DE102011014541B4

DE102011014541B4 - Luftzufuhrelement für eine Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Fertigen eines Luftzufuhrelements

Info

Publication number: DE102011014541B4
Application number: DE102011014541.9A
Authority: DE
Inventors: Isa Bisse
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-03-19
Filing date: 2011-03-19
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2031-03-20
Also published as: DE102011014541A1; WO2012126573A1

Abstract

Luftzufuhrelement für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, mit einem Gehäuse (12), welches wenigstens zwei Auslässe (38) aufweist, die jeweiligen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet sind, um über sie den Zylindern angesaugte Verbrennungsluft zuzuführen, wobei in dem Gehäuse (12) des Luftzufuhrelements (10) und einstückig mit diesem ein Kanal (22) ausgebildet ist, über welchen Leckagegas aus einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine den Zylindern zuführbar ist, wobei der Kanal (22) wenigstens eine zumindest einem der Auslässe (38) zugeordnete Durchtrittsöffnung (28, 30, 32, 34) aufweist,und wobei das Gehäuse (12) eine Vorkammer (14) und einen die Auslässe (38) bereitstellenden Austrittsraum (18) bildet, welche durch eine Schwelle (16) voneinander abgegrenzt sind, wobei der Kanal (22) in dem die Schwelle (16) bildenden Material angeordnet ist,dadurch gekennzeichnet, dasseine jeweilige Durchtrittsöffnung (28, 30, 32, 34) in Strömungsrichtung des Leckagegases durch den Kanal (22) gesehen zwischen jeweils zwei Auslässen (38) angeordnet ist und/oder eine in Strömungsrichtung des Leckagegases durch den Kanal (22) gesehen erste Durchtrittsöffnung (28) des Kanals (22) kleiner ist als eine stromabwärts angeordnete zweite Durchtrittsöffnung (30).

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftzufuhrelement für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs. Ein Gehäuse des Luftzufuhrelements weist wenigstens zwei Auslässe auf, die jeweiligen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet sind. Bei an einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine angeordnetem Luftzufuhrelement kann über die Auslässe den Zylindern angesaugte Verbrennungsluft zugeführt werden. In dem Gehäuse des Luftzufuhrelements und einstückig mit diesem ist ein Kanal ausgebildet, über welchen Leckagegas aus einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine den Zylindern zuführbar ist. Hierbei weist der Kanal wenigstens eine Durchtrittsöffnung auf, welche zumindest einem der Auslässe zugeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fertigen eines solchen Luftzufuhrelements.
Die DE 101 31 004 A1 beschreibt eine Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäusegasentlüftung, welche ein Gehäuse mit mehreren Saugkanälen und eine Kanalstruktur für die Einleitung des rückgeführten Kurbelgehäusegases umfasst. Teile der Kanalstruktur sind durch eine als gesondertes Bauteil hergestellte Trennwand gebildet, wobei die Trennwand für jeden Saugkanal eine gesonderte Zuführung ausbildet.
Die DE 40 38 509 C2 beschreibt einen Ansaugverteiler aus Kunststoff, welcher zu seiner Befestigung an einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine einen Anschlussflansch aufweist. In dem Anschlussflansch enden Ansaugrohre, welche von einem gemeinsamen Sammelraum des Ansaugverteilers ausgehen. Jedes Ansaugrohr ist einem Einlassventil eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet, so dass bei an dem Zylinderkopf angebrachtem Ansaugverteiler die Einlassventile über die Ansaugrohre mit angesaugter Verbrennungsluft beaufschlagt werden können. In den Anschlussflansch ist versetzt zu den Ansaugrohren und senkrecht zu diesen ein durchgehender Kanal gebohrt, von welchem aus Querbohrungen in jeweils ein Ansaugrohr münden. In den Kanal werden Leckagegase aus einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine eingebracht, welche dann über die Durchtrittsöffnungen in die jeweiligen Ansaugrohre eintreten können.
Des Weiteren ist aus der EP 0 251 159 A2 eine Ansaugeinrichtung bekannt, an deren Gehäuse vier Ansaugrohre angeordnet sind, welche jeweiligen Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine zugeordnet sind. In dem Gehäuse ist des Weiteren mittels einer Schraube eine Rohrleitung befestigt, welche Leckagegas aus dem Kurbelgehäuse in die aus den Ansaugrohren austretende Ansaugluft zurückführt. Die Rohrleitung weist je Ansaugrohr eine Öffnung auf, wobei in Strömungsrichtung des Leckagegases durch die Rohrleitung gesehen der Durchmesser der Öffnungen von einem Ansaugrohr zum nächsten hin zunimmt.
Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Ansaugvorrichtungen für Verbrennungsluft hat es sich als schwierig herausgestellt, die gewünschte gleichmäßige Verteilung der Leckagegase auf die Zylinder auch tatsächlich zu erreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Luftzufuhrelement der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Fertigen eines solchen Luftzufuhrelements zu schaffen, welches eine besonders gleichmäßige Verteilung des Leckagegases auf die Zylinder ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Luftzufuhrelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Pateritansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Luftzufuhrelement bildet das Gehäuse eine Vorkammer und einen die Auslässe bereitstellenden Austrittsraum. Die Vorkammer und der Austrittsraum sind durch eine Schwelle voneinander abgegrenzt, wobei der Kanal in dem die Schwelle bildenden Material angeordnet ist. Durch das Vorsehen der Schwelle sichergestellt, dass das Gehäuse ausreichend Material aufweist, um in dem Material des Gehäuses den Kanal überhaupt auszubilden zu können. Darüber hinaus sorgt die Strömungsfügung der angesaugten Verbrennungsluft aus der Vorkammer über die Schwelle in den Austrittsraum dafür, dass der Luftstrom der angesaugten Verbrennungsluft beruhigt ist, wenn er durch die Auslässe hindurchtritt. Beim Überstreichen der Schwelle nimmt die Ansaugluft zudem die aus den Durchtrittsöffnungen des Kanals austretenden Leckagegases mit, so dass ein besonders gleichmäßiger Eintrag des Leckagegases in die Zylinder erreicht wird.
Zugleich ist die Fertigung des Kanals besonders aufwandsarm, da nicht eine Rohrleitung in die Ansaugvorrichtung montiert zu werden braucht. Wenn das Luftzufuhrelement eine in der Vorkammer angeordnete Drosselklappe aufweist, ist zudem durch den stromabwärts der Drosselklappe vorgesehenen Eintrag des Leckagegases in die Verbrennungsluft sichergestellt, dass es auch bei sehr kalter Außentemperatur nicht zu einem Vereisen der Drosselklappe kommt, wenn mit dem Leckagegas Wasser mitgeführt wird.
Um eine besonders gute Verteilung der Leckagegase auf die Auslässe zu erreichen, ist eine jeweilige Durchtrittsöffnung in Strömungsrichtung des Leckagegases durch den Kanal gesehen zwischen jeweils zwei Auslässen angeordnet. Insbesondere, wenn die Durchtrittsöffnung mittig zwischen den Auslässen angeordnet ist, ist ein besonders gleichmäßiges Zumischen des Leckagegases zu der Verbrennungsluft erreichbar.
Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass eine in Strömungsrichtung des Leckagegases durch den Kanal gesehen erste Durchtrittsöffnung des Kanals kleiner ist als eine stromabwärts angeordnete zweite Durchtrittsöffnung. Durch diese abgestufte Ausbildung der Durchtrittsöffnungen kann sichergestellt werden, dass auch unterschiedlich weit vom Einlass in den Kanal beabstandeten Auslässen über die diesen zugeordnete Durchtrittsöffnung eine jeweils gleich große Menge Leckagegas zugeführt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kanal in einem den Auslässen nahen Fußbereich der Schwelle angeordnet. Hier ist besonders viel Material zum Ausbilden der Schwelle vorhanden. Des Weiteren befinden sich so die Durchtrittsöffnungen besonders nahe an dem jeweiligen Auslass, so dass das Leckagegas erst unmittelbar vor dem Austreten aus dem jeweiligen Auslass in die den Zylindern zugemessene Verbrennungsluft eingebracht wird.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn in einem Bodenbereich des Austrittsraums auf der Höhe der Durchtrittsöffnung eine Vertiefung vorgesehen ist, welche zum vorübergehenden Sammeln einer gegebenenfalls mit dem Leckagegas mitgeführten Flüssigkeit ausgebildet ist. Dann tritt nämlich eine solche Flüssigkeit nicht unmittelbar zusammen mit dem Leckagegas über die Auslässe in die Zylinder der Verbrennungskraftmaschine ein. Vielmehr wird die Flüssigkeit aus der Vertiefung den Auslässen nach und nach zugeführt. Insbesondere kann die Flüssigkeit bei warmgelaufener Verbrennungskraftmaschine verdampfen und dann so über die Auslässe in die Zylinder eintreten, dass die Verbrennung besonders gleichmäßig verläuft.
Besonders solide, beständig und exakt lässt sich gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Gehäuse als Gussbauteil fertigen. Hierbei kann Sandgießverfahren oder ein Kokillengießverfahren zum Einsatz kommen, wobei als Werkstoff für das Gussbauteil eine Aluminiumlegierung vorteilhaft ist.
Bevorzugt sind der Kanal und die Durchtrittsöffnungen in dem Gießverfahren gebildet, durch welches das Gehäuse des Luftzufuhrelements bereitgestellt wird. Es kann so ein Bearbeitungsschritt zum gesonderten Herstellen des Kanals oder der Durchtrittsöffnungen entfallen, was besonders kostengünstig ist.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind der Kanal und die Durchtrittsöffnungen durch ein spanabtragendes Verfahren gebildet. Es können so äußerst geringe Abweichungen der Lage und der Maße des Kanals und der Durchtrittsöffnungen von jeweiligen Solllagen und Sollmaßen erreicht werden. Der Kanal und die Durchtrittsöffnungen können insbesondere durch Bohren in der Schwelle ausgebildet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fertigen eines Luftzufuhrelements für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs wird ein Gehäuse gebildet, welches wenigstens zwei Auslässe aufweist. Über die Auslässe ist angesaugte Verbrennungsluft jeweiligen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine zuführbar. In dem das Gehäuse des Luftzufuhrelements bereitstellende Material wird ein Kanal ausgebildet, über welchen Leckagegas aus einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine den Zylindern zuführbar ist. In den Kanal wird wenigstens eine zumindest einem der Auslässe zugeordnete Durchtrittsöffnung eingebracht. Aus dem das Gehäuse bereitstellenden Material werden eine Vorkammer, ein die Auslässe bereitstellender Austrittsraum sowie eine Schwelle gebildet, welche die Vorkammer von dem Austrittsraum abgrenzt. Der Kanal wird in dem die Schwelle bildenden Material ausgebildet.
Die für das erfindungsgemäße Luftzufuhrelement beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Fertigen eines Luftzufuhrelements.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines zur Anbringung an einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen Saugrohrs, wobei in einem Gehäuse des Saugrohres ein Kanal mit Durchtrittsöffnungen vorgesehen ist, über welche die Zylinder der Verbrennungskraftmaschine gleichmäßig mit Leckagegas aus dem Kurbelgehäuse beaufschlagt werden können;
2 das teilweise geschnittene Saugrohr gemäß 1, wobei der Schnitt durch den Kanal verläuft, welcher in einem Gießverfahren hergestellt ist;
3 eine weitere teilweise geschnittene Ansicht des Saugrohrs gemäß 1, wobei der Kanal und die in diesem vorgesehenen Durchtrittsöffnungen durch Bohren hergestellt sind; und
4 in einer Schnittansicht einen Bereich des Saugrohrs, in welchem Auslässe zu den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sind.

Ein Saugrohr 10, welches als Aluminium-Gussbauteil ausgebildet ist, dient dem Zuführen von Verbrennungsluft zu (nicht gezeigten) Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Durch ein Gehäuse 12 des Saugrohrs 10 ist eine im Querschnitt im Wesentlichen runde Vorkammer 14 gebildet, über welche die angesaugte Verbrennungsluft in das Saugrohr 10 eintritt. Die Verbrennungsluft überströmt dann eine Schwelle 16 und gelangt beruhigt in einen Austrittsraum 18, von welchem aus Auslässe 38 (vgl. 4) zu (vorliegend fünf) Zylindern führen, wenn das Saugrohr 10 am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine befestigt ist. Eine in den Austrittsraum 18 hineinreichende Nase 36, welche ein Stück weit von der Schwelle 16 beabstandet ist, sorgt zusätzlich für eine Vergleichmäßigung der Strömung in dem Austrittsraum 18.
Über eine gerade Bohrung 20 werden Leckagegase oder Durchblasgase, welche auch als Blow-by-Gase bezeichnet werden, aus dem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine in das Saugrohr 10 geführt. Die Bohrung 20 mündet in einen senkrecht zu dieser verlaufenden Kanal 22, welcher in einem Fußbereich 24 der Schwelle 16 ausgebildet ist. Über einen Anschluss 25 ist ein (nicht gezeigter) Entlüftungsschlauch an die Bohrung 20 anschließbar, durch welchen die Leckagegase aus dem Kurbelgehäuse geleitet werden.
Das Gehäuse 12 des Saugrohrs 10 umfasst fünf Befestigungsaugen 26 zum Festlegen des Saugrohrs 10 am Zylinderkopf. Auf der Höhe eines jeweiligen Befestigungsauges 26 ist ein Auslass 38 für die angesaugte Verbrennungsluft angeordnet, so dass fünf Auslässe 38 für die vorliegend fünf Zylinder vorgesehen sind (vgl. 4).
Jeweils zwei Auslässen 38 ist eine Durchtrittsöffnung 28, 30, 32, 34 zugeordnet (vgl. 2), über welche das aus dem Kurbelgehäuse stammende Leckagegas aus dem Kanal 22 austreten und sich mit der aus dem Auslass 38 ausströmenden Verbrennungsluft vermischen kann. Die vorliegend vier Durchtrittsöffnungen 28, 30, 32, 34 weisen abgestufte durchströmbare Querschnitte auf, wobei die der Bohrung 20 am nächsten gelegene Durchtrittsöffnung 28 die kleinste und die am weitesten stromabwärts angeordnete Bohrung 34 am größten ist. Dadurch ist sichergestellt, dass auch aus dem Auslass 38, welcher der am weitesten stromabwärts angeordneten Durchtrittsöffnung 34 zugeordnet ist, eine gleichgroße Menge an Leckagegas heraus in den Zylinder eintritt, wie aus dem der ersten Durchtrittsöffnung 28 zugeordneten Auslass 38 heraus.
Um die in 2 gezeigte Ausführungsform des Saugrohrs 10 zu erhalten, werden beim Gießen des Saugrohrs 10 in einem Sandguss- oder einem Kokillengussverfahren sowohl der Kanal 22 als auch die Durchtrittsöffnungen 28, 30, 32, 34 ausgebildet. Dies ist besonders aufwandsarm.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform des Saugrohrs 10 ist der Kanal 22 nicht im Gießverfahren gebildet, sondern der Kanal 22 wird nach dem Ausbilden der Schwelle 16 durch Einbringen einer Bohrung in den Fußbereich 24 der Schwelle 16 angelegt. Ebenso sind die in ihrer Größe abgestuften Durchtrittsöffnungen 28, 30, 32, 34 nachträglich durch Bohren in das Gussbauteil eingebracht. Ansonsten entspricht die in 3 gezeigte Ausführungsform der in 2 gezeigten Ausführungsform des Saugrohrs 10.
Insbesondere aus 4 geht hervor, dass jeweils eine Durchtrittsöffnung 28, 30, 32, 34 in Strömungsrichtung des Leckagegases durch den Kanal 22 gesehen mittig zwischen jeweils zwei Auslässen 38 angeordnet ist. Dadurch lässt sich eine besonders gute Verteilung der Leckagegase auf die Auslässe 38 und somit auf die Zylinder erreichen. Zudem ist in einem Bodenbereich des Austrittsraums 18 auf der Höhe jeder Durchtrittsöffnung 28, 30, 32, 34 und unmittelbar unterhalb derselben eine jeweilige Vertiefung 40 vorgesehen. Die Vertiefung 40 befindet sich also auch jeweils zwischen zwei Auslässen 38. Sie sorgt dafür, dass sich hier mit dem Leckagegas mitgeführte Flüssigkeiten sammeln können, so dass diese erst allmählich und nicht abrupt über die Auslässe 38 in die Zylinder eintreten.

Claims

Luftzufuhrelement für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, mit einem Gehäuse (12), welches wenigstens zwei Auslässe (38) aufweist, die jeweiligen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet sind, um über sie den Zylindern angesaugte Verbrennungsluft zuzuführen, wobei in dem Gehäuse (12) des Luftzufuhrelements (10) und einstückig mit diesem ein Kanal (22) ausgebildet ist, über welchen Leckagegas aus einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine den Zylindern zuführbar ist, wobei der Kanal (22) wenigstens eine zumindest einem der Auslässe (38) zugeordnete Durchtrittsöffnung (28, 30, 32, 34) aufweist, und wobei das Gehäuse (12) eine Vorkammer (14) und einen die Auslässe (38) bereitstellenden Austrittsraum (18) bildet, welche durch eine Schwelle (16) voneinander abgegrenzt sind, wobei der Kanal (22) in dem die Schwelle (16) bildenden Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Durchtrittsöffnung (28, 30, 32, 34) in Strömungsrichtung des Leckagegases durch den Kanal (22) gesehen zwischen jeweils zwei Auslässen (38) angeordnet ist und/oder eine in Strömungsrichtung des Leckagegases durch den Kanal (22) gesehen erste Durchtrittsöffnung (28) des Kanals (22) kleiner ist als eine stromabwärts angeordnete zweite Durchtrittsöffnung (30).
Luftzufuhrelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (22) in einem den Auslässen (38) nahen Fußbereich (24) der Schwelle (16) angeordnet ist.
Luftzufuhrelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Durchtrittsöffnung (28, 30, 32, 34) in Strömungsrichtung des Leckagegases durch den Kanal (22) gesehen mittig zwischen den jeweils zwei Auslässen (38) angeordnet ist.
Luftzufuhrelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bodenbereich des Austrittsraums (18) auf der Höhe der Durchtrittsöffnung (28, 30, 32, 34) eine Vertiefung (40) vorgesehen ist, welche zum vorübergehenden Sammeln einer gegebenenfalls mit dem Leckagegas mitgeführten Flüssigkeit ausgebildet ist.
Luftzufuhrelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) als Gussbauteil ausgebildet ist.
Luftzufuhrelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (22) und die Durchtrittsöffnungen (28, 30, 32, 34) in dem Gießverfahren gebildet sind.
Luftzufuhrelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (22) und die Durchtrittsöffnungen (28, 30, 32, 34) durch ein spanabtragendes Verfahren gebildet sind.
Verfahren zum Fertigen eines Luftzufuhrelements (10) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, bei welchem ein Gehäuse (12) gebildet wird, welches wenigstens zwei Auslässe (38) aufweist, über welche angesaugte Verbrennungsluft jeweiligen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine zuführbar ist, wobei in dem das Gehäuse (12) des Luftzufuhrelements (10) bereitstellenden Material ein Kanal (22) ausgebildet wird, über welchen Leckagegas aus einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine den Zylindern zuführbar ist, und wobei in den Kanal (22) wenigstens eine zumindest einem der Auslässe (38) zugeordnete Durchtrittsöffnung (28, 30, 32, 34) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem das Gehäuse (12) bereitstellenden Material eine Vorkammer (14) und ein die Auslässe (38) bereitstellender Austrittsraum (18) gebildet werden, sowie eine die Vorkammer (14) von dem Austrittsraum (18) abgrenzende Schwelle (16), wobei der Kanal (22) in dem die Schwelle (16) bildenden Material ausgebildet wird.