DE102019100774A1

DE102019100774A1 - Einstückiger Ansaugkrümmer

Info

Publication number: DE102019100774A1
Application number: DE102019100774.7A
Authority: DE
Inventors: Christopher Donald Wicks
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2019-07-18
Also published as: CN110043402A; US20190219008A1; US10815945B2

Abstract

Die Offenbarung stellt einen einstückigen Ansaugkrümmer bereit. Eine Motorkomponente beinhaltet einen Ansaugkrümmer aus übereinanderliegenden Schichten, die eine Vielzahl von Schwingrohren definieren, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer, die Teilwände beinhaltet, die Kanäle bilden, die strahlenförmig um einen gemeinsamen Gaseinlass angeordnet sind und in die Schwingrohre übergehen, sodass keine Abdichtung zwischen der Kammer und den Schwingrohren vorliegt. Die Teilwände bilden eine endoskelettale Stützstruktur, die dazu konfiguriert ist, den Ansaugkrümmer zu stützen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Ausführungsformen betreffen einen einstückigen Ansaugkrümmer für einen Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug sowie ein Verfahren zur Fertigung desselben.
STAND DER TECHNIK
Ein Ansaug- oder Einlasskrümmer ist Teil des Motors, der das Kraftstoff-/Luftgemisch den Zylindern des Motors zuführt. Die Hauptfunktion des Ansaugkrümmers besteht darin, die angesaugten Gase gleichmäßig an jeden Ansauganschluss in den Zylinderköpfen zu verteilen, da eine gleichmäßige Verteilung die Effizienz und Leistung des Motors optimiert. Die Ausgestaltung und Geometrie des Ansaugkrümmers beeinflusst den Gasfluss, die Verwirbelung, den Druckabfall und andere Luftstromphänomene im Ansaugkrümmer.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Motorkomponente bereitgestellt. Die Motorkomponente kann übereinanderliegende Schichten beinhalten, die einen Ansaugkrümmer definieren, der eine Vielzahl von Schwingrohren aufweist, die jeweils einen Gasauslass beinhalten, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer, die eine endoskelettale Stützstruktur beinhaltet, die Kanäle bildet, die strahlenförmig um einen Einlass angeordnet sind und in die Schwingrohre übergehen, sodass keine Abdichtung zwischen der Kammer und den Schwingrohren vorliegt. Die endoskelettale Stützstruktur kann von entgegengesetzten Flächen der Kammer nach innen ragen. Die endoskelettale Stützstruktur kann eine größere Dicke aufweisen als der Rest der Kammer. Die endoskelettale Stützstruktur kann nichteinheitliche Abmessungen aufweisen. Ein Kanal, der in ein Schwingrohr neben dem Einlass übergeht, kann einen Expansionsbereich aufweisen, der von einer Teilwand und einer Außenseite der Kammer definiert wird. Jeder der Kanäle kann in eines der Schwingrohre über eine Öffnung übergehen, die einen ovalen Querschnitt aufweist. Die Öffnung kann einen Flansch beinhalten. Der Ansaugkrümmer kann aus Metall, Kunststoff, einem Verbundwerkstoff oder einer Kombination davon sein.
In einer alternativen Ausführungsform wird eine Motorkomponente offenbart. Die Motorkomponente ist ein Ansaugkrümmer aus übereinanderliegenden Schichten, die eine Vielzahl von Schwingrohren definieren, die jeweils einen Gasauslass beinhalten, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer, die eine endoskelettale Stützstruktur beinhaltet, die Kanäle bildet, die strahlenförmig um einen geteilten Gaseinlass angeordnet sind, der sich nach außen in einen Schwanenhals erstreckt, wobei der Schwanenhals nach und nach in die Kanäle und Schwingrohre übergeht, sodass keine Abdichtung zwischen dem Schwanenhals, der Kammer und den Schwingrohren vorliegt. Der Schwanenhals kann über seine Länge hin einheitliche Abmessungen aufweisen. Die endoskelettale Stützstruktur kann von entgegengesetzten Flächen der Kammer nach innen ragen. Die Kanäle können nichteinheitliche Abmessungen aufweisen. Ein Kanal, der in ein Schwingrohr neben dem Gaseinlass übergeht, kann einen Expansionsbereich aufweisen, der von einer Teilwand und einer Außenseite der Kammer definiert wird. Jeder der Kanäle kann in eines der Schwingrohre über eine Öffnung übergehen, die einen ovalen Querschnitt aufweist.
In noch einer alternativen Ausführung wird ein Verfahren des Bildens, mittels additiver Fertigung, eines Ansaugkrümmers für einen Verbrennungsmotor offenbart. Der Ansaugkrümmer weist übereinanderliegende Schichten auf, die Schwingrohre definieren, die jeweils einen Gasauslass beinhalten, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer, die Teilwände beinhaltet, die Kanäle bilden, die strahlenförmig um einen gemeinsamen Gaseinlass angeordnet sind und in die Schwingrohre übergehen, sodass keine Abdichtung zwischen der Kammer und den Schwingrohren vorliegt, wobei die Teilwände, welche die endoskelettale Stützstruktur bilden, dazu konfiguriert sind, den Ansaugkrümmer zu stützen. Das Bilden kann beinhalten, die Kammer derart zu formen, dass die Teilwände von entgegengesetzten Flächen der Kammer nach innen ragen. Das Bilden kann beinhalten, jeden Kanal anders zu bemessen. Das Bilden kann beinhalten, jeden der Kanäle derart zu modulieren, dass jeder der Kanäle in eines der Schwingrohre über eine Öffnung übergeht, die einen ovalen Querschnitt aufweist. Das Verfahren kann ferner beinhalten, einen Schwanenhals zu bilden, der sich von dem Gaseinlass nach außen erstreckt, sodass der Schwanenhals nach und nach in die Kanäle übergeht und keine Abdichtung zwischen dem Schwanenhals und der Kammer vorliegt. Das Bilden kann beinhalten, den Ansaugkrümmer aus Metall, Kunststoff, Verbundwerkstoff oder einer Kombination davon zu formen.
Figurenliste

1 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines nicht einschränkenden Beispiels eines Verbrennungsmotors, der dazu in der Lage ist, verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu verwenden;
2 veranschaulicht eine auseinandergezogene Ansicht eines beispielhaften Ansaugkrümmers nach dem Stand der Technik;
3 veranschaulicht eine auseinandergezogene Ansicht eines alternativen beispielhaften Ansaugkrümmers nach dem Stand der Technik;
4 veranschaulicht eine Perspektivansicht eines nicht einschränkenden Beispiels eines einteiligen Ansaugkrümmers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
5 zeigt eine Querschnittsansicht des einteiligen Ansaugkrümmers aus 4 entlang Linie 5-5;
6 zeigt eine alternative Querschnittsansicht des einteiligen Ansaugkrümmers aus 4 entlang Linie 6-6;
7 zeigt noch eine alternative Querschnittsansicht des einteiligen Ansaugkrümmers aus 4 entlang Linie 7-7;
8 zeigt eine alternative Ausführungsform des einteiligen Ansaugkrümmers einschließlich eines nicht einschränkenden Beispiels eines hierin offenbarten Gaseinlasskanals;
9 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Gaseinlasskanals, der in 8 abgebildet ist, entlang Linie 9-9;
10 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die in 9 abgebildet ist;
11 zeigt eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Vorrichtung zur Kurbelgehäuseentlüftung (positive crankcase ventilation - PCV), die in 9 abgebildet ist, entlang Linie 11-11;
12 zeigt eine alternative Ansicht der PCV-Vorrichtung; und
13 zeigt noch eine alternative Ansicht des Gaseinlasskanals mit einer beispielhaften EGR- Vorrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann versteht, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen veranschaulichter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind alle numerischen Mengen in dieser Beschreibung, die Abmessungen oder Materialeigenschaften angeben, beim Beschreiben des breitesten Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung als durch das Wort „etwa“ modifiziert zu verstehen.
Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen dieser Abkürzung in dieser Schrift und gilt in entsprechender Anwendung für normale grammatikalische Variationen der ursprünglich definierten Abkürzung. Sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges angegeben ist, wird die Messung einer Eigenschaft durch dieselbe Technik bestimmt, die vorher oder später für dieselbe Eigenschaft angegeben wurde.
Es wird detailliert Bezug genommen auf Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Erfindung, die den Erfindern bekannt ist. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann. Deshalb sind hierin offenbarte Details nicht als einschränkend, sondern vielmehr als repräsentative Basis dafür auszulegen, den Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung unterschiedlich umzusetzen.
Die Geometrie, Ausrichtung und Gestaltung eines Ansaugkrümmers wirkt sich unmittelbar auf die Effizienz des Verbrennungsmotors aus. 1 veranschaulicht ein schematisches, nicht einschränkendes Beispiel eines Verbrennungsmotors 20. Der Motor 20 weist eine Vielzahl von Zylindern 22 auf, von denen einer abgebildet ist. Der Motor 20 kann eine beliebige Anzahl von Zylindern 22 aufweisen, einschließlich drei, vier, sechs, acht oder eine andere Anzahl. Die Zylinder können in verschiedenen Konfigurationen im Motor positioniert sein, beispielsweise als V-Motor, als Reihenmotor oder in einer anderen Anordnung.
Der beispielhafte Motor 20 hat eine Brennkammer 24, die jedem Zylinder 22 zugeordnet ist. Der Zylinder 22 wird durch Zylinderwände 32 und Kolben 34 gebildet. Der Kolben 34 ist mit einer Kurbelwelle 36 verbunden. Die Brennkammer 24 steht in Fluidkommunikation mit einem beispielhaften Ansaugkrümmer 38 und dem Abgaskrümmer 40. Ein Einlassventil 42 steuert den Fluss vom Ansaugkrümmer 38 in die Brennkammer 24. Ein Auslassventil 44 steuert den Fluss von der Brennkammer 24 zum Abgaskrümmer 40. Die Einlass- und Auslassventile 42, 44 können auf verschiedene Art und Weise betrieben werden, wie im Stand der Technik bekannt ist, um den Motorbetrieb zu steuern.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 46 liefert Kraftstoff von einem Kraftstoffsystem direkt in die Brennkammer 24, sodass der Motor ein Motor mit Direkteinspritzung ist. Ein Niedrigdruck- oder Hochdruckkraftstoffeinspritzungssystem kann mit dem Motor 20 benutzt werden, oder in anderen Beispielen kann ein Saugrohreinspritzsystem benutzt werden. Ein Zündungssystem beinhaltet eine Zündkerze 48, die gesteuert wird, um Energie in Form eines Funkens bereitzustellen, um ein Kraftstoff-Luftgemisch in der Brennkammer 24 zu zünden. In anderen Ausführungsformen können andere Kraftstoffzufuhrsysteme und Zündungssysteme oder -techniken benutzt werden, einschließlich Selbstzündung.
Der Motor 20 beinhaltet eine Steuerung und verschiedenen Sensoren, die dazu konfiguriert sind, der Steuerung Signale zur Verwendung beim Steuern der Luft- und Kraftstoffzufuhr zum Motor, des Zündungstimings, der Leistungs- und Drehmomentausgabe vom Motor und dergleichen bereitzustellen. Motorsensoren können einen Sauerstoffsensor im Abgaskrümmer 40, eine Motorkühlmitteltemperatur, einen Gaspedalpositionssensor, einen Motoransaugdruck(engine manifold pressure - MAP)-Sensor, einen Motorpositionssensor für die Kurbelwellenposition, einen Luftmassensensor im Ansaugkrümmer 38, einen Drosselpositionssensor und dergleichen beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein.
In manchen Ausführungsformen kann der Motor 20 als einzelnes Antriebsaggregat in einem Fahrzeug benutzt werden, wie etwa einem herkömmlichen Fahrzeug oder einem Start-Stopp-Fahrzeug. In anderen Ausführungsformen kann der Motor in einem Hybridfahrzeug benutzt werden, bei dem ein zusätzliches Antriebsaggregat, wie etwa eine elektrische Maschine, verfügbar ist, um zusätzlich Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen.
Jeder Zylinder 22 kann in einem Viertaktverfahren betrieben werden, das einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt, einen Zündungstakt und einen Auspufftakt beinhaltet. In anderen Ausführungsformen kann der Motor mit einem Zweitaktverfahren betrieben werden. Während des Ansaugtakts öffnet sich das Einlassventil 42 und das Auslassventil 44 schließt sich, während der Kolben 34 sich von der Oberseite des Zylinders 22 zu der Unterseite des Zylinders 22 bewegt, um der Brennkammer 24 Luft aus dem Ansaugkrümmer 38 bereitzustellen. Die Kolbenposition 34 an der Oberseite des Zylinders 22 ist allgemein als oberer Totpunkt (OTP) bekannt. Die Kolbenposition 34 an der Unterseite des Zylinders 22 ist allgemein als unterer Totpunkt (UTP) bekannt.
Während des Verdichtungstakts sind die Einlass- und Auslassventile 42, 44 geschlossen. Der Kolben 34 bewegt sich von der Unterseite in Richtung Oberseite des Zylinders 22, um die Luft in der Brennkammer 24 zu verdichten.
Kraftstoff wird dann in die Brennkammer 24 eingeführt und gezündet. In dem gezeigten Motor 20 wird Kraftstoff in die Kammer 24 eingespritzt und dann mittels der Zündkerze 48 gezündet. In anderen Beispielen kann Kraftstoff mittels Selbstzündung gezündet werden.
Während des Expansionstakts expandiert das gezündete Kraftstoff-Luftgemisch in der Brennkammer 24, was den Kolben 34 veranlasst, sich von der Oberseite des Zylinders 22 zur Unterseite des Zylinders 22 zu bewegen. Die Bewegung des Kolbens 34 verursacht eine entsprechende Bewegung in der Kurbelwelle 36 und sorgt für eine mechanische Drehmomentausgabe vom Motor 20.
Während des Auspufftakts bleibt das Einlassventil 42 geschlossen und das Auslassventil 44 öffnet sich. Der Kolben 34 bewegt sich von der Unterseite des Zylinders zur Oberseite des Zylinders 22, um die Abgase und Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer 24 zu entfernen, indem er das Volumen der Kammer 24 reduziert. Die Abgase strömen von dem Verbrennungszylinder 22 zum Abgaskrümmer 40 und in ein Nachbehandlungssystem wie etwa einen Katalysator.
Die Positionen und Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile 42, 44 sowie der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt können für die verschiedenen Motortakte unterschiedlich sein.
Der Motor 20 beinhaltet ein Kühlungssystem, um Wärme aus dem Motor 20 zu entfernen, und kann in den Motor 20 als Kühlmantel integriert sein, der Wasser oder ein anderes Kühlmittel enthält.
Eine Kopfdichtung 78 kann zwischen dem Zylinderblock 76 und dem Zylinderkopf 79 angeordnet sein, um die Zylinder 22 abzudichten.
Der abgebildete, nicht einschränkende beispielhafte Ansaugkrümmer 38, der zum Motor 20 führt, beinhaltet ein Kammergehäuse 50, das Einlassgase an die Schwingrohre 56 verteilt. Die Schwingrohre 56 stellen die Einlassgase, einschließlich Umgebungsluft, Abgase von der Abgasrückführung und dergleichen, oder eine Kombination davon, den Einlassventilen 42 bereit. Ein Drosselventil 90 wird bereitgestellt, um den Fluss von Einlassgasen zum Kammergehäuse 50 zu steuern. Das Drosselventil 90 kann mit einem elektrischen Drosselkörper zur elektronischen Steuerung der Ventilposition verbunden sein. Der Ansaugkrümmer 38 kann mit einem Abgasrückführungssystem (exhaust gas recirculation - EGR), einem Behälterspülventil- (canister purge valve - CPV) und Kraftstoffsystem, einem geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftungssystem (positive crankcase ventilation - PCV), einem Bremskraftverstärkersystem und dergleichen oder einer Kombination davon verbunden sein. Ein Luftfilter (nicht gezeigt) kann dem Drosselventil 90 vorgelagert bereitgestellt sein.
Typischerweise, wie in 2 gezeigt, wird ein Ansaugkrümmer 138 in separaten Teilen gefertigt, die danach zusammenmontiert werden. Beispielsweise zeigt 2 eine auseinandergezogene Ansicht eines Ansaugkrümmersystems 138 gemäß einer Ausführungsform zur Verwendung mit dem Motor aus 1. Der Ansaugkrümmer 138 ist ein modulares System, das separaten Komponenten des Ansaugkrümmers erlaubt, variabel positioniert und montiert zu werden, um den Krümmer 138 zu bilden. Die Montage erfordert die Fertigung von separaten Teilen, sodass der Ansaugkrümmer 138 in verschiedenen Konfigurationen basierend auf Motorposition und Erwägungen des Fahrzeugrauminhalts montiert werden kann. Die individuellen separaten Teile beinhalten den Kammerkörper 150, die Endplatte 152 zum Einschließen des Innenvolumens des Kammerkörpers 150, Ausnehmungen 154 des Kammerkörpers 150 zum Aufnehmen der Schwingrohre 156 und einen Drosselkörperverbinder 158.
Doch es werden auch andere Ansaugkrümmer mit nur einer Installationsposition im Motor, wie etwa ein in 3 abgebildeter Ansaugkrümmer 138', typischerweise in mehreren Stücken oder Teilen gefertigt und daraufhin montiert und mit Befestigungsmitteln, Klebstoffen, Schweißnähten oder einer Kombination gesichert. 3 stellt einen Ansaugkrümmer 138' mit mehreren einzelnen Teilen dar, einschließlich einer Kammer 150 und einem separaten Teil, das eine Vielzahl von Schwingrohren 156 und einen Flansch 160 bildet, die an einem oberen Ende 162 der Kammer 150 mit Befestigungsmitteln 162 angebracht werden können. Um die Kammer 150 weiter zu stärken, werden typischerweise dem Außenabschnitt der Kammer 150 Rippen 164 hinzugefügt.
Doch die Montage der verschiedenen Teile zum Bilden eines typischen Ansaugkrümmers ist recht komplex und zeitaufwendig. Im Interesse der Verbesserung der Kraftstoffeffizienz können einige der Teile aus leichtgewichtigen Materialien wie etwa Verbundwerkstoffen und Kunststoffen gefertigt sein. Dies kann dazu führen, dass mehrere verbindende Teile aus verschiedenen Materialien gefertigt sind, was typischerweise eine Herausforderung darstellt, vor allem, wenn die Haftung lecksicher sein soll. Die Montage ist zeitaufwendig und erhöht die Durchlaufzeit. Überdies sind, wann immer das aneinander Haften von mindestens zwei Komponenten erforderlich ist, notwendige Kontrollen kritisch, um sicherzustellen, dass die Haftung korrekt bereitgestellt wird. Derartige Kontrollen sind teuer und erhöhen die Durchlaufzeit.
Ferner stellen herkömmliche Fertigungsverfahren und die Tatsache, dass einzelne Teile zusammenmontiert werden müssen, Einschränkungen in Bezug auf die Form der individuellen Teile dar, die gefertigt werden können. Deshalb kann die Effizienz des Ansaugkrümmers insgesamt beschränkt sein, da die ideale Form aus einer Luftstromperspektive aufgrund von Kosten, Montage und Zeitaufwand möglicherweise nicht praktisch herzustellen ist.
Deshalb wäre es wünschenswert, einen Ansaugkrümmer mit reduzierter Fertigungskomplexität, verbesserter Effizienz und reduziertem Zeit- und Kostenaufwand bei der Ansaugkrümmerproduktion bereitzustellen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen wird ein einstückiger Ansaugkrümmer 238 offenbart, der einen oder mehrere Nachteile des Stands der Technik wie oben aufgeführt überwindet. Beispielsweise beinhaltet der in 4 abgebildete einstückige Ansaugkrümmer 238 eine Kammer oder ein Kammergehäuse 250, das einen Gaseinlass 264 aufweist, der sich nach und nach in eine Vielzahl von Kanälen 256 erstreckt. Die Kammer 250 ist hohl und stellt ein inneres Volumen für die Einlassgase dar, die über die Kanäle 256 an den Motor zu verteilen sind. Die Kammer 250 kann so bemessen und geformt sein, dass sie während des Motorbetriebs unter einem teilweisen Vakuum steht. Das/die Einlassgas/e können Kraftstoff, Umgebungsluft, EGR-Gas oder eine Kombination davon beinhalten.
In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Kammer 250 zusätzliche Merkmale wie etwa eine Sensorhalterung für einen Sensor beinhalten, wie etwa einen Einlassgastemperatursensor, einen Drucksensor, dergleichen oder eine Kombination davon. Die Kammer 250 kann eine Befestigungseinrichtung 252 zur Verwendung beim Verbinden oder Stützen des Ansaugkrümmers 238 am Motor, dem Fahrzeug oder beidem beinhalten. Die Befestigungseinrichtung 252 kann einen Flansch, eine Ausnehmung oder dergleichen beinhalten, sodass der einteilige Ansaugkrümmer 238 am Motor, am Fahrzeug oder beidem gesichert werden kann.
Während im Stand der Technik die Kammer typischerweise ein „Rundholz“-artiger Kammerkörper mit einer recht gleichmäßigen Breite des inneren Hohlraums und Distanz zwischen den längsten Seiten ist, weist die offenbarte Kammer 250 eine variierende Form auf, die von einer Vielzahl von Kanälen 256 definiert wird. Die Kammer 250 beinhaltet Teilwände 272, die die Kanäle 256 von dem gemeinsamen Gaseinlass 264 ausstrahlend bilden. Die Teilwände 272 bilden eine Endoskelettstruktur, die dazu konfiguriert ist, den Ansaugkrümmer 250 zu stützen. Die Teilwände 272 teilen die Kanäle 256 voneinander. Die Teilwände 272 können in den Hohlraum der Kammer von den gegenüberliegenden Flächen der Kammer ragen, reichen jedoch von einer Fläche der Kammer zur anderen Fläche und verbinden nicht die gegenüberliegenden Flächen der Kammer 250. Alternativ dazu können die Teilwände 272 auf nur einer Fläche der Kammer 250 gebildet sein. Die Kammer 250 weist demnach keine Rippen auf der Außenseite auf, da das Endoskelett, das von den Teilwänden 272 gebildet wird, die Kammer 250 stärkt.
Die Teilwände 272 können eine größere Dicke/Höhe aufweisen als die verbleibenden Abschnitte der Kammer 250. Die Teilwände 272 können eine variierende Höhe aufweisen, sodass mindestens eine Teilwand sich weiter in den Hohlraum der Kammer 250 erstreckt als mindestens eine andere Teilwand 272. Die Höhe der Teilwände 272 wird im Folgenden besprochen. Alternativ dazu können alle Teilwände 272 dieselbe Höhe in dem Hohlraum der Kammer 250 aufweisen.
Die Kanäle 256, die von den Teilwänden 272 geteilt werden, können auf verschiedene Art geformt sein. Beispielsweise können die Kanäle 256 gerade, gekrümmt oder beides sein. Die Kanäle 256 können verschiedene Längen aufweisen, basierend auf der Gestaltung des Motors. Die Kanäle 256 können gestimmt sein, um vom Helmholtz-Resonanzeffekt zu profitieren. Jeder Kanal 256 kann unterschiedlich geformt sein, eine unterschiedliche Geometrie aufweisen, um den Luftstrom in den Motor zu maximieren. Beispielsweise kann mindestens ein Kanal 256 andere Abmessungen als die verbleibenden Kanäle 256 aufweisen. Die Abmessungen können Länge, Krümmungswinkel, Breite beinhalten. Die Abmessungen können sich innerhalb der Länge eines Kanals 256 unterscheiden. Beispielsweise kann sich der Kanal 256 von dem Lufteinlass 264 zu einer Öffnung 254 hin verbreitern.
Wie 5 und 6 zeigen bildet der Gaseinlass 264 ein erstes Ende der Kanäle 256. Die Kanäle 256 weisen ein zweites Ende 266 auf, das von einer Öffnung oder Ausnehmung 254 gebildet wird. Die Kanäle 256 können nach und nach über die Öffnung 254 in die Schwingrohre 268 übergehen. Die Kanäle 256 gehen derart in die Schwingrohre über, dass keine Abdichtung zwischen der Kammer 250 und den Schwingrohren 268 vorliegt.
Die Ausnehmung 254 ist am dem Gaseinlass 264 entgegengesetzten Ende jedes Kanals 256 positioniert. Die Ausnehmung 254 kann senkrecht zum Zustrom von Einlassgasen über den Gaseinlass 264 angeordnet sein. Die Öffnung 254 kann eine trompetenförmige Öffnung sein. Die trompetenförmige Öffnung 254 ist eine verjüngte Öffnung, bei der die Verjüngung der Form einer Trompete ähneln kann. Die trompetenförmige Öffnung 254 kann eine sich erweiternde oder verkleinernde Öffnung sein. Der Winkel der Öffnung 254 kann um etwa 30-60° oder etwa 45° verjüngt sein. Die Öffnung 254 erstreckt sich oder führt nach und nach in eine Vielzahl von Schwingrohren 268. Der Übergang von den Kanälen 256 in die Öffnungen 254 und in die Schwingrohre 268 kann reibungslos sein, ohne Unterbrechungen des Luftstroms, ein allmählicher Übergang von Krümmungen desselben Materials. Der Übergang der Kanäle 256 in die Öffnung kann einen Flansch 282 und eine Kerbe 255 beinhalten, Beispiele dafür sind in 7 abgebildet.
Die Schwingrohre oder Rohrleitungen 268, deren Querschnitt in 7 abgebildet ist, bilden einen konvergenten Einlassluftweg, der Einlassgas in den Einlass des Motors oder in eine Einlassmündung des Zylinderkopfes leitet. Die Schwingrohre 268 können dieselben oder unterschiedliche Abmessungen, Formen oder beides aufweisen. Das Schwingrohr 268 kann einen kreisförmigen, ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Das Schwingrohr 268 kann denselben Querschnitt aufweisen wie die Öffnung 254. Das Schwingrohr 268 kann sich verkleinern, wenn das Gas in den Motor über einen Auslass 270 strömt. Das Schwingrohr 268 kann eine einheitliche Geometrie, Breite oder beides über seine Länge hin aufweisen. Das Integrieren der trompetenförmigen Öffnung 254, die zu den Schwingrohren 268 führt, kann die Effizienz des Luftstroms über den Ansaugkrümmer 238 zum Motor verbessern.
Der Querschnittsbereich der trompetenförmigen Öffnung 254 kann größer als der des Schwingrohrs 268 sein. Der Querschnittsbereich der trompetenförmigen Öffnung 254 kann etwa doppelt so groß sein wie des Schwingrohrs 268. Der Querschnittsbereich der trompetenförmigen Öffnung 254 kann derart sein, dass die Luftgeschwindigkeit, die in die trompetenförmige Öffnung eintritt, niedrig ist, um Lärm, Verwirbelung, Druckabfall und dergleichen zu reduzieren, und sich nach und nach auf die gewünschte Designgeschwindigkeit des Schwingrohrs 268 erhöht.
Der Querschnittsbereich der Öffnung 254 kann rechteckig, quadratisch, kreisförmig, oval oder dergleichen sein. Die Öffnung 254 kann einen Flansch 282 um mindestens einen Abschnitt ihres Umfangs aufweisen. Die Öffnung 254 kann denselben, einen kleineren oder größeren Durchmesser als der Durchmesser des Gaseinlasses 264 aufweisen.
Wie weiter in 6 in Bezug auf die Kanäle 256 gesehen werden kann, sind individuelle Kanäle 256 voneinander geteilt. Die Teilung kann durch einen oder mehrere Bereiche bereitgestellt werden, die Teilwände 272 bilden. Die Teilwände 272 können durch erhöhte Abschnitte gebildet werden, die sich zum Inneren der Kammer 250 erstrecken, jedoch nicht einander gegenüberliegende Flächen der Kammer 250 verbinden. Die Teilwände 272 können laterale Abschnitte jedes Kanals 256 bilden. Die Höhe der Teilwände 272 kann sich unterscheiden. Die Teilwände 272 können Spitzen 278 aufweisen, die die höchsten Abschnitte der aufteilenden Bereiche 272 bilden.
Die Kanäle 256 enthalten demnach den flachsten Abschnitt 274 mit einer Höhe h₁, die Teilwände in einem Mittelabschnitt 276 weisen eine Höhe h₂ und eine Spitze 278 mit einer Höhe h₃ auf. h₁ > h₂ > h₃. Zusätzliche erhöhte Abschnitte der Teilwände 272 mit zusätzlichen Höhen, die sich von h₁, h₂, h₃ unterscheiden, werden in Betracht gezogen.
Der flachste Abschnitt 274 jedes Kanals 256 kann eine andere Form und einen anderen Bereich aufweisen als in den verbleibenden Kanälen 256. Beispielsweise kann der Kanal 256, der zur am von dem Lufteinlass 264 entferntesten Öffnung 254 führt, den flachsten Abschnitt 274 als einen Expansionsbereich 275 angeordnet beinhalten. Der Expansionsbereich 275 kann durch eine Teilwand 272 zwischen benachbarten Kanälen 256 und einer Außensete 280 der Kammer 250 definiert sein. Ein weiterer Expansionsbereich kann in einem Kanal 256 neben dem Gaseinlass 264 beinhaltet sein, definiert durch eine Teilwand 272 und eine Außenseite der Kammer 280. Der Expansionsbereich 275 kann eine Breite aufweisen, die sich vom Lufteinlass 264 zur Öffnung 254 hin erhöht. Der Expansionsbereich 275 kann die gesamte Länge zwischen dem Lufteinlass 264 und der Öffnung 254 erweitern. Die Breite des Expansionsbereichs 275 kann sich über seine Länge hin unterscheiden, um die optimiertesten Luftstrommuster zu berücksichtigen. Die variierende Breite des Expansionsbereichs ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des Einlassgases. Beispielsweise w₃ > w₁ > w₂.
Im Gegensatz zum Expansionsbereich 275 des am weitesten außen liegenden Kanals 256 und/oder des Kanals neben dem Gaseinlass 264, kann sich der flachste Abschnitt 274 der verbleibenden Kanäle 256 nicht von dem Gaseinlass 264 erstrecken, sondern auf die mittleren Abschnitte 276 und Spitzen 278 der Teilwände 272 beschränkt sein. Daher treffen die Einlassgase, die in die Kammer 250 über den Gaseinlass 264 eintreten, hauptsächlich auf den offenen Expansionsbereich 275. Insbesondere erlaubt der Expansionsbereich 275 im Kanal 256 neben dem Gaseinlass 264, Gas in den Kanal 256 zu leiten, mit dem Gas nach bekannten Bauarten typischerweise schwer zuzuführen ist. Der Zweck dieser Bauart ermöglicht daher eine gleichmäßige Verteilung der Einlassgase innerhalb der gesamten Kammer 250 und dem gesamten Ansaugkrümmer 238, sodass die Gase von dem Gaseinlass 264 über die Kanäle 256 zur Öffnung 254 strömen, gleichmäßig über die Schwingrohre 268 und den Auslass 270. Eine gleichmäßige Verteilung optimiert die Effizienz und Leistung des Motors.
Wie in 4-6 abgebildet ist der Ansaugkrümmer 238 als einteiliges, einstückiges Teil gebildet. Das einteilige Stück beinhaltet die Kammer 250 mit den Kanälen 256, die nach und nach in Schwingrohre 268 übergehen. Der einteilige Ansaugkrümmer 238 stellt damit einen Artikel dar, der eine Oberfläche mit glatten Konturen am ganzen Artikel aufweist, was reibungslose Übergänge vom Gaseinlass 264 zu den Kanalauslässen 270 bereitstellt und in einer gleichmäßigen Verteilung der Einlassgase an den Motor, einem optimalen Maß verwirbelungsunterstützender Atomisierung und einer Minimierung von Druckabfällen resultiert. Einteilig bedeutet, dass der gesamte Ansaugkrümmer 238 einstückig ausgebildet ist, sodass die individuell beschriebenen Abschnitte, die oben erwähnt sind, als integrale Bestandteile des Ansaugkrümmers 238 und nicht als separate Teile gebildet sind, die später in einen Ansaugkrümmer montiert werden. Der einteilige Ansaugkrümmer 238 erfordert deshalb keine Abdichtungen. Beispielsweise liegt zwischen der Kammer 250 und den Schwingrohren 268 keine Abdichtung vor.
Die Innenfläche des einteiligen Ansaugkrümmer 238 kann glatt, strukturiert, rau oder eine Kombination davon sein. Beispielsweise kann mindestens ein Teil der Innenfläche strukturiert sein, um ein gewünschtes Maß an Verwirbelung in dem Ansaugkrümmer 238 bereitzustellen.
Die Wanddicke des Ansaugkrümmers kann im Vergleich mit Ansaugkrümmem nach dem Stand der Technik reduziert sein. Beispielsweise kann, während der typische Ansaugkrümmer eine Wanddicke von etwa 3,5 bis 4,5 mm und Versteifungsrippen an der Außenseite der Kammer aufweist, der hierin offenbarte einteilige Ansaugkrümmer 238 eine Wanddicke von etwa 2 mm aufweisen. Versteifungsrippen sind aufgrund des Vorhandenseins der Teilwände 272, die dazu konfiguriert sind, den Ansaugkrümmer 238 zu stützen, nicht notwendig.
In einer anderen Ausführungsform, in 8 abgebildet, beinhaltet der einteilige Ansaugkrümmer 238 auch einen Gaseinlasskanal, Rohrleitung oder Schwanenhalsleitung 284. Die Schwanenhalsleitung 284 erstreckt sich vom Gaseinlass 264 nach außen. Die Schwanenhalsleitung 284 geht nach und nach in die Kanäle 256 über, sodass keine Abdichtung zwischen der Kammer 250 und der Schwanenhalsleitung 284 vorliegt.
Die Schwanenhalsleitung 284 kann denselben Durchmesser aufweisen wie der Gaseinlass 264. Die Schwanenhalsleitung 284 kann sich von der Kammer 250 in dieselbe oder ähnliche allgemeine Richtung wie die Schwingrohre 268 erstrecken, krümmen, oder beides. Die Schwanenhalsleitung 284 kann einheitliche Abmessungen, Geometrie oder beides über ihre Länge hinweg aufweisen. Die Schwanenhalsleitung 284 kann eine Vielfalt von Formen aufweisen. Beispielsweise kann die Schwanenhalsleitung 284 als ein zylindrisches Rohr gebildet sein. Die Schwanenhalsleitung 284 kann einen ellbogenförmigen Abschnitt bilden. Die Schwanenhalsleitung 284 kann gerade oder gekrümmt sein. Die Schwanenhalsleitung 284 kann hohl sein. Die Schwanenhalsleitung 284 kann teilweise perforiert, entlang ihrer gesamten Länge perforiert oder nicht perforiert sein. Die Schwanenhalsleitung 284 kann Vorsprünge, Stege oder andere Texturen im Inneren aufweisen, um den Gasstrom auf optimale Weise von einem ersten Ende 285, das einen Anschluss, eine Öffnung oder Ausnehmung bildet, zu dem Gaseinlass 264 zu führen, der das zweite Ende bildet. Die Schwanenhalsleitung 284 weist einen inneren oder Innenabschnitt und einen Außenabschnitt auf.
Die Schwanenhalsleitung 284 kann auch verschiedene Anschlüsse, Halterungen, Sensoren, Vorrichtungen oder eine Kombination davon zur Verbindung mit dem Motor, Fahrzeugsystemen oder beidem definieren. Die Schwanenhalsleitung 284 kann eine höhere oder niedrigere Anzahl von Anschlüssen oder Sensorverbindungen aufweisen, als in 8 dargestellt, und sie können auf verschiedene Art und Weise angeordnet sein. Beispielsweise kann die Schwanenhalsleitung 284 einen Bremskraftverstärkeranschluss, eine Vorrichtung zur Abgasrückführung (EGR), einen Verbindungsanschluss oder eine Halterung für eine Vorrichtung zur geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftung (PCV), einen Verbindungsanschluss oder eine Halterung für ein Behälterspülventil (CPV) oder -system, einen Drosselkörper, dergleichen oder eine Kombination davon aufweisen. Die Anordnung der Anschlüsse, Halterungen, Sensoren, Vorrichtungen kann auf ihrer Größe und Rauminhalterwägungen basieren, ob auf dem Innenabschnitt, dem Außenabschnitt der Schwanenhalsleitung 284 oder beiden.
Die Schwanenhalsleitung 284 kann ferner einen Drosselkörperverbinder bilden. Die Schwanenhalsleitung 284 kann somit ein Element bilden, das einen Drosselkörper 286, für den ein nichteinschränkendes Beispiel in 9 abgebildet ist, mit der Kammer 250 verbindet. Die Schwanenhalsleitung 284 kann somit eine Beschränkung und/oder einen Strömungskanal für die Einlassgase von dem Drosselkörper 286 zur Kammer 250 bereitstellen.
Der Drosselkörper 286 kann vollkommen in der Schwanenhalsleitung 284 aufgenommen sein. Der Drosselkörper 286 kann einen Schaft 288, ein Ventil 290, einen elektronischen Drosselkörper oder eine Kombination davon beinhalten. Der Schaft 288 kann ein integraler Bestandteil des einteiligen Ansaugkrümmers 238 sein, sodass der Schaft als ein Abschnitt des Ansaugkrümmers 238 gebildet wird. Der Schaft 288 erstreckt sich von einer ersten Seite der Schwanenhalsleitung 284 zu einer zweiten Seite der Schwanenhalsleitung 284. Alternativ dazu kann eine Ausnehmung, die den Schaft 288 aufnimmt, in der Schwanenhalsleitung 284 gebildet sein, um den Schaft 288 und die Klappe oder das Ventil 290 unterzubringen. Das Ventil 290 kann ein Schmetterlingsventil oder eine andere Art von Ventil sein. Die Form und Abmessungen des Ventils, wie etwa der Durchmesser, stimmen mit dem der Schwanenhalsleitung 284 überein.
Das Ventil 290 kann dazu konfiguriert sein, den Gasstrom in der Schwanenhalsleitung 284 zu blockieren, wenn dies wünschenswert ist. Das Ventil 290 ist auf dem Schaft 288 beweglich.
Das Ventil 290 ist um die Achse drehbar, die von dem Schaft 288 gebildet wird. Das Ventil 290 kann um den Schaft 288 derart beweglich sein, dass das Ventil 290 in eine Vielfalt von Positionen ausgerichtet werden kann.
In einer ersten Position kann das Ventil 290 in minimalem Kontakt mit den Seiten der Schwanenhalsleitung 284 sein. In der ersten Position ist die Schwanenhalsleitung 284 geöffnet, sodass Gasstrom durch die Schwanenhalsleitung 284 ermöglicht wird. Die erste Position kann das Gas frei vom ersten Ende 285 zum zweiten Ende 264 der Schwanenhalsleitung 284 strömen. Die erste Position definiert eine voll geöffnete Schwanenhalsleitung 284. In der ersten Position ist der Gasstrom minimal eingeschränkt.
In einer zweiten Position steht das Ventil 290 mit der Schwanenhalsleitung 284 um den Umfang der Schwanenhalsleitung 284 in Kontakt. In der zweiten Position ist der Gasstrom vollkommen eingeschränkt, sodass der Gasstrom minimiert oder nicht vorhanden ist, während der Ansaugkrümmer 238 benutzt wird.
Die dritte Position ist eine beliebige Position zwischen der ersten und zweiten Position. Während der dritten Position steht das Ventil 290 in teilweisem Kontakt mit den Seiten der Schwanenhalsleitung 284, wobei der Gasstrom durch die Schwanenhalsleitung 284 teilweise eingeschränkt wird.
Der Drosselkörper 286 kann sich an beliebiger Stelle in der Schwanenhalsleitung 284 befinden. Beispielsweise kann sich der Drosselkörper 286 zwischen dem ersten Ende 285 der Schwanenhalsleitung 284 und dem Gaseinlass 264 der Kammer 250 befinden. Der Gaskörper 286 kann sich neben der Öffnung 285 befinden, die sich an einer dem Gaseinlass 264 entgegengesetzten Seite der Schwanenhalsleitung 284 befindet.
Der Drosselkörper 286 kann sich der Kammer 250, einer EGR-Vorrichtung 316, einer PCV-Vorrichtung 300, einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 292, dergleichen oder einer Kombination davon vorgelagert befinden. Wie man in 9 sieht, ist es wünschenswert, den Drosselkörper 286 in der Nähe einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 292, anzuordnen.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 292 kann ein sich verjüngendes Rohr oder eine sich verjüngende Rohrleitung 294 beinhalten, die einen Düsenabschnitt 296 aufweist. Das Rohr 294 kann sich von einem ersten Ende in den Düsenabschnitt 296 an einem zweiten Ende verjüngen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 292 erstreckt sich von einem Äußeren einer Schwanenhalsleitung zum Inneren der Schwanenhalsleitung. Die sich verjüngende Rohrleitung 294, die Düse 296 oder beide ragen durch eine Ausnehmung in die Schwanenhalsleitung 284.
Die sich verjüngende Rohrleitung 294, die Düse 296 oder beide können durch eine Ausnehmung in die Schwanenhalsleitung 284 ragen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 292 kann an einem Stützabschnitt 298 angeordnet sein, der sich von dem röhrenförmigen Abschnitt der Schwanenhalsleitung 284 oder von einer Außenschlicht der Schwanenhalsleitung 284 nach außen erstreckt. Der Stützabschnitt 298, die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 292 oder beide können einen integralen Bestandteil der Schwanenhalsleitung 284 bilden. Der Stützabschnitt 298 kann eine beliebige Form oder Konfiguration aufweisen. Beispielsweise kann das Stützelement 298 im Allgemeinen dreieckig sein. Das Stützelement 298 kann eine Form derselben oder ähnlicher Konturen aufweisen wie die Kraftstoffeinspritzrohrleitung 294. Das Stützelement 298 kann sich entlang der gesamten oder teilweisen Länge des Abschnitts/der Abschnitte der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 292 erstrecken, die sich am der Außenseite der Schwanenhalsleitung 284 befinden.
Die Düse 296 kann dazu konfiguriert sein, Kraftstoff in die Schwanenhalsleitung 284 abzuspritzen. Die Düse 296 kann somit derart angeordnet sein, dass sie dem Ventil 290 des Drosselkörpers 286 zugewandt ist. Die Kraftstoffabspritzung kann über eine Spitze bereitgestellt werden, die eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweist, um Gas in die Schwanenhalsleitung 284 zu sprühen. Wie man weiter in 10 sieht, kann der Düsenabschnitt 296 mit seiner Spitze eine Vielzahl von Öffnungen 298 beinhalten, aus denen der Kraftstoff eingespritzt wird. Die Öffnungen 298 können dieselben oder unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Die Öffnungen 298 können symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet sein.
Die Düse 286 kann mit einem oder mehreren Sensoren verbunden sein, die bei der Kraftstoffeinspritzregulierung helfen. Beispielsweise können ein oder mehrere Sensoren mit der Koordinierung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 292 und des Drosselkörperventils 290 helfen, sodass das Ventil 290 dazu ausgerichtet ist, den Gasstrom zu blockieren, wenn die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 292 Kraftstoff in die Schwanenhalsleitung 284 einführt, das Ventil 290 kann in der zweiten Position sein.
Wie man weiter in 8 und 9 sieht, kann die Schwanenhalsleitung 284 eine PCV-Vorrichtung 300 aufnehmen. Ein typisches PCV-System beinhaltet eine Einlassmündung, die dem Drosselkörper nachgelagert ist. Die Einlassmündung ist typischerweise ein einzelnes Loch, das durch das Metall- oder Verbundwerkstoffmaterial des Ansaugkrümmers gespant ist. Die Einlassmündung hat typischerweise scharfe Kanten, wo die Zerspanung durch den Luftweg bricht. Wenn das System aktiv Vakuum zieht, um das Kurbelgehäuse zu entlüften, wird der gesamte Luftstrom aus dem einzigen Anschluss gezogen. Doch das Ziehen von Luft aus der einzelnen, relativ kleinen, konzentrierten Luftquelle kann zu einer Störung des Luftstroms in diesem bestimmten Bereich führen. Um diese Störung zu beheben, wird die PCV 300 offenbart.
Die PCV-Vorrichtung 300 kann sich an dem Außenabschnitt der Schwanenhalsleitung 284 befinden. Die PCV-Vorrichtung 300 kann sich von einer Außenschicht der Schwanenhalsleitung 284 zum Äußeren der Schwanenhalsleitung 284 erstrecken. Die PCV-Vorrichtung 300 kann ein Gehäuse 302, einen Kanal 304 mit einem Anschluss 306 und einen Umleiter 308 beinhalten. Das Gehäuse 302 kann in der Außenschicht der Schwanenhalsleitung 284 gebildet sein. Das Gehäuse 302 kann wie ein Rechteck, Quadrat geformt sein. Das Gehäuse 302 kann länglich sein. Das Gehäuse 302 kann hohl sein, einen Innenteil beinhalten, der hohl ist. Das Gehäuse 302 kann eine oder mehrere Öffnungen, Anschlüsse, Ausnehmungen oder Durchlässe 310 beinhalten. Die Durchlässe 310 ragen aus dem Inneren des Gehäuses 302 in den Innenabschnitt der Schwanenhalsleitung 284. Die Durchlässe 310 können abgewinkelt sein, dazu konfiguriert, Gas an das/von dem Kurbelgehäuse zu liefern, während sie die Gasstromstörung im Schwanenhalsleitung 284 minimieren.
Die Durchlässe 310 können auf eine symmetrische, asymmetrische, regelmäßige oder unregelmäßige Art geformt und beabstandet sein. Die Durchlässe 310 können dieselbe oder eine unterschiedliche Form aufweisen. Beispielsweise können die Durchlässe 310 kreisförmig, oval, länglich, quadratisch, rechteckig, mehrwinklig sein. Wie 11 und 12 zeigen, kann das Gehäuse 302 eine Anzahl erster Durchlässe 310' beinhalten, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und eine weitere Anzahl zweiter Durchlässe 310", die als ein länglicher Schlitz konfiguriert sind. Zusammen tragen die Durchlässe zu einem optimalen Luftstrom bei.
Um weiter zu einem optimalen Luftstrom zu/von dem Kurbelgehäuse beizutragen, während die Störung des Luftstroms in der Schwanenhalsleitung 284 verhindert wird, beinhaltet die PCV-Vorrichtung 300 einen Kanal 304, der einen Anschluss 306 und einen Umleiter 308 aufweist, die sich im Kanal 304 befinden. Der Kanal 304 kann aus einem mittleren Abschnitt des Gehäuses 302 herausragen und sich in die Richtung einer Luftzufuhr für das Kurbelgehäuse erstrecken. Der Kanal 304 kann einen konstanten Durchmesser aufweisen. Alternativ kann der Kanal 304 sich verjüngen. Der Kanal 304 beinhaltet einen Anschluss oder eine Auslassmündung 306.
Die PCV-Vorrichtung beinhaltet einen Umleiter 308. Der Umleiter 308 befindet sich im Kanal 304, wobei er sich in die Richtung der Durchlässe 310 des Gehäuses 302 erstreckt. Alternativ dazu ist der Umleiter 308 im Gehäuse 302 angeordnet, wobei er sich in die Richtung des Anschlusses 306 in den Kanal 304 erstreckt. Der Umleiter 308 kann eine beliebige Form aufweisen. Der Umleiter kann eine Platte sein. Der Umleiter 312 kann allgemein flach sein. Die Platte kann wie eine Zunge oder eine Klinge geformt sein, die ein erstes Ende 312 aufweist, das sich verjüngt, und ein zweites Ende, das einen gegabelten Endabschnitt 314 aufweist. Der gegabelte Endabschnitt 314 kann Abmessungen aufweisen, die gleich, kleiner oder größer als der Durchmesser des Kanals 304 ist.
Die PCV-Vorrichtung 300 oder Abschnitte davon, wie etwa das Gehäuse 302 und die Durchlässe 310, können als integrale Bestandteile des Ansaugkrümmers 238 gebildet sein. Der Umleiter 308 kann entweder als ein integraler Bestandteil des Ansaugkrümmers 238 gebildet sein oder separat gebildet und in den Kanal 304 eingefügt sein.
In noch einer alternativen Ausführungsform kann der einteilige Ansaugkrümmer 238 eine EGR-Vorrichtung beinhalten. Die EGR-Vorrichtung 316 dient als Stickoxidreduktionsvorrichtung, dazu in der Lage, einen Teil des Motorabgases zu den Motorzylindern zurückzuführen. Das Gas, das durch den Ansaugkrümmer 238 strömt, wird mit Gasen bereichert, die verbrennungsinaktiv sind und als Absorptionsmittel von Verbrennungshitze agieren, was Spitzentemperaturen in den Zylindern reduziert.
Die typische EGR-Einlassmündung befindet sich im Ansaugkrümmereinlass, dem Drosselkörper nachgelagert oder in der Nähe des Drosselkörperadapterbereichs. Der Anschluss, genau wie die PCV-Einlassmündung, ist typischerweise maschinell hergestellt, was einen Anschluss mit scharfen Kanten hinterlässt. Daher wird, wenn das EGR-System aktiv ist, Abgas in den Gasstrom in dem Ansaugkrümmer durch den Anschluss eingeführt, was eine Störung des Gasstroms verursachen kann. Zudem ist aufgrund des einzelnen Anschlusses das Mischen des Abgases mit dem in der Schwanenhalsleitung 284 vorliegenden Gas minimal.
Um das Mischen des Abgases mit dem im Innern der Schwanenhalsleitung 284 vorliegenden Gases sowie die Gesamtleistung und Motoreffizienz zu verbessern, wird die EGR-Vorrichtung offenbart. Die EGR-Vorrichtung 316, in 9, 11 und 13 abgebildet, beinhaltet ein Rohr 318 neben dem Außenabschnitt der Schwanenhalsleitung 284 und/oder das sich von einem Außenabschnitt der Schwanenhalsleitung 284 erstreckt. Das Rohr 318 ist spiralförmig. Das Rohr 318 kann eine andere Form als eine Spirale aufweisen. Das Rohr 318 kann einen allgemeinen kreisförmigen, ovalen, rechteckigen, quadratischen, regelmäßigen oder unregelmäßigen Querschnitt aufweisen. Das Rohr 318 ist hohl und ermöglicht den Strom von Abgas durch das Rohr 318. Das Rohr 318 kann einen einheitlichen oder nichteinheitlichen Durchmesser aufweisen. Das Rohr 318 kann einheitliche Abmessungen über seine gesamte Länge hin aufweisen. Das Rohr 318 kann sich um einen Teil der Schwanenhalsleitung 284 wickeln. Die Anzahl von Windungen der Spirale kann 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr sein.
Das Rohr 318 beinhaltet einen oder mehrere Durchlässe 320, die das Rohr 318 mit einem Innenabschnitt der Schwanenhalsleitung 284 verbinden. Die Durchlässe 320 können längliche Schlitze sein. Alternativ oder zusätzlich dazu können verschiedenförmige Durchlässe 320 vorhanden sein, es können beispielsweise kreisförmige, quadratische, ovale Durchlässe, dergleichen oder eine Kombination davon beinhaltet sein. Die Durchlässe 320 können entlang der Länge des Rohrs 318 auf regelmäßige oder unregelmäßige Art verteilt sein. Die Durchlässe 320 können eine Dispersion des Abgases entlang der Länge des Rohrs 318 ermöglichen, sodass das Mischen von Abgas und Gas, das in der Schwanenhalsleitung 284 vorhanden ist, allmählich und effizienter ist.
In mindestens einer Ausführungsform kann sich die EGR-Vorrichtung 316 neben der PCV-Vorrichtung 300 oder dem Gehäuse 302 befinden. Sowohl die EGR-Vorrichtung 316 als auch die PCV-Vorrichtung 300 können dem Drosselkörper 286 nachgelagert sein. Die PCV-Vorrichtung 300 kann sich neben zwei gewickelten Bereichen oder Windungen des EGR-Rohrs 318 befinden.
Ein Verfahren zum Bilden des Ansaugkrümmers 238 wird ebenfalls hierin offenbart. Was eine Produktion des offenbarten Ansaugkrümmers, der einzigartige strukturelle Merkmale aufweist, die in den Figuren abgebildet und oben beschrieben sind, möglich machen könnte, ist additive Fertigung. Additive Fertigungsprozesse betreffen Technologie, die 3-D-Objekte bauen, indem Schicht für Schicht Material aufgeschichtet wird. Das Material kann Plastik, Metall, Beton oder dergleichen sein. Additive Fertigung beinhaltet eine Anzahl von Technologien, wie etwa 3-D-Drucken, Rapid Prototyping, Direktfertigung, Schichtfertigung, additive Herstellung, VAT-Photopolymerisation einschließlich Stereolithographie (SLA) und Digital Light Processing (DLP), Material Jetting, Binder Jetting, Materialextrudieren, Powder Bed Fusion, Folienlaminierung, Directed Energy Deposition und dergleichen.
Frühe additive Fertigung konzentrierte sich auf Vorproduktionsvisualisierungsmodelle, Herstellung von Prototypen und dergleichen. Die Qualität der hergestellten Artikel bestimmt ihre Nutzung und umgekehrt. Die frühen Artikel, die durch additive Fertigung gebildet wurden, waren allgemein nicht dazu vorgesehen, langfristiger Nutzung standzuhalten. Die Ausrüstung für additive Fertigung war außerdem teuer und die Geschwindigkeit hinderte eine weitverbreitete Nutzung additiver Fertigung für Anwendungen mit hohem Volumen. Doch in letzter Zeit sind additive Fertigungsprozesse schneller und günstiger geworden. Additive Fertigungstechnologien haben sich außerdem im Hinblick auf die Qualität der hergestellten Artikel verbessert.
Es kann eine beliebige additive Fertigungstechnik zum Produzieren des offenbarten Ansaugkrümmers 238 benutzt werden, da additive Fertigungstechnologien nach einem ähnlichen Prinzip betrieben werden. Das Verfahren kann die Verwendung eines Computers, 3-D-Modellierungssoftware (Computer Aided Design oder CAD), einer Maschine, die dazu fähig ist, Material aufzutragen, um den geschichteten Ansaugkrümmer zu schaffen, und das Schichtmaterial beinhalten. Ein beispielhaftes Verfahren kann auch das Erstellen eines virtuellen Designs des Ansaugkrümmers in einer CAD-Datei mittels eines 3-D-Modellierungsprogramms oder unter Verwendung eines 3-D-Scanners beinhalten, der eine digitale 3-D-Kopie des Ansaugkrümmers herstellt, beispielsweise von einem bereits hergestellten Ansaugkrümmer. Das Verfahren kann beinhalten, die digitale Datei in Scheiben zu schneiden, wobei jede Scheibe Daten enthält, sodass der Ansaugkrümmer Schicht für Schicht gebildet werden kann. Das Verfahren kann das Lesen jeder Scheibe durch eine Maschine beinhalten, die das schichtende Material aufträgt. Das Verfahren kann beinhalten, aufeinanderfolgende Schichten des schichtenden Materials in einem flüssigen, Puder- oder Blattformat hinzuzufügen und das Bilden des Ansaugkrümmers, während jede Schicht mit der nächsten Schicht verbunden wird, sodass kaum visuell sichtbare Zeichen der getrennt aufgebrachten Schichten vorliegen. Die Schichten bilden den dreidimensionalen soliden Ansaugkrümmer, der oben beschrieben ist, der ein Kammergehäuse mit einem Gaseinlass beinhaltet, wobei das Gehäuse eine Vielzahl von Schwingrohren beinhaltet, wobei jedes Schwingrohr mit einer Öffnung endet, die zu einem Gasverteilungskanal führt, der einen Gasauslass an seinem gegenüberliegenden Ende aufweist, sodass der additive Fertigungsprozess ein einteiliges, einstückiges Teil bildet. Das Verfahren kann auch das Bilden zusätzlicher Merkmale als integrale Bestandteile des Ansaugkrümmers 238 durch additive Fertigung beinhalten, zum Beispiel die EGR-Vorrichtung 316, die PCV-Vorrichtung 300, die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 292, den Drosselkörper 286, dergleichen oder zumindest einen Abschnitt davon. Das verwendete Material kann Metall, Kunststoff, Verbundwerkstoff, dergleichen oder eine Kombination davon sein.
Der additiv gefertigte Ansaugkrümmer 238 muss sich möglicherweise einem oder mehreren Nachverarbeitungsschritten unterziehen, um das endgültige 3-D-Objekt zu ergeben, beispielsweise Stabilisierung. Stabilisierung betrifft das Anpassen, Modifizieren, Verbessern, Abändern, Aufrechterhalten, Beibehalten, Ausgleichen oder Ändern einer oder mehrerer Eigenschaften des Ansaugkrümmers, der durch additive Fertigung gebildet wurde, sodass der gebildete Ansaugkrümmer vorbestimmte Standards nach der Fertigung erfüllt.
Der stabilisierte Ansaugkrümmer bleibt mehrere Stunden, Tage, Wochen, Monate, Jahre und/oder Jahrzehnte nach Fertigung in Übereinstimmung mit verschiedenen Standards. Die zu ändernde Eigenschaft kann physische, chemische, optische und/oder mechanische Eigenschaften betreffen. Die Eigenschaften können Dimensionsstabilität, Funktionalität, Dauerhaftigkeit, Verschleißfestigkeit, Verblassenbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Wasserbeständigkeit, Ultraviolett(UV)-Beständigkeit, Hitzebeständigkeit, Formgedächtnis, erwünschte Glanz-, Farb-, mechanische Eigenschaften wie etwa Zähigkeit, Festigkeit, Flexibilität, Erweiterung, dergleichen oder eine Kombination davon beinhalten.
Additive Fertigung ermöglicht das Bilden komplizierter Formen, welligen Formen, glatter Konturen und allmählicher Übergänge zwischen benachbarten Segmenten oder Teilen des einteiligen Ansaugkrümmers, was in einer gleichmäßigeren Gasverteilung an den Motor resultiert. Der Ansaugkrümmer 238, der durch das oben beschriebene Verfahren gebildet wird, kann frei von Befestigungsmitteln, Klebstoffen und anderen Arten von Haftmitteln sein, die für die traditionelle Ansaugkrümmerfertigung typisch sind.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Offenbarung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke beschreibende und nicht einschränkenden Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Motorkomponente bereitgestellt, die übereinanderliegende Schichten aufweist, die einen Ansaugkrümmer definieren, der eine Vielzahl von Schwingrohren aufweist, die jeweils einen Gasauslass beinhalten, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer, die eine endoskelettale Stützstruktur beinhaltet, die Kanäle bildet, die strahlenförmig um einen Einlass angeordnet sind und in die Schwingrohre übergehen, sodass keine Abdichtung zwischen der Kammer und den Schwingrohren vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform ragt die endoskelettale Stützstruktur von entgegengesetzten Flächen der Kammer nach innen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die endoskelettale Stützstruktur eine größere Dicke auf als der Rest der Kammer.
Gemäß einer Ausführungsform weist die endoskelettale Stützstruktur nichteinheitliche Abmessungen auf.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Kanal, der in ein Schwingrohr neben dem Gaseinlass übergeht, einen Expansionsbereich aufweisen, der von einer Teilwand und einer Außenseite der Kammer definiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform geht jeder der Kanäle in eines der Schwingrohre über eine Öffnung übergehen, die einen ovalen Querschnitt aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Öffnung kann einen Flansch.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Ansaugkrümmer aus Metall, Kunststoff, einem Verbundwerkstoff oder einer Kombination davon.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Motorkomponente offenbart, die einen Ansaugkrümmer aus übereinanderliegenden Schichten aufweist, die eine Vielzahl von Schwingrohren definieren, die jeweils einen Gasauslass beinhalten, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer, die eine endoskelettale Stützstruktur beinhaltet, die Kanäle bildet, die strahlenförmig um einen geteilten Gaseinlass angeordnet sind, der sich nach außen in einen Schwanenhals erstreckt, wobei der Schwanenhals nach und nach in die Kanäle und Schwingrohre übergeht, sodass keine Abdichtung zwischen dem Schwanenhals, der Kammer und den Schwingrohren vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Schwanenhals über seine Länge hin einheitliche Abmessungen aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform ragt die endoskelettale Stützstruktur von entgegengesetzten Flächen der Kammer nach innen.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Kanäle nichteinheitliche Abmessungen auf.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Kanal, der in ein Schwingrohr neben dem Einlass übergeht, einen Expansionsbereich, der von einer Teilwand und einer Außenseite der Kammer definiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform geht jeder der Kanäle in eines der Schwingrohre über eine Öffnung über, die einen ovalen Querschnitt aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren das Bilden, mittels additiver Fertigung, eines Ansaugkrümmers für einen Verbrennungsmotor aus übereinanderliegenden Schichten, die Schwingrohre definieren, die jeweils einen Gasauslass beinhalten, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer, die Teilwände beinhaltet, die Kanäle bilden, die strahlenförmig um einen gemeinsamen Gaseinlass angeordnet sind und in die Schwingrohre übergehen, sodass keine Abdichtung zwischen der Kammer und den Schwingrohren vorliegt, wobei die Teilwände, welche die endoskelettale Stützstruktur bilden, dazu konfiguriert sind, den Ansaugkrümmer zu stützen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Bilden, die Kammer derart zu formen, dass die Teilwände von entgegengesetzten Flächen der Kammer nach innen ragen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Bilden, jeden Kanal anders zu bemessen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Bilden, jeden der Kanäle derart zu modulieren, dass jeder der Kanäle in eines der Schwingrohre über eine Öffnung übergeht, die einen ovalen Querschnitt aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die obige Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwanenhals gebildet wird, der sich von dem Gaseinlass nach außen erstreckt, sodass der Schwanenhals nach und nach in die Kanäle übergeht und keine Abdichtung zwischen dem Schwanenhals und der Kammer vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Bilden, den Ansaugkrümmer aus Metall, Kunststoff, Verbundwerkstoff oder einer Kombination davon zu formen.

Claims

Motorkomponente, Folgendes umfassend: übereinanderliegende Schichten, die einen Ansaugkrümmer definieren, der eine Vielzahl von Schwingrohren aufweist, die jeweils einen Gasauslass beinhalten, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer, die eine endoskelettale Stützstruktur beinhaltet, die Kanäle bildet, die strahlenförmig um einen Einlass angeordnet sind und in die Schwingrohre übergehen, sodass keine Abdichtung zwischen der Kammer und den Schwingrohren vorliegt.
Motorkomponente nach Anspruch 1, wobei die Öffnung einen Flansch umfasst.
Motorkomponente, Folgendes umfassend: einen Ansaugkrümmer aus übereinanderliegenden Schichten, die eine Vielzahl von Schwingrohren definieren, die jeweils einen Gasauslass beinhalten, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer, die eine endoskelettale Stützstruktur beinhaltet, die Kanäle bildet, die strahlenförmig um einen geteilten Gaseinlass angeordnet sind, der sich nach außen in einen Schwanenhals erstreckt, wobei der Schwanenhals nach und nach in die Kanäle und Schwingrohre übergeht, sodass keine Abdichtung zwischen dem Schwanenhals, der Kammer und den Schwingrohren vorliegt.
Motorkomponente nach Anspruch 3, wobei der Schwanenhals über seine Länge hin einheitliche Abmessungen aufweist.
Motorkomponente nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kanäle nichteinheitliche Abmessungen aufweisen.
Motorkomponente nach Anspruch 1 oder 3, wobei jeder der Kanäle über eine Öffnung mit einem ovalen Querschnitt in eines der Schwingrohre übergeht.
Motorkomponente nach Anspruch 1 oder 3, wobei ein Kanal, der in ein Schwingrohr neben dem Gaseinlass übergeht, einen Expansionsbereich umfasst, der von einer Teilwand und einer Außenseite der Kammer definiert wird.
Motorkomponente nach Anspruch 1 oder 3, wobei die endoskelettale Stützstruktur von entgegengesetzten Flächen der Kammer nach innen ragt.
Motorkomponente nach Anspruch 1 oder 3, wobei die endoskelettale Stützstruktur eine größere Dicke aufweist als ein Rest der Kammer.
Motorkomponente nach Anspruch 1 oder 3, wobei die endoskelettale Stützstruktur nichteinheitliche Abmessungen aufweist.
Verfahren, Folgendes umfassend: Bilden, mittels additiver Fertigung, eines Ansaugkrümmers für einen Verbrennungsmotor aus übereinanderliegenden Schichten, die Schwingrohre definieren, die jeweils einen Gasauslass beinhalten, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer, die Teilwände beinhaltet, die Kanäle bilden, die strahlenförmig um einen gemeinsamen Gaseinlass angeordnet sind und in die Schwingrohre übergehen, sodass keine Abdichtung zwischen der Kammer und den Schwingrohren vorliegt, wobei die Teilwände, welche die endoskelettale Stützstruktur bilden, dazu konfiguriert sind, den Ansaugkrümmer zu stützen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bilden beinhaltet, die Kammer derart zu formen, dass die Teilwände von entgegengesetzten Flächen der Kammer nach innen ragen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Bilden beinhaltet, jeden Kanal anders zu bemessen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, wobei das Bilden beinhaltet, jeden der Kanäle derart zu modulieren, dass jeder der Kanäle in eines der Schwingrohre über eine Öffnung übergeht, die einen ovalen Querschnitt aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11-14, ferner umfassend das Bilden eines Schwanenhalses, der sich von dem Gaseinlass nach außen erstreckt, sodass der Schwanenhals nach und nach in die Kanäle übergeht und keine Abdichtung zwischen dem Schwanenhals und der Kammer vorliegt.