-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und insbesondere eine Luftansaugvorrichtung mit einem Leitsystem zur Erzeugung von Gemischbildung in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
Aus der
DE 299 24 529 U1 ist ein Luftansaugsystem mit einem Ansaugkanal bzw. Ansaugkanalunterteil bekannt, welches über einen Zylinderkopfflansch an einem Zylinderkopf angeflanscht ist. Der Zylinderkopf begrenzt einen Brennraum eines Zylinders. Das Ansaugkanalunterteil bildet einen Luftkanal aus, welcher mit dem Einlasskanal im Zylinderkopf in fluidleitender Verbindung steht. Im Einlasskanal des Zylinderkopfes ist eine Trennwand angeordnet, welche den Einlasskanal über eine vorbestimmte Strecke zwischen dem Zylinderkopfflansch und der Einlassöffnung in zwei Kanäle trennt. In dem Ansaugkanalunterteil ist des Weiteren eine Schaltklappe drehbar angeordnet, so dass die Schaltklappe wahlweise in einen offenen Zustand, in welcher ein Querschnitt des Luftkanals und des Einlasskanals vollständig freigegeben ist, und in einen geschlossenen Zustand geschwenkt werden kann, in welcher diese mit ihrem freien Ende an der Trennwand anschlägt und dadurch den unteren Teilkanal verschließt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Luftansaugvorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde einerseits eine Luftansaugvorrichtung mit einem hohen Durchfluss bereitzustellen und andererseits bei Bedarf einen Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Luftansaugvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs aufweisend: wenigstens einen Zylinderkopf eines Zylinders, wenigstens einen Einlasskanal, welcher mit dem Zylinderkopf verbunden ist, und ein Leitsystem, wobei das Leitsystem ein Trennwandelement aufweist, welches zumindest einen Abschnitt des Einlasskanals Bezogen auf den Zylinderkopf in einen ersten oberen Teilkanal und einen zweiten unteren Teilkanal unterteilt und wobei das Leitsystem ein Klappenelement aufweist zum Öffnen und Schließen des ersten oberen Teilkanals.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung ist in dem Zylinderkopf wenigstens ein Einlassventil anordenbar, wobei eine Strömung durch den zweiten unteren Teilkanal des Einlasskanals auf einen hinteren oder inneren Bereich eines Ventiltellers des Einlassventils geführt ist. Hierbei wird ein Tumble oder eine Turbulenz im Zylinderinnenraum erzeugt, welche die Gemischbildung verbessert. Dieser Tumble entsteht im Wesentlichen durch die Kommunikation des unteren Teilkanals mit dem Ventilteller und die Anordnung und Formgebung von Einlasskanal, Kanaltrennung und Einlassventil derart, dass die einströmende Luft am Ende der Kanaltrennung abreißt und über diese Kante in Richtung des hinteren Ventiltellers strömt.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Einlasskanal als Füllkanal ausgebildet, welcher einen möglichst geringen strömungsmechanischen Widerstand aufweist. Dadurch kann bei geöffnetem ersten oberen und zweiten unteren Teilkanal ein großer Durchfluss erzielt werden, welcher insbesondere größer ist als bei herkömmlichen Tumblekanälen, und insbesondere bei hohen Motordrehzahlen von Vorteil ist.
-
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Klappenelement um eine Drehachse schwenkbar ausgebildet und in Positionen schwenkbar, in welchen der erste obere Teilkanal teilweise geöffnet, vollständig geöffnet und vollständig geschlossen ist. Durch das Öffnen und Schließen des ersten oberen Teilkanals kann der Querschnitt dieses Teilkanals und damit insgesamt des Einlasskanals gezielt variiert werden, je nach z. B. Lastzustand.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der zweite untere Teilkanal, während der erste obere Teilkanal mittels des Klappenelements geöffnet oder geschlossen ist, geöffnet. Auf diese Weise kann bei niedrigen Motordrehzahlen ein Tumble im Zylinderinnenraum erzeugt und eine schnellere Verbrennung erzielt werden. Dabei wird die Luft durch den zweiten unteren Teilkanal auf einen hinteren oder inneren Bereich des Ventiltellers des Einlassventils geleitet.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Trennwandelement in der Längsachse des Einlasskanals derart tordiert, dass das Trennwandelement eine waagerechte oder im Wesentlichen waagerechte Kante zum Einlass hin darstellt und somit von einer entsprechend angeordneten Klappe verschlossen werden kann und die Lufteinleitung in den Zylinder zusätzlich zur Tumble-Richtung einen Drall erfährt. Das tordierte Trennwandelement kann bei mehreren Einlasskanälen pro Zylinder gleich- oder gegenläufig angeordnet werden in dem jeweils zugeordneten Einlasskanal. Ebenso kann das tordierte oder plane Trennwandelement in einem Winkel α zur Längsachse des Einlasskanals angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform kann das tordierte oder plane Trennwandelement zusätzlich oder alternativ in der Querachse des Einlasskanals oder in einem Winkel β zur Querachse des Einlasskanals angeordnet sein, um den Einlasskanal in einen oberen und unteren Teilkanal bezogen auf den Zylinderkopf zu unterteilen. Auf diese Weise kann die Luftströmung gezielt durch die entsprechende Positionierung des Trennwandelements durch den Einlasskanal in den Zylinder geführt werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Trennwandelement ein planes oder ebenes Trennwandelement. Dem entsprechend ist das Trennwandelement plan oder eben in dem Einlasskanal angeordnet.
-
INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
-
1 eine Schnittansicht einer Luftansaugvorrichtung mit einem Leitsystem, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei das Leitsystem ein Trennwandelement und ein Klappenelement aufweist, welches in einer Ebene mit dem Trennwandelement angeordnet ist;
-
2 eine Schnittansicht einer Luftansaugvorrichtung mit einem Leitsystem, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Ausführungsform gemäß 1, wobei das Klappenelement des Leitsystems versetzt zu dem Trennwandelement im Einlasskanal angeordnet ist;
-
3 eine Schnittansicht einer Luftansaugvorrichtung mit einem Leitsystem, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Ausführungsform gemäß 1, wobei das Klappenelement des Leitsystems am Umfang des Einlasskanals angeordnet ist;
-
4 eine schematische Ansicht einer Luftansaugvorrichtung mit einem Leitsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei das Trennwandelement tordiert oder gewunden im Einlasskanal vorgesehen ist; und
-
5 ein Diagramm in welchem der Tumble oder die Turbulenz im Zylinder in Abhängigkeit von einem Ventilhub des Einlassventils des Zylinders dargestellt ist.
-
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis von Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
-
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
-
In 1 ist eine Schnittansicht einer Luftansaugvorrichtung 1 mit einem Leitsystem 2 für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
-
Die Luftansaugvorrichtung 1 weist hierbei wenigstens einen Zylinder 3 mit einem Zylinderkopf 4 und einem Zylinderblock 11 auf, in welchem ein Zylinderkolben 14 angeordnet ist. Des Weiteren weist die Luftansaugvorrichtung 1 wenigstens einen Einlasskanal 5 auf, der mit seiner Öffnung 13 in den Zylinderkopf 4 mündet, sowie wenigstens einen Auslasskanal. In dem Zylinderkopf 4 sind des Weiteren wenigstens ein Einlassventil 12 und wenigstens ein Auslassventil (nicht dargestellt) angeordnet, sowie ein Einspritzventil 23 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 34 des Zylinders 3.
-
Der Einlasskanal 5 ist als Füllkanal 6 ausgebildet. Ein Füllkanal 6 ist ein Kanal welcher (im Gegensatz zu einem Tumblekanal oder Drallkanal) einen geringen oder möglichst geringen strömungsmechanischen Widerstand aufweist. Dadurch weist der Einlasskanal 5 einen hohen Durchfluss auf, insbesondere im Vergleich zu Tumble- oder Drallkanälen (wie sie bei aufgeladenen Otto- oder Dieselmotoren üblich sind). Ein hoher Durchfluss wird insbesondere bei hohen Drehzahlen des Motors benötigt.
-
Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung weist das Leitsystem 2 ein Trennwandelement 7 auf, das in dem Einlasskanal 5 derart plan oder eben angeordnet ist, dass es den Einlasskanal 5, bezogen auf den Zylinderkopf 4, in einen ersten oberen Teilkanal 8 und einen zweiten unteren Teilkanal 9 unterteilt.
-
Das Trennwandelement 7 in dem Ausführungsbeispiel in 1 ist z. B. in der Ebene angeordnet, welche durch die Längsachse 26 und die Querachse 18 des Einlasskanal 5 aufgespannt wird. Das Trennwandelement 7 bildet dem entsprechend eine waagerechte Kante 20 zum Einlasskanal 5 (entsprechend der waagerechten Querachse des Einlasskanals). Die in Strömungsrichtung vordere, waagerechte Kante 20 des Trennwandelements 7 erlaubt eine besonders einfache Montage und Betätigung eines im nachfolgenden beschriebenen Klappenelements zum Öffnen und Schließen des ersten oberen Teilkanals.
-
Ebenso kann das Trennwandelement 7 auch zu der Querachse 18 des Einlasskanals 5 in einem Winkel β geneigt angeordnet sein und/oder in einem Winkel α geneigt zu der Längsachse 26 des Einlasskanals 5 angeordnet sein, je nach Funktion und Einsatzzweck. Je nach Neigung des Trennwandelements 7 zur Längsachse 26 des Einlasskanals kann ein Venturieffekt oder eine Düsenströmung erzielt werden.
-
Das Trennwandelement 7 kann somit auch in einer anderen Ebene als der durch die Längsachse 26 und die Querachse 18 des Einlasskanals 5 aufgespannten Ebene angeordnet sein. Die Ebene des Trennwandelements 7 kann dabei die Ebene, die durch die Längsachse 26 und Querachse 18 des Einlasskanals 5 aufgespannt wird, schneiden oder parallel zu diese angeordnet sein, um den Einlasskanal 5 bezogen auf den Zylinderkopf 4 in einen ersten oberen und zweiten unteren Teilkanal aufzuteilen.
-
Eine in Strömungsrichtung hintere Kante oder Abreisskante 10 des Trennwandelements 7 kann so gestaltet sein, dass sie nicht waagerecht endet sondern mit einer Kontur ausgestattet ist, die ein ungleichmäßiges Abreißen der Strömung erzeugt und somit eine der Brennraumgeometrie angepasste Turbulenz erzeugt. Die Abreisskante 10 kann des Weiteren als abgerundete Kante, spitz zulaufende oder abgeschrägte Kante, insbesondere nach unten abgeschrägte oder spitz zulaufende Kante, ausgebildet sein.
-
Die zuvor gemachten Ausführungen zur Anordnung des Trennwandelements 7 sowie zur Ausbildung der Abreisskante 10 gelten auch für alle anderen Ausführungsformen der Erfindung und insbesondere für die in den nachfolgenden 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung.
-
Des Weiteren weist das Leitsystem 2 ein Klappenelement 21 mit einer Drehachse 22 auf, welches derart um seine Drehachse 22 schwenkbar in dem Einlasskanal 5 oder einem mit dem Einlasskanal verbundenen Ansaugkanal (nicht dargestellt) angeordnet ist, dass es den ersten oberen Teilkanal 8 teilweise oder vollständig öffnen und schließen kann, während der zweite untere Teilkanal 9 geöffnet bleibt.
-
Dazu ist das Klappenelement 21 mit seiner Drehachse 22 in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in einer gemeinsamen Ebene mit dem Trennwandelement 7 angeordnet. Das Klappenelement 21 kann hierbei zwischen einer Stellung, in welcher der erste obere Teilkanal 8 vollständig oder im Wesentlichen vollständig geschlossen ist, und einer Stellung, in welcher der erste obere Teilkanal 8 zumindest teilweise geöffnet oder vollständig geöffnet ist geschwenkt werden. Der zweite untere Teilkanal 9 bleibt, während der erste obere Teilkanal 8 mittels des Klappenelements 21 geöffnet oder geschlossen ist, vorzugsweise vollständig oder im Wesentlichen vollständig geöffnet.
-
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Klappenelement 21 in eine Position geschwenkt, in welcher es den ersten oberen Teilkanal 8 beispielsweise nahezu vollständig schließt. Dadurch wird die in den Einlasskanal 5 einströmende Luft, wie mit dem Pfeil X, in 1 gezeigt ist, durch den zweiten unteren Teilkanal 9 geleitet und auf einen hinteren oder inneren Bereich 19 eines Ventiltellers 16 des Einlassventils 12 geleitet. Die hierbei entstehende Zylinderinnenströmung weist einen hohen Tumble bzw. einen hohen Turbulenzgrad auf.
-
Der hohe Tumble im Brennraum des Zylinders 3 bewirkt eine bessere Durchmischung eines Luft/Kraftstoffgemisches und führt damit zu einer schnelleren Verbrennung. Hierdurch können der Kraftstoffverbrauch reduziert und verbesserte Abgaswerte erzielt werden.
-
Indem das Klappenelement 21 den ersten oberen Teilkanal 8 öffnet und schließt kann der Einlasskanal 5 in Form eines Füllkanals 6 eine Ladungsbewegungs-Charakteristik erfahren, ohne dabei seinen hohen Durchfluss einzubüßen. Dies wird erreicht, wie zuvor beschrieben, indem die Verbrennungsluft derart geführt wird, dass diese durch den zweiten unteren Teilkanal 9 auf den hinteren oder inneren Bereich 19 des Ventiltellers 16 des Ventils 12 strömt. Dabei kann das in Strömungsrichtung des Einlasskanals 5 innere Ende des Trennwandelements 7 als Abreißkante 10 dienen.
-
Der Tumble oder die Turbulenz im Zylinder 3 kann beliebig gesteuert und variiert werden und dem entsprechend verschiedene Lastbereiche eines Verbrennungsmotors individuell gesteuert werden, je nachdem in welche Position das Klappenelement 21 geschwenkt wird, um den ersten oberen Teilkanal 8 teilweise oder vollständig zu öffnen und zu schließen.
-
Das Trennwandelement 7 ist in dem Einlasskanal 5 fixiert und beispielsweise mit dem Einlasskanal 5 integral ausgebildet oder als separates Teil beispielsweise in Form eines Leitblechs oder einer Metallplatte in dem Einlasskanal 5 befestigt, wie in 1 angedeutet ist. Hierzu kann das Leitelement 7 als Leitblech oder Metallplatte in eine jeweilige Führung, z. B. eine Rille oder eine Nut, in dem Einlasskanal 5 einschiebbar vorgesehen werden. Die Führung ist dabei auf gegenüberliegenden Seiten der Wand des Einlasskanals vorgesehen zur Aufnahme und Führung des Trennwandelements 7 auf beiden Seiten.
-
In 2 ist des Weiteren eine Schnittansicht einer Luftansaugvorrichtung 1 mit einem Leitsystem 2, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Ausführungsform gemäß 1 gezeigt. Das Ausführungsbeispiel in 2 entspricht im Wesentlichen dem in 1 gezeigten, so dass hierzu auf die Beschreibung zu 1 verwiesen wird, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden. Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem gemäß 1 dadurch, dass das Klappenelement 21 mit seiner Drehachse 22 versetzt zu dem Trennwandelement 7 im Einlasskanal 5 oder einem mit dem Einlasskanal 5 verbundenen Ansaugkanal 31 angeordnet ist zum Öffnen und Schließen des ersten oberen Teilkanals 8. Der Einlasskanal 5 in 2 ist wie der Einlasskanal 5 in 1 als Füllkanal 6 ausgebildet. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel steht in den Einlasskanal 5 ein Teil einer Ventilschaftführung 33. Diese Ventilschaftführung 33 hat jedoch keinen Einfluss darauf, dass der Einlasskanal 5 als solches als Füllkanal 6 ausgebildet ist und kann auch entsprechend derart angeordnet und ausgebildet sein, dass sie nicht in den Einlasskanal 5 steht.
-
Weiter ist in 3 eine Ansicht einer Luftansaugvorrichtung 1 mit einem Leitsystem 2, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Ausführungsform gemäß 1 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Klappenelement 21 mit seiner Drehachse 22 an der Wand oder am Umfang des Einlasskanals 5 oder einem mit dem Einlasskanal 5 verbundenen Ansaugkanal (nicht dargestellt) angeordnet zum Öffnen und Schließen des ersten oberen Teilkanals 8, während der zweite untere Teilkanal 9 geöffnet bleibt.
-
Bei der Ansicht in 3 ist des Weiteren über den Einlasskanal 5 in Form eines Füllkanals 6 zum Vergleich ein Tumblekanal 25 eingezeichnet. Ein solcher Tumblekanal 25 weist einen größeren strömungsmechanischen Widerstand auf, um einen hohen Tumble oder eine hohe Turbulenz zu erzeugen. Dies hat jedoch einen geringeren Durchfluss im Vergleich zu einem Füllkanal 6 zur Folge.
-
Gemäß der Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 3 gezeigt ist, ist der Einlasskanal 5 als Füllkanal 6 ausgebildet und weist einen geringen oder möglichst geringen strömungsmechanischen Widerstand und dem entsprechend einen großen Durchfluss auf. Ein solcher großer Durchfluss wird insbesondere bei hohen Drehzahlen des Motors benötigt, so dass in diesem Fall das Klappenelement 21 in eine Position geschwenkt ist, in welcher der erste obere Teilkanal 8 vollständig oder im Wesentlichen vollständig geöffnet ist. Bei niedrigen Drehzahlen kann das Klappenelement 21 dagegen in eine Position geschwenkt werden, wie in dem Ausführungsbeispiel in 3 illustriert ist, in welchem der erste obere Teilkanal 8 geschlossen ist und die angesaugt Luft durch den zweiten unteren Teilkanal 9 strömt und auf einen inneren oder hinteren Bereich des Ventiltellers des Einlassventils (nicht dargestellt) geführt wird zur Erzeugung einer Zylinderinnenströmung mit einem hohen Tumble. Dies hat den Vorteil, dass eine stärkere Durchmischung des Gemisches im Zylinder 3 und eine schnellere Verbrennung erzielt werden kann.
-
In 4 ist eine schematische Ansicht einer Luftansaugvorrichtung 1 mit einem Leitsystem 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform der Erfindung entspricht dabei im Wesentlichen dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel und unterscheidet sich von diesem durch ein Trennwandelement 7, welches tordiert oder gewunden in dem Einlasskanal 5 angeordnet ist, um den Einlasskanal 5 in den ersten oberen und zweiten unteren Teilkanal 8, 9 zu unterteilen. Es ist somit möglich, die Kanaltrennung in sich zu tordieren.
-
Eine Torsion der Kanaltrennung bietet die Möglichkeit, einerseits mit dem Klappenelement 21 als einer einfachen Regelklappe diesen anzusteuern, andererseits die Verbrennungsluft zusätzlich zur Tumble-Bewegung in einen Drall zu versetzen. Dieser kann bei z. B. zwei Einlassventilen pro Brennraum gleich- oder gegenläufig gerichtet sein.
-
Das Trennwandelement 7 kann hierbei als separates Teil in dem Einlasskanal 5 befestigt sein, Beispielsweise kann das Trennwandelement 7 in entsprechenden Führungen 32, wie z. B. Nuten oder Rillen, die auf gegenüberliegenden Seiten in der Wand des Einlasskanals 5 vorgesehen sind, eingeführt und durch die Führungen 32 in die gewundene oder tordierte Form gezwungen und darin gehalten sein. Eine Führung 32 an der Innenwand des Einlasskanals 5 ist hierbei in 4 mit einer gestrichelten Linie angedeutet.
-
In den zuvor in den 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Trennwandelement 7 dagegen als ebenes oder planes Trennwandelement 7 in dem Einlasskanal 5 angeordnet, wobei hierzu ebenfalls Führungen in Form von z. B. Nuten oder Rillen auf gegenüberliegenden Seiten in der Wand des Einlasskanals 5 vorgesehen werden können zum Führen und Halten des Trennwandelements 7.
-
In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, ist das Klappenelement 21 mit seiner Drehachse 22, wie in dem Ausführungsbeispiel zuvor in 3, am Umfang des Einlasskanals angeordnet zum Öffnen und Schließen des ersten oberen Teilkanals 8. Das Klappenelement 21 mit seiner Drehachse 22 kann jedoch ebenso, ähnlich wie in dem Ausführungsbeispiel in 1, in Längsrichtung des Trennwandelements 7 angeordnet sein oder wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt ist, versetzt zu dem Trennwandelement 7 in dem Einlasskanal 5 oder einem damit verbunden Ansaugkanal angeordnet sein.
-
Bei der Ansicht in 4 ist ebenfalls zusätzlich zum Bessern Verständnis über den Einlasskanal 5, welcher als Füllkanals 6 ausgebildet ist, zum Vergleich ein Tumblekanal 25 eingezeichnet. Wie zuvor beschrieben weist der Einlasskanal 5 als Füllkanal 6, wie er in den Ausführungsbeispielen in den 1 bis 4 eingesetzt wird, einen geringen oder möglichst geringen strömungsmechanischen Widerstand und einen damit verbundenen hohen Durchfluss auf. Ein Tumblekanal 25 wie er beispielhaft in den 3 und 4 zusätzlich zum Vergleich eingezeichnet ist, weist dagegen einen größeren strömungsmechanischen Widerstand und dem entsprechen einen geringeren Durchfluss auf.
-
Wie in dem Ausführungsbeispiel in 4 gezeigt ist, kann beispielsweise bei einer niedrigen Drehzahl das Klappenelement 21 in eine Position geschwenkt werden, in welchem der erste obere Teilkanal 8 geschlossen ist. In diesem Fall wird die angesaugt Luft durch den zweiten unteren Teilkanal 9 geführt und auf einen inneren oder hinteren Bereich des Ventiltellers des Einlassventils (nicht dargestellt) gelenkt. Dies erzeugt eine Zylinderinnenströmung mit einem hohen Tumble, wodurch eine bessere Durchmischung des Gemisches im Zylinder erreicht und eine schnellere Verbrennung erzielt werden kann. Bei hohen Drehzahlen kann das Klappenelement 21 wiederum in eine Position geschwenkt werden, in welcher der erste obere Teilkanal 8 zumindest teilweise geöffneten oder vollständig geöffnet ist. Bei vollständig geöffnetem ersten oberen Teilkanal 8 und dem entsprechend vollständig geöffneten zweiten unteren Teilkanal 9 kann durch den Einlasskanal 5 in Form eines Füllkanals 6 ein großer Durchfluss bereitgestellt werden und insbesondere ein größerer Durchfluss als bei einem Tumblekanal 25.
-
In 5 ist ein Diagramm gezeigt, welches den Verlauf des Tumblegrads oder Turbulenzgrads durch eine jeweilige Luftansaugvorrichtung erzeugt zeigt.
-
Eine Luftansaugvorrichtung ist dabei eine herkömmliche Luftansaugvorrichtung mit einem Einlasskanal in Form eines Tumblekanals und erzeugt eine Kurve 30.
-
Die andere Luftansaugvorrichtung ist wiederum eine Luftansaugvorrichtung beispielsweise gemäß der in 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Einlasskanal als Füllkanal ausgebildet ist und durch das Trennwandelement in den ersten oberen Teilkanal und den zweiten unteren Teilkanal unterteilt ist, wobei der erste obere Teilkanal mittels des Klappenelements geöffnet und geschlossen werden kann, während der zweite untere Teilkanal stets geöffnet bleibt. Diese Luftansaugvorrichtung erzeugt die Kurven 27 und 28.
-
Wie aus dem Diagramm hervorgeht kann ein schneller hoher Tumble oder eine schnell auftretende hohe Turbulenz im Zylinderinneren bei der Luftansaugvorrichtung gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform dadurch erzeugt werden, indem das Klappenelement in eine Position geschwenkt wird, in welcher der erste obere Teilkanal vollständig geschlossen ist, wie die Kurve 27 zeigt.
-
Dies ist beispielsweise bei niedrigen Drehzahlen des Motors von Vorteil. Hierbei wird, wie zuvor beschrieben, die angesaugte Luft durch den zweiten unteren Teilkanal geleitet und zu dem hinteren oder inneren Bereich des Ventiltellers des Einlassventils geführt. Dadurch kann eine Zylinderinnenströmung mit hohem Tumble und eine damit verbundene schnellere Verbrennung erzielt werden, sowie bessere Abgaswerte.
-
Wird das Klappenelement des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in eine Position geschwenkt in welcher der erste obere Teilkanal teilweise geschlossen ist, so wird ein schneller aber niedrigerer Tumble oder eine schnell auftretende aber niedrigere Turbulenz im Zylinder erzeugt, wie die Kurve 28 zeigt. In diesem Fall strömt die angesaugte Luft durch den teilweise geöffneten ersten oberen Teilkanal und durch den offenen oder vollständig geöffneten zweiten unteren Teilkanal.
-
Wird das Klappenelement des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in eine vollständig geöffnete Position geschwenkt, in welcher neben dem zweiten unteren Teilkanal auch der erste obere Teilkanal vollständig geöffnet ist, so wird ein großer Durchfluss und ein geringer Tumble erreicht, wie die Kurve 29 zeigt. Der Durchfluss des als Füllkanal ausgebildeten Einlasskanals (Kurve 29) ist größer als der Durchfluss des als Tumblekanal ausgebildeten Einlasskanals der herkömmlichen Luftansaugvorrichtung (Kurve 30). Die Kurve 30 der herkömmlichen Luftansaugvorrichtung zeigt, dass die Luftansaugvorrichtung mit ihrem Einlasskanal in Form eines Tumblekanals einen Tumble erzeugt, der später auftritt und geringer ist als der Tumble, welcher bei geschlossenem ersten zweiten Teilkanal des Ausführungsbeispiels der Erfindung (Kurve 27) erzielt wird.
-
Wie die Kurven 27, 28 und 29 des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zeigen, kann mittels des Leitsystems, welches ein Trennwandelement und ein schwenkbares Klappenelement aufweist, zum Öffnen und Schließen des ersten oberen Teilkanals, der Tumble oder die Turbulenz im Zylinderinnenraum sowie der Durchfluss des Einlasskanals beliebig variiert und an unterschiedliche Betriebszustände, wie z. B. unterschiedliche Lastzustände, geeignet angepasst werden.
-
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann eine Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, die in der Lage ist, mittels des Leitsystems eine äußerst hohe Turbulenz in der Brennkraftmaschine zu erzeugen und durch die besondere Art der Anströmung des Zylinders, d. h. das Anströmen des hinteren oder inneren Bereichs des Ventiltellers des Einlassventils, in der Brennkraftmaschine sowohl einen sehr hohen Durchfluss als auch sehr hohe Turbulenzgrade zu erzeugen.
-
Ausführungsformen der Erfindung wirken sich insbesondere positiv auf die Optionen Füllung und Turbulenz im Brennraum aus und erlauben hierbei eine schnellere Verbrennung von Kraftstoff und dadurch eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, sowie verbesserte Abgaswerte.
-
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Luftansaugvorrichtung mit Leitsystem sind in der Lage, ein weites Spektrum von Füllungen und eine eine Gemischbildung fördernde Turbulenz zu erzeugen, wie auch in dem Diagramm in 5 zuvor gezeigt ist. Durch das Zusammenwirken beispielsweise von Klappenelement, Kanalführung und/oder Ventilanordnung kann strömungsmechanisch eine sehr variable Anordnung möglicher Kanalgeometrien bereitgestellt werden.
-
Durch die Interaktion zwischen zweitem unterem Teilkanal und hinterem Bereich des Ventiltellers in Ausführungsformen der Erfindung kann durch das Schließen des oberen ersten Teilkanals mittels des Klappenelements einerseits ein höheres Tumble- oder Turbulenzniveau und andererseits durch zusätzliches Öffnen des ersten oberen Teilkanals ein höherer Durchflussbeiwert erzielt werden. Zudem ist eine Änderung des Füllungskanals zugunsten einer höheren Turbulenz (zu Lasten der Füllung) nicht notwendig.
-
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Luftansaugvorrichtung mit Leitsystem verwenden einen Füllungskanal als Einlasskanal. Dieser erzielt bei geöffnetem Klappenelemente und damit bei geöffneten ersten oberen und zweiten unteren Teilkanälen eine sehr hohe Füllung. Bei geschlossenem Klappenelement und damit geschlossenem oberen ersten Teilkanal erzeugt die Abrisskante des Trennwandelements zusammen mit dem zweiten unteren Teilkanal eine Düsenströmung, die auf den hinteren Bereich des Ventiltellers gerichtet ist, und so eine hohe Turbulenz im Brennraum erzeugt.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsformen auch miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale hiervon.
-
Insbesondere können bei mehreren Einlasskanälen die Trennwandelemente alle plan bzw. eben oder tordiert in dem zugeordneten Einlasskanal angeordnet sein oder verschiedene Trennwandelemente, wie wenigstens ein plan bzw. eben angeordnetes und wenigstens ein tordiert oder gewunden angeordnetes Trennwandelement, in dem jeweils zugeordneten Einlasskanal vorgesehen werden. Des Weiteren können alle Trennwandelemente, wie plane bzw. ebene und/oder tordierte bzw. gewundene, bei mehreren Einlasskanälen in derselben Ebene im jeweils zugeordneten Einlasskanal angeordnet sein oder in verschiedenen Ebenen und beispielsweise einen unterschiedlichen Winkel α zur Längsachse des Einlasskanals und/oder eine unterschiedlichen Winkel β zur Querachse des Einlasskanals aufweisen. Des Weiteren können bei mehreren Einlasskanälen wenigstens zwei tordierte Trennwandelemente in dem jeweils zugeordneten Einlasskanal vorgesehen werden. Die Trennwandelemente können hierbei dieselbe Tordierung oder Windung oder eine gegenläufige Tordierung oder Windung aufweisen. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung und insbesondere die in den 1–4 gezeigten Ausführungsbeispiele
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Luftansaugvorrichtung
- 2
- Leitsystem
- 3
- Zylinder
- 4
- Zylinderkopf
- 5
- Einlasskanal
- 6
- Füllkanal
- 7
- Trennwandelement
- 8
- erster oberer Teilkanal
- 9
- zweiter unterer Teilkanal
- 10
- Abreisskante oder hintere Kante des Trennwandelements
- 11
- Zylinderblock
- 12
- Einlassventil
- 13
- Öffnung (Einlasskanal)
- 14
- Zylinderkolben
- 16
- Ventilteller
- 18
- Horizontale (Einlasskanal)
- 19
- hinterer oder innerer Bereich des Ventiltellers
- 20
- vordere Kante des Trennwandelements
- 21
- Klappenelement
- 22
- Drehachse
- 23
- Einspritzventil
- 24
- Wandung
- 25
- Tumblekanal bzw. Turbulenzkanal
- 26
- Längsachse (Einlasskanal)
- 27
- erste Kure
- 28
- zweite Kurve
- 29
- dritte Kurve
- 30
- vierte Kure
- 31
- Ansaugkanal
- 32
- Führung
- 33
- Ventilschaftführung
- 34
- Brennraum
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
