4 15 1 5

daran angeschlossenen Frischgasleitungen (19, 20, 21 bzw. 22, 23, 24) und dem auf einen Schwingungszyklus bezogenen durchschnittlichen Volumens des Zylinders (1, 5) ist, der während der Zeitdauer des' Frischgasschwingungszyklus über die geöffnete Ansaugöffnung (.13 bzw. 17) mit dem Resonatorbehälter (31, 32) verbunden ist.
2. Frischgassysteni nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, .'daß das Resonanzrohr (33, 34) im Bereich des zum Resonatorbehälters (31, 32) entgegengesetzten Röhrendes (37, 38) einen sich erweiternden Rohrabschnitt (47, 48) aufweist/ und der in einer zur Mittellinie (55) des Resonanzrohres (33f 34) senkrechten Ebene liegender Querschnitt (37a, 38a.) des Rohrendes (37, 38) wiederum mindestens dem 1,2-fachen des kleinsten Querschnittes (43a, 44a) des Resonanzrohres (33, 34) entspricht·
3. Frischgassystem nach einem der Punkte 1, 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Rohrenden (37, 38) der einzelnen Re- sonanzrohre (33, 34) in einen Ausgleichsbehälter (39) münden und der Abstand (57) zwischen den in den Ausgleichsbehälter (39) mündenden Rohrenden (37, 38) und der gegenüberliegenden Behälterwand (51) des Ausgleich- , behälters (39), in der Verlängerung der Hittellinie (55) des Resonanzrohres (33, 34) gemessen, größer ist als der Querschnitt des Kreises, de,r durch den Querschnitt (37a, 38a) des einmündenden Rohrendes (37, 38) gebildet wird.
4. Frischgassystem nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgleichsbehälter (39) an die Druckseite (42a) der Aufladeeinrichtung (42) angeschlossen ist*

- Hierzu 2 Blatt ZaichnUnoen ,- -

- 22 -