DE102019100775A1

DE102019100775A1 - Einstückiger Ansaugkrümmer

Info

Publication number: DE102019100775A1
Application number: DE102019100775.5A
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: US20190219009A1; CN110043401A; US20200408177A1; US11293387B2; US10801448B2

Abstract

Ein Motorbauteil beinhaltet einen Ansaugkrümmer aus geschichteten Schichten, die eine Vielzahl von Schwingrohren definieren, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer mit Teilwänden, die Kanäle bilden, die von einem gemeinsamen Gaseinlass ausgehen, der sich in eine Schwanenhalsleitung mit einem integrierten Drosselkörper erstreckt. Die Schwanenhalsleitung geht in die Kanäle und Schwingrohre über, so dass keine Dichtung zwischen Schwanenhals, Kammer und Schwingrohren vorliegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Ausführungsformen betreffen einen einstückigen Ansaugkrümmer mit integriertem Drosselkörpergehäuse und Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug und ein Verfahren für dessen Herstellung.
HINTERGRUND
Ein Ansaug- oder Einlasskrümmer ist ein Teil des Motors, der das Kraftstoff-Luft-Gemisch den Zylindern des Motors zuführt. Die Hauptfunktion des Ansaugkrümmers besteht darin, die Ansauggase gleichmäßig auf jede Ansaugöffnung in den Zylinderköpfen zu verteilen, da eine gleichmäßige Verteilung den Wirkungsgrad und die Leistung des Motors optimiert. Das Design und die Geometrie des Ansaugkrümmers beeinflussen die Gasströmung, Turbulenzen, Druckverluste und andere Luftströmungsphänomene im Ansaugkrümmer.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Motorbauteil offenbart. Das Motorbauteil beinhaltet einen Ansaugkrümmer aus geschichteten Schichten. Der Ansaugkrümmer definiert eine Vielzahl von Schwingrohren, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der zu einem Zylinderkopf führt. Der Ansaugkrümmer definiert ferner eine Kammer mit Teilwänden, die Kanäle bilden, die einen gemeinsamen Gaseinlass gemeinsam haben, der sich in eine Schwanenhalsleitung mit einem damit integrierten Drosselkörper erstreckt, so dass die Schwanenhalsleitung ohne Dichtung in die Kanäle und Schwingrohre übergeht. Der Drosselkörper kann eine in die Schwanenhalsleitung integrierte Welle und ein Ventil beinhalten, das konfiguriert ist, um den Gasstrom in der Schwanenhalsleitung zu behindern. Die Welle kann sich von einer ersten Seite der Schwanenhalsleitung zu einer zweiten Seite der Schwanenhalsleitung erstrecken. Der Drosselkörper kann angrenzend an eine Öffnung angeordnet sein, die sich auf einer gegenüberliegenden Seite der Schwanenhalsleitung als der Gaseinlass befindet. Der Drosselkörper kann vollständig in die Schwanenhalsleitung integriert werden. Die Teilwände können eine Endoskelettstruktur bilden, die konfiguriert ist, um den Ansaugkrümmer zu stützen. Die Teilwände können von den gegenüberliegenden Seiten der Kammer nach innen ragen. Die Teilwände können eine größere Dicke aufweisen als ein Rest der Kammer.
In einer alternativen Ausführungsform wird ein Motorsystem offenbart. Das Motorsystem kann einen Zylinderkopf und ein geschichtetes Material beinhalten, das einen Ansaugkrümmer definiert. Der Ansaugkrümmer weist eine Vielzahl von Schwingrohren auf, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der mit dem Zylinderkopf verbunden ist. Der Ansaugkrümmer weist ferner eine Vielzahl von Schwingrohren auf, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der mit dem Zylinderkopf verbunden ist. Die Kraftstoffeinspritzung kann ein Rohr beinhalten, das sich von einem ersten Ende in einen Düsenabschnitt an einem zweiten Ende verjüngt. Die Schwanenhalsleitung kann einen Abschnitt mit erhöhter Dicke beinhalten, der als Stütze für die Kraftstoffeinspritzung angeordnet ist, wobei sich die Stütze von einer äußeren Schicht der Schwanenhalsleitung nach außen erstreckt. Die Kraftstoffeinspritzung kann sich von einer Außenseite der Schwanenhalsleitung zu einer Innenseite der Schwanenhalsleitung erstrecken. Der Düsenabschnitt kann von einer Außenseite der Schwanenhalsleitung in eine Innenseite der Schwanenhalsleitung in unmittelbarer Nähe einer Öffnung der Schwanenhalsleitung ragen. Der Düsenabschnitt kann eine Spitze mit einer Vielzahl von Aperturen beinhalten, um Gas in die Schwanenhalsleitung zu spritzen. Das Motorsystem kann ferner einen Drosselkörper beinhalten, der sich in einem Hohlraum der Schwanenhalsleitung befindet. Der Drosselkörper und die Kraftstoffeinspritzung können benachbart zueinander sein, so dass der Düsenabschnitt konfiguriert ist, um Kraftstoff in Richtung einer Klappe des Drosselkörpers auszustoßen, um zu verhindern, dass Gas in die Schwanenhalsleitung gelangt.
In einer noch alternativen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden von Materialschichten, die einen Ansaugkrümmer für Brennkraftmaschinen definieren, durch additive Herstellung offenbart. Der Ansaugkrümmer weist eine Vielzahl von Schwingrohren auf, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer mit Teilwänden, die Kanäle bilden, die einen gemeinsamen Gaseinlass bilden, der sich nach außen in eine Schwanenhalsleitung mit einer darin aufgenommenen Kraftstoffeinspritzung, einem Drosselkörper oder beidem erstreckt, wobei die Schwanenhalsleitung in die Kanäle und Schwingrohre übergeht, so dass keine Dichtung zwischen Schwanenhalsleitung, Kammer und Schwingrohren vorliegt, und die Teilwände eine Endoskelettstruktur bilden, die konfiguriert ist, um den Ansaugkrümmer zu stützen. Das Verfahren kann ferner das Bilden einer Stütze für die Kraftstoffeinspritzung in einer äußeren Schicht der Schwanenhalsleitung beinhalten. Das Bilden kann das Formen der Kraftstoffeinspritzung als Rohr beinhalten, das sich teilweise in der Außenseite der Schwanenhalsleitung befindet und in ein Inneres der Schwanenhalsleitung ragt. Das Bilden kann das Formen der Kraftstoffeinspritzung als Rohr beinhalten, das sich teilweise in der Außenseite der Schwanenhalsleitung befindet und in ein Inneres der Schwanenhalsleitung ragt. Das Bilden kann das Bilden einer Kraftstoffeinspritzspitze mit einer Vielzahl von Aperturen beinhalten.
Figurenliste

1 veranschaulicht ein Schema eines nicht einschränkenden Beispiels einer Brennkraftmaschine, die in der Lage ist, verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu anzuwenden;
2 veranschaulicht eine Explosionszeichnung eines Beispiel-Ansaugkrümmers gemäß dem Stand der Technik;
3 veranschaulicht eine Explosionszeichnung eines alternativen Beispiel-Ansaugkrümmers gemäß dem Stand der Technik;
4 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines nicht einschränkenden Beispiels eines einstückigen Ansaugkrümmers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
5 zeigt eine Querschnittsansicht durch den einstückigen Ansaugkrümmer von 4 entlang der Linie 5-5;
6 zeigt eine alternative Querschnittsansicht durch den einstückigen Ansaugkrümmer von 4 entlang der Linie 6-6;
7 zeigt noch eine alternative Querschnittsansicht durch den einstückigen Ansaugkrümmer von 4 entlang der Linie 7-7;
8 zeigt eine alternative Ausführungsform des einstückigen Ansaugkrümmers mit einem nicht einschränkenden Beispiel für einen hier offenbarten Gaseinlasskanal;
9 veranschaulicht eine Querschnittsansicht durch den Abschnitt des Gaseinlasskanals von 8 entlang der Linie 9-9;
10 zeigt eine Detailansicht eines Abschnitts der in 9 dargestellten Kraftstoffeinspritzung;
11 zeigt eine Querschnittsansicht einer Beispiel PCV-Vorrichtung von 9 entlang der Linie 11-11;
12 zeigt eine alternative Ansicht der PCV-Vorrichtung; und
13 zeigt eine noch alternative Ansicht des Gaseinlasskanals mit einer Beispiel-AGR-Vorrichtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen mehrere und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die spezifischen strukturellen und funktionellen Details, die hier offenbart sind, nicht als begrenzend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Basis zum Lehren eines Fachmanns, dass er die vorliegende Erfindung vielfältig einsetzt. Der Durchschnittsfachmann versteht, dass mehrere Merkmale, die mit Bezug auf jede beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen in einer oder mehreren anderen Figuren kombiniert werden können, um Ausführungsformen zu produzieren, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Mehrere Kombinationen und Modifikationen der Merkmale im Einklang mit den Lehren dieser Offenbarung könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht werden.
Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind alle numerischen Größen in dieser Beschreibung, die Abmessungen oder Materialeigenschaften angeben, als durch das Wort „etwa“ modifiziert zu verstehen, um den weitesten Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben.
Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung und gilt entsprechend für normale grammatikalische Variationen der ursprünglich definierten Abkürzung. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, wird die Messung einer Eigenschaft durch die gleiche Technik bestimmt, auf die zuvor oder später für dieselbe Eigenschaft Bezug genommen wurde.
Im Einzelnen wird auf die den Erfindern bekannten Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Erfindung verwiesen. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Daher sind die spezifischen Details, die hier offenbart sind, nicht als begrenzend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Basen zum Lehren eines Fachmanns, so dass er die vorliegende Erfindung vielfältig einsetzt.
Geometrie, Ausrichtung und Design eines Ansaugkrümmers haben direkten Einfluss auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine. 1 veranschaulicht ein schematisches, nicht einschränkendes Beispiel für eine Brennkraftmaschine 20. Der Motor 20 weist eine Vielzahl von Zylindern 22 auf, von denen einer veranschaulicht ist. Der Motor 20 kann eine beliebige Anzahl von Zylindern 22 aufweisen, einschließlich drei, vier, sechs, acht oder einer anderen Anzahl. Die Zylinder können in verschiedenen Konfigurationen im Motor positioniert werden, zum Beispiel als V-Motor, Reihenmotor oder eine andere Anordnung.
Der Beispiel-Motor 20 weist eine Brennkammer 24 auf, 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 Fluidverbindung mit einem Beispiel-Ansaugkrümmer 38 und dem Abgaskrümmer 40. Ein Einlassventil 42 steuert den Durchfluss vom Ansaugkrümmer 38 in die Brennkammer 24. Ein Auslassventil 44 steuert den Durchfluss von der Brennkammer 24 zum Abgaskrümmer 40. Die Einlass- und Auslassventile 42, 44 können auf verschiedene Weise betrieben werden, wie es in der Technik zur Steuerung des Motorbetriebs bekannt ist.
Eine Kraftstoffeinspritzung 46 gibt Kraftstoff aus einem Kraftstoffsystem direkt in die Brennkammer 24 ab, so dass der Motor ein Direkteinspritzmotor ist. Ein Niederdruck- oder Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem kann mit dem Motor 20 verwendet werden, oder ein Saugrohreinspritzsystem kann in anderen Beispielen verwendet werden. Ein Zündsystem beinhaltet eine Zündkerze 48, die so gesteuert wird, dass sie Energie in Form eines Funkens zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer 24 bereitstellt. In anderen Ausführungsformen können andere Kraftstoffzufuhrsysteme und Zündsysteme oder - techniken, einschließlich Kompressionszündung, verwendet werden.
Der Motor 20 beinhaltet eine Steuerung und verschiedene Sensoren, die konfiguriert sind, um Signale an die Steuerung zum Steuern der Luft- und Kraftstoffzufuhr zum Motor, des Zündzeitpunktes, der Leistung und des Drehmoments des Motors und dergleichen bereitzustellen. Motorsensoren können einen Sauerstoffsensor im Abgaskrümmer 40, eine Motorkühlmitteltemperatur, einen Gaspedalpositionssensor, einen Motorverteilerdrucksensor (MAP), einen Motorpositionssensor für die Kurbelwellenposition, einen Luftmassensensor im Ansaugkrümmer 38, einen Drosselklappenpositionssensor und dergleichen beinhalten, sind darauf jedoch nicht beschränkt.
In einigen Ausführungsformen kann der Motor 20 als einzige Antriebsmaschine in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem konventionellen Fahrzeug oder einem Stopp-Startfahrzeug, verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann der Motor in einem Hybridfahrzeug verwendet werden, in dem eine zusätzliche Antriebsmaschine, wie beispielsweise eine elektrische Maschine, verfügbar ist, um zusätzliche Leistung für den Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen.
Jeder Zylinder 22 kann unter einem Viertaktzyklus betrieben werden, der einen Saughub, einen Kompressionshub, einen Zündhub und einen Auslasshub beinhaltet. In anderen Ausführungsformen kann der Motor mit einem Zweitaktzyklus betrieben werden. Während des Saughubs öffnet sich das Einlassventil 42 und das Auslassventil 44 schließt sich, während sich der Kolben 34 von der Oberseite des Zylinders 22 zur Unterseite des Zylinders 22 bewegt, um Luft aus dem Ansaugkrümmer 38 in die Brennkammer 24 einzubringen. Die Kolbenposition 34 oben am Zylinder 22 wird allgemein als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. Die Kolbenposition 34 am unteren Ende des Zylinders 22 wird allgemein als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet.
Während des Kompressionshubs sind die Ein- und Auslassventile 42, 44 geschlossen. Der Kolben 34 bewegt sich von unten nach oben zum Zylinder 22, um die Luft in der Brennkammer 24 zu komprimieren.
Anschließend wird der Kraftstoff in die Brennkammer 24 eingebracht und gezündet. In dem dargestellten Motor 20 wird der Kraftstoff in die Kammer 24 eingespritzt und dann über die Zündkerze 48 gezündet. In anderen Beispielen kann der Kraftstoff durch Kompressionszündung gezündet werden.
Während des Expansionshubs dehnt sich das gezündete Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer 24 aus, wodurch sich der Kolben 34 von der Oberseite des Zylinders 22 zur Unterseite des Zylinders 22 bewegt. Die Bewegung des Kolbens 34 bewirkt eine entsprechende Bewegung der Kurbelwelle 36 und sorgt für ein mechanisches Drehmoment des Motors 20.
Während des Auslasshubs 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 vom Verbrennungszylinder 22 zum Abgaskrümmer 40 und zu einem Nachbehandlungssystem, wie beispielsweise einem Katalysator.
Die Positionen und Zeitsteuerung des Einlass- und Auslassventils 42, 44 sowie der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt können für die verschiedenen Motorhübe variiert werden.
Der Motor 20 beinhaltet ein Kühlsystem, um Wärme aus dem Motor 20 abzuführen, und kann als Kühlmantel mit Wasser oder einem anderen Kühlmittel in den Motor 20 integriert werden.
Zwischen dem Zylinderblock 76 und dem Zylinderkopf 79 kann eine Zylinderkopfdichtung 78 eingefügt werden, um die Zylinder 22 abzudichten.
Das dargestellte nicht einschränkende Beispiel des Ansaugkrümmers 38, der zum Motor 20 führt, beinhaltet ein Kammergehäuse 50, das die Ansauggase auf die Schwingrohre 56 verteilt. Die Schwingrohre 56 stellen den Ansaugventilen 42 die Ansauggase, einschließlich Umgebungsluft, Abgase aus der Abgasrückführung, dergleichen oder eine Kombination derselben bereit. Eine Drosselklappe 90 ist bereitgestellt, um den Durchfluss der Ansauggase zum Kammergehäuse 50 zu steuern. Die Drosselklappe 90 kann mit einem elektronischen Drosselkörper zur elektronischen Steuerung der Ventilstellung verbunden werden. Der Ansaugkrümmer 38 kann mit einem Abgasrückführungssystem (AGR), einem Kanisterspülventil (CPV) und einem Kraftstoffsystem, einem positiven Kurbelgehäuseentlüftungssystem (PCV), einem Bremskraftverstärkersystem oder dergleichen oder einer Kombination derselben verbunden sein. Vor der Drosselklappe 90 kann ein Luftfilter (nicht dargestellt) bereitgestellt werden.
Typischerweise wird, wie in 2 dargestellt, ein Ansaugkrümmer 138 in Einzelteilen hergestellt, die anschließend zusammengesetzt werden. So zeigt 2 beispielsweise eine Explosionszeichnung eines Ansaugkrümmersystems 138 gemäß einer Ausführungsform zur Verwendung mit dem Motor in 1. Der Ansaugkrümmer 138 ist ein modulares System, das es ermöglicht, verschiedene separate Bauteile des Ansaugkrümmers variabel zu positionieren und zu dem Krümmer 138 zusammenzusetzen. Die Baugruppe erfordert die Herstellung von Einzelteilen, so dass der Ansaugkrümmer 138 in mehreren Konfigurationen basierend auf der Motorposition und den Überlegungen zur Fahrzeugverpackung montiert werden kann. Zu den einzelnen Einzelteilen gehören der Kammerkörper 150, die Endplatte 152 zur Aufnahme des Innenvolumens des Kammerkörpers 150, die Öffnungen 154 des Kammerkörpers 150 zur Aufnahme von Schwingrohren 156 und ein Drosselkörperanschluss 158.
Andere Ansaugkrümmer mit nur einer Einbauposition innerhalb des Motors, wie beispielsweise ein Ansaugkrümmer 138', wie in 3 dargestellt, werden typischerweise in Einzelstücken oder Teilen hergestellt und anschließend zusammengesetzt und mit Befestigungselementen, Klebstoffen, Schweißnähten oder einer Kombination derselben gesichert. 3 stellt einen Ansaugkrümmer 138' mit mehreren diskreten Teilen dar, einschließlich einer Kammer 150 und eines Einzelstücks, das eine Vielzahl von Schwingrohren 156 und einen Flansch 160 bildet, der an einem oberen Ende 162 der Kammer 150 mit Befestigungselementen 162 befestigt werden kann. Um die Kammer 150 weiter zu verstärken, werden typischerweise Rippen 164 am äußeren Teil der Kammer 150 angebracht.
Der Zusammenbau verschiedener Teile zu einem typischen Ansaugkrümmer ist jedoch recht komplex und zeitaufwendig. Im Interesse einer höheren Kraftstoffeffizienz können einige der Teile aus leichten Materialien wie Verbundwerkstoffen und Kunststoffen bestehen. Dies kann zu einer Reihe von Verbindungsteilen aus verschiedenen Materialien führen, was typischerweise eine Herausforderung darstellt, insbesondere wenn die Verbindung dicht sein soll. Die Montage ist zeitaufwendig und verlängert die Zykluszeit. Darüber hinaus sind immer dann, wenn eine Verbindung von mindestens zwei Bauteilen erforderlich ist, notwendige Kontrollprüfungen unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Verbindung korrekt hergestellt wird. Solche Prüfungen sind teuer und erhöhen die Zykluszeit.
Darüber hinaus stellen die traditionellen Herstellungsverfahren und die Notwendigkeit, einzelne Teile zusammenzusetzen, Einschränkungen in Bezug auf die Form der einzelnen Teile dar, die hergestellt werden können. Somit kann der Gesamtwirkungsgrad des Ansaugkrümmers begrenzt sein, da das Formvorbild aus Luftströmungssicht aus Kosten-, Zusammenbau- und Zeitgründen möglicherweise nicht praktisch ist.
Daher wäre es wünschenswert, einen Ansaugkrümmer mit reduzierter Herstellungskomplexität, verbesserter Effizienz und reduziertem Zeit- und Kostenaufwand für die Ansaugkrümmerfertigung auszustatten.
In einer oder mehreren Ausführungsformen wird ein einstückiger Ansaugkrümmer 238 offenbart, der einen oder mehrere Nachteile des vorstehend aufgeführten Standes der Technik überwindet. Der einstückige Ansaugkrümmer 238, wie beispielsweise in 4 dargestellt, beinhaltet eine Kammer oder ein Kammergehäuse 250 mit einem Gaseinlass 264, der sich allmählich in eine Vielzahl von Kanälen 256 erstreckt. Die Kammer 250 ist hohl und stellt ein Innenvolumen für die Ansauggase bereit, die über die Kanäle 256 zum Motor verteilt werden. Die Kammer 250 kann so bemessen und geformt werden, dass sie während des Motorbetriebs ein Teilvakuum aufweist. Das/die Ansauggas(e) kann Kraftstoff, Umgebungsluft, AGR-Gas oder eine Kombination davon beinhalten.
In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Kammer 250 zusätzliche Merkmale beinhalten, wie beispielsweise eine Sensorhalterung für einen Sensor, wie beispielsweise einen Einlassgastemperatursensor, einen Drucksensor, einen ähnlichen Sensor oder eine Kombination derselben. Die Kammer 250 kann eine Befestigungsfunktion 252 beinhalten, die zum Verbinden oder Stützen des Ansaugkrümmers 238 mit dem Motor, dem Fahrzeug oder beidem verwendet wird. Die Befestigungsfunktion 252 kann einen Flansch, eine Apertur oder dergleichen beinhalten, so dass der einstückige Ansaugkrümmer 238 am Motor, am Fahrzeug oder an beiden befestigt werden kann.
Während die Kammer gemäß dem Stand der Technik typischerweise ein „logarithmischer“ Kammerkörper mit einer Breite des inneren Hohlraums und einem Abstand zwischen den längsten Seiten recht regelmäßig ist, weist die offenbarte Kammer 250 eine variierende Form auf, die durch eine Vielzahl von Kanälen 256 definiert ist. Die Kammer 250 beinhaltet Teilwände 272, die die Kanäle 256 bilden, die vom gemeinsamen Gaseinlass 264 ausgehen. Die Teilwände 272 bilden eine Endoskelettstruktur, die konfiguriert ist, um den Ansaugkrümmer 250 zu stützen. Die Teilwände 272 trennen die Kanäle 256 voneinander. Die Teilwände 272 können von den gegenüberliegenden Seiten der Kammer 250 in den Hohlraum der Kammer ragen, erstrecken sich von einer Seite der Kammer zur anderen Seite, verbinden aber nicht die gegenüberliegenden Seiten der Kammer 250. Alternativ können die Teilwände 272 auch nur auf einer Seite der Kammer 250 gebildet werden. Die Kammer 250 weist daher an der Außenseite keine Rippen auf, da das Endoskelett, das durch die Teilwände 272 gebildet wird, die Kammer 250 verstärkt.
Die Teilwände 272 können eine größere Dicke/Höhe aufweisen als die Dicke der übrigen Abschnitte der Kammer 250. Die Teilwände 272 können eine variierende Höhe aufweisen, so dass sich mindestens eine Teilwand weiter in den Hohlraum der Kammer 250 erstreckt als mindestens eine andere Teilwand 272. Die Höhe der Teilwände 272 wird im Folgenden erläutert. Alternativ können alle Teilwände 272 die gleiche Höhe im Hohlraum der Kammer 250 aufweisen.
Die Kanäle 256, geteilt durch die Teilwände 272, können auf verschiedene Weise geformt werden. So können die Kanäle 256 zum Beispiel gerade, gekrümmt oder beides sein. Die Kanäle 256 können je nach Motordesign unterschiedliche Längen aufweisen. Die Kanäle 256 können so eingestellt werden, dass sie die Vorteile des Helmholtz-Resonanzeffekts nutzen. Jeder Kanal 256 kann unterschiedlich geformt sein, eine unterschiedliche Geometrie aufweisen, um den Luftstrom in den Motor zu maximieren. So kann zum Beispiel mindestens ein Kanal 256 andere Abmessungen aufweisen als die übrigen Kanäle 256. Die Abmessungen können Länge, Krümmungswinkel und Breite beinhalten. Die Abmessungen können innerhalb der Länge eines Kanals 256 variieren. So kann sich beispielsweise der Kanal 256 in Richtung vom Lufteinlass 264 zu einer Öffnung 254 erweitern.
Wie die 5 und 6 zeigen, bildet der Gaseinlass 264 ein erstes Ende der Kanäle 256. Die Kanäle 256 weisen ein zweites Ende 266 auf, das durch eine Öffnung oder Apertur 254 gebildet wird. Die Kanäle 256 können über die Öffnung 254 schrittweise in Schwingrohre 268 übergehen. Die Kanäle 256 gehen in die Schwingrohre über, so dass keine Dichtung zwischen der Kammer 250 und den Schwingrohren 268 vorhanden ist.
Die Apertur 254 ist am gegenüberliegenden Ende jedes Kanals 256 als der Gaseinlass 264 positioniert. Die Apertur 254 kann senkrecht zum Einströmen von Ansauggasen über den Gaseinlass 264 angeordnet werden. Die Öffnung 254 kann eine Glockenmundöffnung sein. Die Glockenmundöffnung 254 ist eine verjüngte Öffnung, bei der der Kegel einer Glockenform ähneln kann. Die Glockenmundöffnung 254 kann eine sich erweiternde oder reduzierende Öffnung sein. Der Winkel der Öffnung 254 kann bei etwa 30 - 60° oder bei etwa 45° verjüngt werden. Die Öffnung 254 erstreckt sich allmählich oder führt in eine Vielzahl von Schwingrohren 268. Der Übergang von den Kanälen 256 in die Öffnungen 254 und in die Schwingrohre 268 kann ohne Unterbrechung des Luftstroms reibungslos ablaufen, ein allmählicher Übergang der Krümmungen des gleichen Materials. Der Übergang der Kanäle 256 zur Öffnung kann einen Flansch 282 und eine Kerbe 255 beinhalten, für die in 7 Beispiele dargestellt sind.
Die Schwingrohre oder Kanäle 268, deren Querschnitt in 7 dargestellt ist, bilden einen konvergenten Einlass-Luftweg, der das Ansauggas in den Einlass des Motors oder in eine Ansaugöffnung des Zylinderkopfes leitet. Die Schwingrohre 268 können die gleichen oder unterschiedliche Abmessungen, Form oder beides aufweisen. Das Schwingrohr 268 kann einen kreisförmigen, ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Das Schwingrohr 268 kann den gleichen Querschnitt wie die Öffnung 254 aufweisen. Das Schwingrohr 268 kann kleiner werden, wenn das Gas über einen Auslass 270 in den Motor strömt. Das Schwingrohr 268 kann über seine gesamte Länge eine einheitliche Geometrie, Breite oder beides aufweisen. Die Integration der Glockenmundöffnung 254, die zu den Schwingrohren 268 führt, kann die Effizienz des Luftstroms über den Ansaugkrümmer 238 zum Motor erhöhen.
Die Querschnittsfläche der Glockenmundöffnung 254 kann größer sein als die des Schwingrohrs 268. Die Querschnittsfläche der Glockenmundöffnung 254 kann größer sein als die des Bereichs des Schwingrohrs 268. Die Querschnittsfläche der Glockenmundöffnung 254 kann so bemessen sein, dass die in die Glockenmundöffnung eintretende Luftgeschwindigkeit niedrig ist, um Lärm, Turbulenzen, Druckverlust und dergleichen zu reduzieren, und allmählich auf die gewünschte Auslegungsgeschwindigkeit des Schwingrohrs 268 ansteigt.
Der Querschnitt der Öffnung 254 kann rechteckig, quadratisch, rund, oval oder dergleichen sein. Die Öffnung 254 kann einen Flansch 282 um mindestens einen Teil ihres Umfangs aufweisen. Die Öffnung 254 kann den gleichen, kleineren oder größeren Durchmesser aufweisen als der Durchmesser des Gaseinlasses 264.
Wie in 6 in Bezug auf die Kanäle 256 weiter zu sehen ist, sind die einzelnen Kanäle 256 voneinander getrennt. Die Unterteilung kann durch einen oder mehrere Bereiche erfolgen, die Teilwände 272 bilden. Die Teilwände 272 können erhobene Abschnitte bilden, die sich in Richtung des Inneren der Kammer 250 erstrecken, jedoch keine gegenüberliegenden Flächen der Kammer 250 verbinden. Die Teilwände 272 können Seitenabschnitte jedes Kanals 256 bilden. Die Höhe der Teilwände 272 kann variieren. Die Teilwände 272 können Spitzen 278 aufweisen, die die höchsten Abschnitte der Trennflächen 272 bilden.
Die Kanäle 256 enthalten somit den flachsten Abschnitt 274 mit der Höhe h₁ , wobei die Teilwände einen Mittelabschnitt 276 mit der Höhe h₂ und eine Spitze 278 mit der Höhe h₃ aufweisen. h₁ > h₂ > h₃ . Zusätzliche erhöhte Abschnitte der Teilwände 272 mit zusätzlichen Höhen, die von h₁ , h₂ , h₃ abweichen, werden in Betracht gezogen.
Der flachste Abschnitt 274 jedes Kanals 256 kann eine andere Form und Fläche aufweisen als in den übrigen Kanälen 256. So kann beispielsweise der Kanal 256, der zu der Öffnung 254 führt, die am weitesten vom Lufteinlass 264 entfernt ist, den flachsten Abschnitt 274 beinhalten, der als Expansionsbereich 275 angeordnet ist. Der Expansionsbereich 275 kann durch eine Teilwand 272 zwischen den benachbarten Kanälen 256 und einer Außenseite 280 der Kammer 250 definiert werden. Ein weiterer Expansionsbereich kann in einen Kanal 256 neben dem Gaseinlass 264 beinhaltet sein, der durch eine Teilwand 272 und eine Außenseite der Kammer 280 definiert ist. Der Expansionsbereich 275 kann eine Breite aufweisen, die sich in Richtung vom Lufteinlass 264 zur Mundöffnung 254 hin vergrößert. Der Expansionsbereich 275 kann sich über die gesamte Länge zwischen dem Lufteinlass 264 und der Öffnung 254 erstrecken. Die Breite des Expansionsbereichs 275 kann über die gesamte Länge unterschiedlich sein, um die am besten optimierten Luftströmungsmuster zu berücksichtigen. Die variierende Breite des Expansionsbereichs ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des Ansauggases. Zum Beispiel w₃ > w₁ > w₂.
Im Gegensatz zum Expansionsbereich 275 des äußersten Kanals 256 und/oder des an den Gaseinlass 264 angrenzenden Kanals darf sich der flachste Abschnitt 274 der übrigen Kanäle 256 nicht vom Gaseinlass 264 erstrecken, sondern muss in den mittleren Abschnitten 276 und Spitzen 278 der Teilwände 272 eingeschlossen sein. Somit treffen die über den Gaseinlass 264 in die Kammer 250 eintretenden Einlassgase überwiegend auf den offenen Expansionsbereich 275. Insbesondere der Expansionsbereich 275 im Kanal 256 angrenzend an den Gaseinlass 264 ermöglicht es, Gas in den Kanal 256 zu leiten, der gemäß dem Stand der Technik typischerweise schwer mit Gas zu versorgen ist. Der Zweck dieses Designs ermöglicht somit eine gleichmäßige Verteilung der Ansauggase innerhalb der gesamten Kammer 250 und des Ansaugkrümmers 238, so dass die Gase vom Gaseinlass 264 über die Kanäle 256 zur Öffnung 254, über die Schwingrohre 268 und den Auslass 270 gleichmäßig fließen. Eine gleichmäßige Verteilung optimiert den Wirkungsgrad und die Leistung des Motors.
Wie in den 4-6 dargestellt, ist der Ansaugkrümmer 238 als einheitliches, einstückiges Stück ausgebildet. Das einheitliche Stück beinhaltet die Kammer 250 mit den Kanälen 256, die schrittweise in die Schwingrohre 268 übergehen. Der einstückige Ansaugkrümmer 238 stellt somit einen Artikel mit einer Fläche mit glatten Konturen im gesamten Artikel dar, der reibungslose Übergänge vom Gaseinlass 264 zu den Kanalauslässen 270 ermöglicht, was zu einer gleichmäßigen Verteilung der Ansauggase zum Motor, einem optimalen Grad der turbulenzfördernden Zerstäubung und der Minimierung von Druckverlusten führt. Einstückig bedeutet, dass der gesamte Ansaugkrümmer 238 als ein Stück ausgebildet ist, so dass die vorstehend einzeln beschriebenen Abschnitte als integrale Abschnitte des Ansaugkrümmers 238 und nicht als Einzelteile, die später zu einem Ansaugkrümmer zusammengebaut werden, ausgebildet sind. Der einstückige Ansaugkrümmer 238 benötigt daher keine Dichtungen. Es ist zum Beispiel keine Dichtung zwischen der Kammer 250 und den Schwingrohren 268 vorhanden.
Die Innenfläche des einstückigen Ansaugkrümmers 238 kann glatt, strukturiert, rau oder eine Kombination davon sein. So kann beispielsweise mindestens ein Abschnitt der Innenfläche strukturiert sein, um einen gewünschten Turbulenzgrad innerhalb des Ansaugkrümmers 238 zu erzeugen.
Die Wanddicke des Ansaugkrümmers kann im Vergleich zu den Ansaugkrümmem im Stand der Technik reduziert werden. Während beispielsweise der typische Ansaugkrümmer eine Wanddicke von etwa 3,5 bis 4,5 mm und Versteifungsrippen im äußeren Teil der Kammer aufweist, kann der hierin offenbarte einstückige Ansaugkrümmer 238 eine Wanddicke von etwa 2 mm aufweisen. Versteifungsrippen sind nicht erforderlich, da Teilwände 272 vorhanden sind, die zum Stützen des Ansaugkrümmers 238 konfiguriert sind.
In einer weiteren Ausführungsform, die in 8 dargestellt ist, beinhaltet der einstückige Ansaugkrümmer 238 auch einen Gaseinlasskanal, Kanal oder Schwanenhalsleitung 284. Die Schwanenhalsleitung 284 erstreckt sich vom Gaseinlass 264 nach außen. Die Schwanenhalsleitung 284 geht allmählich in die Kanäle 256 über, so dass keine Dichtung zwischen der Kammer 250 und der Schwanenhalsleitung 284 vorhanden ist.
Die Schwanenhalsleitung 284 kann den gleichen Durchmesser wie der Gaseinlass 264 aufweisen. Die Schwanenhalsleitung 284 kann sich von der Kammer 250 aus in die gleiche oder ähnliche allgemeine Richtung wie die Schwingrohre 268 erstrecken, krümmen oder beides. Die Schwanenhalsleitung 284 kann über ihre gesamte Länge einheitliche Abmessungen, Geometrie oder beides aufweisen. Die Schwanenhalsleitung 284 kann eine Vielfalt von Formen aufweisen. So kann die Schwanenhalsleitung zum Beispiel 284 als Zylinderrohr gebildet sein. Die Schwanenhalsleitung 284 kann einen ellenbogenförmigen Abschnitt bilden. Die Schwanenhalsleitung 284 kann gerade oder gekrümmt sein. Die Schwanenhalsleitung 284 kann hohl sein. Der Schwanenhalsleitung 284 kann teilweise perforiert, über die gesamte Länge perforiert oder frei von Perforationen sein. Die Schwanenhalsleitung 284 kann Vorsprünge, Rippen oder andere Strukturen im Inneren aufweisen, um den Gasstrom optimal von einem ersten Ende 285, das einen Anschluss, eine Öffnung oder eine Apertur definiert, zum Gaseinlass 264 zu leiten, 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 derselben für die Verbindung an den Motor, Fahrzeugsysteme oder beides definieren. Die Schwanenhalsleitung 284 kann eine größere oder kleinere Anzahl oder Anschlüsse oder Sensorverbindungen aufweisen als in 8 dargestellt, und sie können auf verschiedene Weise angeordnet sein. So kann die Schwanenhalsleitung 284 zum Beispiel einen Bremskraftverstärkeranschluss, eine Abgasrückführungs-(AGR)-Vorrichtung, einen Verbindungsanschluss oder eine Halterung für eine positive Kurbelgehäuseentlüftungs-(PCV)-Vorrichtung, einen Verbindungsanschluss oder eine Halterung für ein Kanisterspülventil (CPV) oder -system, einen Drosselkörper oder dergleichen oder eine Kombination derselben aufweisen. Die Anordnung der Anschlüsse, Halterungen, Sensoren, Vorrichtungen kann basierend auf ihrer Größe und Verpackungsüberlegungen erfolgen, kann sich auf den Innenabschnitt, den Außenabschnitt der Schwanenhalsleitung 284 oder beides beziehen.
Die Schwanenhalsleitung 284 kann ein Drosselkörperverbindungsstück bilden. Die Schwanenhalsleitung 284 kann somit ein Element bilden, das einen Drosselkörper 286, dessen nicht einschränkendes Beispiel in 9 dargestellt ist, mit der Kammer 250 verbindet. Die Schwanenhalsleitung 284 kann somit einen Begrenzungs- und/oder einen Strömungskanal für die Ansauggase von dem Drosselkörper 286 zur Kammer 250 bereitstellen.
Der Drosselkörper 286 kann vollständig in die Schwanenhalsleitung 284 integriert werden. Der Drosselkörper 286 kann eine Welle 288, eine Klappe 290, einen elektronischen Drosselkörper oder eine Kombination davon beinhalten. Die Welle 288 kann mit dem einstückigen Ansaugkrümmer 238 integriert sein, so dass die Welle als ein Abschnitt des Ansaugkrümmers 238 gebildet ist. Die Welle 288 erstreckt sich von einer ersten Seite der Schwanenhalsleitung 284 zu einer zweiten Seite der Schwanenhalsleitung 284. Alternativ kann in der Schwanenhalsleitung 284 ein Öffnungsgehäuse der Welle 288 zur Aufnahme der Welle 288 und der Schaufel oder der Klappe 290 gebildet werden. Die Klappe 290 kann eine Auspuffklappe oder ein anderer Typ einer Klappe sein. Die Form und Abmessungen der Klappe, wie z. B. der Durchmesser, entsprechen denen der Schwanenhalsleitung 284.
Die Klappe 290 kann konfiguriert werden, um den Gasstrom in der Schwanenhalsleitung 284 zu behindern, wenn dies wünschenswert ist. Die Klappe 290 ist auf der Welle 288 beweglich. Die Klappe 290 ist um die durch die Welle 288 gebildete Achse drehbar. Die Klappe 290 kann um die Welle 288 herum beweglich sein, so dass die Klappe 290 in verschiedenen Positionen ausgerichtet sein kann.
In einer ersten Position kann die Klappe 290 in minimalem Kontakt mit den Seiten der Schwanenhalsleitung 284 stehen. In der ersten Position wird die Schwanenhalsleitung 284 so geöffnet, dass der Gasstrom durch die Schwanenhalsleitung 284 freigegeben wird. In der ersten Position kann das Gas vom ersten Ende 285 bis zum zweiten Ende 264 der Schwanenhalsleitung 284 frei fließen. Die erste Position definiert eine vollständig geöffnete Schwanenhalsleitung 284. In der ersten Position ist der Gasstrom minimal begrenzt.
In einer zweiten Position steht das Ventil 290 in Kontakt mit der Schwanenhalsleitung 284 um den Umfang der Schwanenhalsleitung 284 herum. In der zweiten Position wird der Gasstrom vollständig begrenzt, so dass der Gasstrom minimiert oder nicht vorhanden ist, während der Ansaugkrümmer 238 verwendet wird.
Die dritte Position ist jede Position zwischen der ersten und zweiten Position. In der dritten Position steht die Klappe 290 in teilweisem Kontakt mit den Seiten der Schwanenhalsleitung 284, was den Gasstrom über die Schwanenhalsleitung 284 teilweise begrenzt.
Der Drosselkörper 286 kann an beliebiger Stelle innerhalb der Schwanenhalsleitung 284 angeordnet sein. So kann sich der Drosselkörper 286 zum Beispiel zwischen dem ersten Ende 285 der Schwanenhalsleitung 284 und dem Gaseinlass 264 der Kammer 250 befinden. Der Drosselkörper 286 kann angrenzend an der Öffnung 285 angeordnet sein, die sich auf einer gegenüberliegenden Seite der Schwanenhalsleitung 284 als der Gaseinlass 264 befindet.
Der Drosselkörper 286 kann vor der Kammer 250, einer AGR-Vorrichtung 316, einer PCV-Vorrichtung 300, einer Kraftstoffeinspritzung 292, dergleichen oder einer Kombination derselben angeordnet sein. Wie in 9 zu sehen ist, ist es wünschenswert, den Drosselkörper 286 in der Nähe einer Kraftstoffeinspritzung 292 anzuordnen.
Die Kraftstoffeinspritzung 292 kann ein sich verjüngendes Rohr oder einen Kanal 294 mit einem Düsenabschnitt 296 beinhalten. Das Rohr 294 kann sich von einem ersten Ende in den Düsenabschnitt 296 an einem zweiten Ende verjüngen. Die Kraftstoffeinspritzung 292 erstreckt sich von einer Außenseite der Schwanenhalsleitung zu der Innenseite der Schwanenhalsleitung. Der sich verjüngende Kanal 294, die Düse 296 oder beide können über eine Öffnung in die Schwanenhalsleitung 284 ragen.
Der sich verjüngende Kanal 294, die Düse 296 oder beide können über eine Öffnung in die Schwanenhalsleitung 284 ragen. Die Kraftstoffeinspritzung 292 kann auf einem Stützabschnitt 298 angeordnet sein, der sich vom Rohrabschnitt der Schwanenhalsleitung 284 oder von einer Außenschicht der Schwanenhalsleitung 284 nach außen erstreckt. Der Stützabschnitt 298, die Kraftstoffeinspritzung 292 oder beide können einen integralen Bestandteil der Schwanenhalsleitung 284 bilden. Der Stützabschnitt 298 kann eine beliebige Form oder Konfiguration aufweisen. So kann der Stützabschnitt 298 zum Beispiel im Allgemeinen dreieckig sein. Die Stütze 298 kann eine Form mit den gleichen oder ähnlichen Konturen wie der Kraftstoffeinspritzkanal 294 aufweisen. Die Halterung 298 kann die gesamte oder teilweise Länge des/der Abschnitts/e der Kraftstoffeinspritzung 292, der/die sich an der Außenseite der Schwanenhalsleitung 284 befindet/n, verlängern.
Die Düse 296 kann konfiguriert werden, um Kraftstoff in die Schwanenhalsleitung 284 auszustoßen. Die Düse 296 kann so angeordnet werden, dass sie der Klappe 290 des Drosselkörpers 286 zugewandt ist. Der Kraftstoffausstoß kann über eine Spitze mit einer Vielzahl von Aperturen erfolgen, um Gas in die Schwanenhalsleitung 284 zu spritzen. Wie in 10 weiter zu sehen ist, kann der Düsenabschnitt 296 mit seiner Spitze eine Reihe von Öffnungen 298 aufweisen, aus denen der Kraftstoff eingespritzt wird. Die Öffnungen 298 können die gleichen oder unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Jede Öffnung 298 kann symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet sein.
Die Düse 286 kann mit einem oder mehreren Sensoren verbunden werden, die die Kraftstoffeinspritzregelung unterstützen. So können beispielsweise ein oder mehrere Sensoren die Koordination der Kraftstoffeinspritzung 292 und des Drosselklappenkörpers 290 unterstützen, so dass die Klappe 290 so ausgerichtet ist, dass sie den Gasstrom behindert, wenn die Kraftstoffeinspritzung 292 Kraftstoff in die Schwanenhalsleitung 284 abgibt, wobei sich die Klappe 290 in der zweiten Position befinden kann.
Wie in den 8 und 9 weiter zu sehen ist, kann die Schwanenhalsleitung 284 eine PCV-Vorrichtung 300 aufnehmen. Ein typisches PCV-System beinhaltet eine Einlassöffnung, die dem Drosselkörper nachgelagert angeordnet ist. Die Einlassöffnung ist typischerweise ein einzelnes Loch, das durch ein Metall- oder Verbundmaterial des Ansaugkrümmers bearbeitet wird. Die Einlassöffnung weist daher typischerweise scharfe Kanten auf, wobei die Bearbeitung bis zum Luftweg durchbricht. Wenn das System aktiv Vakuum zieht, um das Kurbelgehäuse zu entlüften, wird der gesamte Luftstrom aus der einzelnen Öffnung gezogen. Das Ziehen von Luft aus der einzelnen, relativ kleinen, konzentrierten Luftquelle kann jedoch zu einer Störung des Luftstroms in diesem bestimmten Bereich führen. Um diese Störung zu beheben, wird das PCV 300 offenbart.
Die PCV-Vorrichtung 300 kann sich am äußeren Abschnitt der Schwanenhalsleitung 284 befinden. Die PCV-Vorrichtung 300 kann sich von einer Außenschicht der Schwanenhalsleitung 284 bis zu dem Äußeren der Schwanenhalsleitung 284 erstrecken. Die PCV-Vorrichtung 300 kann ein Gehäuse 302, einen Kanal 304 mit einer Öffnung 306 und eine Umleiteinrichtung 308 beinhalten. Das Gehäuse 302 kann in der Außenschicht der Schwanenhalsleitung 284 gebildet sein. Das Gehäuse 302 kann rechteckig oder quadratisch geformt sein. Das Gehäuse 302 kann länglich sein. Das Gehäuse 302 kann hohl sein, einschließlich eines Innenabschnitts, der hohl ist. Das Gehäuse 302 kann eine oder mehrere Öffnungen, Ports, Aperturen oder Löcher 310 beinhalten. Die Löcher 310 ragen aus dem Inneren des Gehäuses 302 in den Innenabschnitt der Schwanenhalsleitung 284. Die Löcher 310 können abgewinkelt sein, konfiguriert, um Gas zum/vom Kurbelgehäuse zu liefern und gleichzeitig Störungen des Gasstroms in der Schwanenhalsleitung 284 zu minimieren.
Die Löcher 310 können symmetrisch, asymmetrisch, regelmäßig oder unregelmäßig geformt und beabstandet sein. Die Löcher 310 können die gleiche oder unterschiedliche Form aufweisen. So können die Löcher 310 zum Beispiel kreisförmig, oval, länglich, quadratisch, rechteckig und mehreckig sein. Wie die 11 und 12 zeigen, kann das Gehäuse 302 eine Anzahl von ersten Löchern 310' mit einem kreisförmigen Querschnitt und eine weitere Anzahl von zweiten Löchern 310" beinhalten, die als länglicher Schlitz ausgebildet sind. Zusammen unterstützen die Löcher einen optimalen Luftstrom.
Um den optimalen Luftstrom zum/vom Kurbelgehäuse weiter zu unterstützen und gleichzeitig eine Störung des Luftstroms in der Schwanenhalsleitung 284 zu verhindern, beinhaltet die PCV-Vorrichtung 300 einen Kanal 304 mit einer Öffnung 306 und einer Umleiteinrichtung 308 innerhalb des Kanals 304. Der Kanal 304 kann aus einem zentralen Abschnitt des Gehäuses 302 herausragen und sich zu einer Luftzufuhr für das Kurbelgehäuse erstrecken. Der Kanal 304 kann einen konstanten Durchmesser aufweisen. Alternativ kann der Kanal 304 verjüngt sein. Der Kanal beinhaltet 304 eine Öffnung oder eine Auslassapertur 306.
Die PCV-Vorrichtung beinhaltet eine Umleiteinrichtung 308. Die Umleiteinrichtung 308 befindet sich innerhalb des Kanals 304 und erstreckt sich zu den Löchern 310 des Gehäuses 302 hin. Alternativ ist die Umleiteinrichtung 308 im Gehäuse 302 angeordnet, das sich in den Kanal 304 zur Öffnung 306 hin erstreckt. Die Umleiteinrichtung 308 kann jegliche Form aufweisen. Die Umleiteinrichtung 308 kann eine Platte sein. Die Umleiteinrichtung 312 kann im Allgemeinen flach sein. Die Platte kann wie eine Zunge oder eine Schaufel geformt sein, mit einem ersten Ende 312, das verjüngt ist, und einem zweiten Ende, das einen gegabelten Endabschnitt 314 bildet. Der gegabelte Endabschnitt 314 kann Abmessungen aufweisen, die gleich, kleiner oder größer als der Durchmesser des Kanals 304 sind.
Die PCV-Vorrichtung 300 oder Abschnitte davon, wie das Gehäuse 302 und die Löcher 310, können als integrale Bestandteile des Ansaugkrümmers 238 gebildet sein. Die Umleiteinrichtung 308 kann entweder als integraler Bestandteil des Ansaugkrümmers 238 oder separat gebildet und in den Kanal 304 eingesetzt werden.
In einer noch alternativen Ausführungsform kann der einstückige Ansaugkrümmer 238 eine AGR-Vorrichtung 316 beinhalten. Die AGR-Vorrichtung 316 dient als Stickoxid-Reduktionsvorrichtung, die in der Lage ist, einen Teil des Motorabgases zu den Motorzylindern zurückzuleiten. Das Gas, das durch den Ansaugkrümmer 238 strömt, wird mit verbrennungsinerten Gasen angereichert, die als Absorptionsmittel für Verbrennungswärme wirken, was die Spitzentemperaturen in den Zylindern reduziert.
Die typische AGR-Einlassöffnung befindet sich innerhalb des Ansaugkrümmereinlasses dem Drosselkörper nachgelagert. Die Öffnung ist, genau wie die PCV-Einlassöffnung, typischerweise bearbeitet und hinterlässt eine Öffnung mit scharfen Kanten. Wenn das AGR-System aktiv ist, wird Abgas daher über die Öffnung in den Gasstrom in den Ansaugkrümmer eingeleitet, was zu einer Unterbrechung des Gasstroms führen kann. Darüber hinaus ist die Vermischung des Abgases mit dem in der Schwanenhalsleitung 284 vorhandenen Gas aufgrund der einzigen Öffnung minimal.
Um die Vermischung des Abgases mit dem in der Schwanenhalsleitung 284 vorhandenen Gas sowie die Gesamtleistung und den Motorwirkungsgrad zu verbessern, wird die AGR-Vorrichtung 316 offenbart. Die AGR-Vorrichtung 316, dargestellt in den 9, 11 und 13, beinhaltet ein Rohr 318, das an den äußeren Abschnitt der Schwanenhalsleitung 284 angrenzt und/oder sich von einem äußeren Abschnitt der Schwanenhalsleitung 284 nach außen erstreckt. Das Rohr 318 weist eine Helixform auf. Das Rohr 318 kann eine andere Form als eine Spirale aufweisen. Das Rohr 318 kann einen im Allgemeinen kreisförmigen, ovalen, rechteckigen, quadratischen, regelmäßigen oder unregelmäßigen Querschnitt aufweisen. Das Rohr 318 ist hohl, um einen Abgasstrom über das Rohr 318 zu ermöglichen. Das Rohr 318 kann einen gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Durchmesser aufweisen. Das Rohr 318 kann über seine gesamte Länge einheitliche Abmessungen aufweisen. Das Rohr 318 kann sich um einen Abschnitt der Schwanenhalsleitung 284 wickeln. Die Anzahl der Winde der Helix kann 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr betragen.
Das Rohr 318 beinhaltet eine oder mehrere Löcher 320, die das Rohr 318 mit einem Innenabschnitt der Schwanenhalsleitung 284 verbinden. Die Löcher 320 können längliche Schlitze sein. Alternativ oder zusätzlich können Löcher 320 verschiedener Formen vorhanden sein, wie z. B. kreisförmig, quadratisch, oval, dergleichen oder eine Kombination von Öffnungen davon. Die Löcher 320 können über die Länge des Rohres 318 regelmäßig oder unregelmäßig verteilt sein. Die Löcher 320 ermöglichen die Ausbreitung des Abgases entlang der Länge des Rohres 318, so dass die Vermischung von Abgas und Gas in der Schwanenhalsleitung 284 schrittweise und effizienter erfolgt.
In mindestens einer Ausführungsform kann die AGR-Vorrichtung 316 angrenzend an die PCV-Vorrichtung 300 oder das Gehäuse 302 angeordnet sein. Sowohl die AGR-Vorrichtung 316 als auch die PCV-Vorrichtung 300 können dem Drosselkörper 286 nachgelagert angeordnet sein. Die PCV-Vorrichtung 300 kann angrenzend an zwei gewickelte Abschnitte oder Winde des AGR-Rohres 318 angeordnet sein.
Ein Verfahren zum Bilden des Ansaugkrümmers 238 ist ebenfalls hierin offenbart. Die Voraussetzung für die Produktion des offenbarten Ansaugkrümmers, der einzigartige strukturelle Merkmale aufweist, die in den Figuren dargestellt und vorstehend beschrieben sind, kann die additive Herstellung sein. Additive Herstellungsprozesse beziehen sich auf Technologien, die 3D-Objekte erzeugen, indem sie Schicht für Schicht Material hinzufügen. Das Material kann Kunststoff, Metall, Beton oder dergleichen sein. Die additive Herstellung umfasst eine Reihe von Technologien wie 3D-Druck, Rapid Prototyping, Direktfertigung, Schichtherstellung, Additivfertigung, Wannenphotopolymerisation einschließlich Stereolithographie (SLA) und digitaler Lichtverarbeitung (DLP), Materialstrahlen, Bindemittelstrahlen, Materialextrusion, Pulverbettfusion, Blechlaminierung, gerichtete Energieabscheidung und dergleichen.
Die frühe additive Herstellung konzentrierte sich auf Vorproduktionsvisualisierungsmodelle, die Fertigung von Prototypen und dergleichen. Die Qualität der gefertigten Artikel bestimmt deren Verwendung und umgekehrt. Die frühen Artikel, die durch additive Herstellung gebildet wurden, waren im Allgemeinen nicht darauf ausgelegt, dem langfristigen Gebrauch standzuhalten. Die Ausrüstung für die additive Herstellung war ebenfalls teuer, und die Geschwindigkeit war ein Hindernis für eine breite Anwendung der additiven Herstellung für Großserienanwendungen. In letzter Zeit sind additive Herstellungsprozesse jedoch schneller und kostengünstiger geworden. Die additiven Herstellungstechnologien haben sich auch in Bezug auf die Qualität der gefertigten Artikel verbessert.
Jede additive Herstellungstechnik kann verwendet werden, um den offenbarten Ansaugkrümmer 238 zu produzieren, da additive Herstellungstechnologien nach einem ähnlichen Prinzip arbeiten. Das Verfahren kann die Verwendung eines Computers, einer 3D-Modellierungssoftware (Computer Aided Design oder CAD), einer Maschine, die in der Lage ist, Material aufzubringen, um den geschichteten Ansaugkrümmer und das Schichtmaterial herzustellen, beinhalten. Ein Beispielverfahren kann auch das Erstellen eines virtuellen Designs des Ansaugkrümmers in einer CAD-Datei mit einem 3D-Modellierungsprogramm oder mit Hilfe eines 3D-Scanners beinhalten, der eine 3D-Digitalkopie des Ansaugkrümmers erstellt, beispielsweise aus einem bereits erstellten Ansaugkrümmer. Das Verfahren kann das Schneiden der digitalen Datei beinhalten, wobei jede Scheibe Daten enthält, so dass der Ansaugkrümmer Schicht für Schicht gebildet werden kann. Das Verfahren kann das Lesen jeder Scheibe durch eine Maschine beinhalten, die das Schichtmaterial aufträgt. Das Verfahren kann das Hinzufügen aufeinanderfolgender Schichten des Schichtmaterials im Flüssig-, Pulver- oder Blechformat und das Bilden des Ansaugkrümmers beim Verbinden jeder Schicht mit der nächsten Schicht beinhalten, so dass es kaum visuell erkennbare Anzeichen der diskret aufgebrachten Schichten gibt. Die Schichten bilden den vorstehend beschriebenen dreidimensionalen festen Ansaugkrümmer mit einem Kammergehäuse mit einem Gaseinlass, wobei das Gehäuse eine Vielzahl von Schwingrohren beinhaltet, wobei jedes Schwingrohr mit einer Öffnung endet, die zu einem Gasverteilungskanal mit einem Gasauslass an seinem gegenüberliegenden Ende führt, so dass der additive Herstellungsprozess ein einheitliches Stück bildet. Das Verfahren kann auch das Bilden zusätzlicher Merkmale als integrale Bestandteile des Ansaugkrümmers 238 durch additive Herstellung beinhalten, zum Beispiel die AGR-Vorrichtung 316, die PCV-Vorrichtung 300, die Kraftstoffeinspritzung 292, der Drosselkörper 286, dergleichen oder mindestens einen Teil davon. Das verwendete Material kann Metall, Kunststoff, Verbundwerkstoff, dergleichen oder eine Kombination davon sein.
Der additiv hergestellte Ansaugkrümmer 238 muss möglicherweise einen oder mehrere Nachbearbeitungsschritte durchlaufen, um das endgültige 3D-Objekt zu erhalten, zum Beispiel eine Stabilisierung. Stabilisieren bezieht sich auf das Einstellen, Modifizieren, Verbessern, Verändern, Sichern, Aufrechterhalten, Konservieren, Auswuchten oder Ändern einer oder mehrerer Eigenschaften des durch additive Herstellung gebildeten Ansaugkrümmers, so dass der gebildete Ansaugkrümmer nach der Herstellung vorgegebenen Standards entspricht.
Der stabilisierte Ansaugkrümmer bleibt mehrere Stunden, Tage, Wochen, Monate, Jahre und/oder Jahrzehnte nach der Herstellung in Übereinstimmung mit verschiedenen Standards. Die zu verändernde Eigenschaft kann sich auf physikalische, chemische, optische und/oder mechanische Eigenschaften beziehen. Zu den Eigenschaften können Dimensionsstabilität, Funktionalität, Haltbarkeit, Verschleißfestigkeit, Lichtbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Wasserbeständigkeit, Ultraviolett-(UV)-Beständigkeit, Wärmebeständigkeit, Gedächtniserhaltung, gewünschter Glanz, Farbe, mechanische Eigenschaften wie Zähigkeit, Festigkeit, Flexibilität, Dehnung und dergleichen oder eine Kombination daraus gehören.
Die additive Herstellung ermöglicht die Bildung komplexer Formen, wellenförmiger Formen, glatter Konturen und allmählicher Übergänge zwischen benachbarten Segmenten oder Teilen des einstückigen Ansaugkrümmers, was zu einer gleichmäßigeren Ansauggasverteilung zum Motor führt. Der gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren gebildete Ansaugkrümmer 238 kann frei von Befestigungselementen, Klebstoffen oder anderen Arten von Verbindungen sein, die für die traditionelle Ansaugkrümmerherstellung typisch sind.
Obwohl oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Offenbarung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Worte Worte zum Beschreiben statt zum Begrenzen, und es versteht sich, dass mehrere Veränderungen gemacht werden können, ohne von dem Wesen und Geltungsbereich der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Maschinenbauteil bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Ansaugkrümmer aus geschichteten Schichten, die eine Vielzahl von Schwingrohren definieren, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer mit Teilwänden, die Kanäle bilden, die einen gemeinsamen Gaseinlass gemeinsam haben, der sich in eine Schwanenhalsleitung erstreckt, mit einem damit integrierten Drosselkörper, so dass die Schwanenhalsleitung ohne Dichtung in die Kanäle und Schwingrohre übergeht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Drosselkörper eine in die Schwanenhalsleitung integrierte Welle und ein Ventil, das konfiguriert ist, um den Gasstrom in der Schwanenhalsleitung zu behindern.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die Welle von einer ersten Seite der Schwanenhalsleitung zu einer zweiten Seite der Schwanenhalsleitung.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Drosselkörper angrenzend an eine Öffnung angeordnet, die sich auf einer gegenüberliegenden Seite der Schwanenhalsleitung als der Gaseinlass befindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Drosselkörper vollständig in die Schwanenhalsleitung integriert.
Gemäß einer Ausführungsform bilden die Teilwände eine Endoskelettstruktur, die zum Stützen des Ansaugkrümmers konfiguriert ist.
Gemäß einer Ausführungsform ragen die Teilwände aus gegenüberliegenden Seiten der Kammer nach innen.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Teilwände eine größere Dicke als ein Rest der Kammer auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Motorsystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Zylinderkopf; und geschichtetes Material, das einen Ansaugkrümmer definiert, mit einer Vielzahl von Schwingrohren, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der mit dem Zylinderkopf verbunden ist, und eine Kammer mit einer endoskelettalen Stützstruktur, die Kanäle bildet, die von einem gemeinsamen Gaseinlass ausgehen, wobei sich der Gaseinlass nach außen in eine Schwanenhalsleitung erstreckt, die eine eingebaute Kraftstoffeinspritzung aufweist und allmählich in die Kanäle und Schwingrohre übergeht, so dass keine Dichtung zwischen der Schwanenhalsleitung, der Kammer und den Schwingrohren vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Kraftstoffeinspritzung ein Rohr, das sich von einem ersten Ende in einen Düsenabschnitt an einem zweiten Ende verjüngt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schwanenhalsleitung einen Abschnitt mit erhöhter Dicke, der als Stütze für die Kraftstoffeinspritzung angeordnet ist, wobei sich die Stütze von einer äußeren Schicht der Schwanenhalsleitung nach außen erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die Kraftstoffeinspritzung von einer Außenseite der Schwanenhalsleitung zu einer Innenseite der Schwanenhalsleitung.
Gemäß einer Ausführungsform ragt der Düsenabschnitt von einer Außenseite der Schwanenhalsleitung in eine Innenseite der Schwanenhalsleitung in unmittelbarer Nähe einer Öffnung der Schwanenhalsleitung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Düsenabschnitt eine Spitze mit einer Vielzahl von Aperturen, um Gas in die Schwanenhalsleitung zu sprühen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch einen Drosselkörper gekennzeichnet, der sich in einem Hohlraum der Schwanenhalsleitung befindet.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Drosselkörper und die Kraftstoffeinspritzung benachbart zueinander, so dass der Düsenabschnitt konfiguriert ist, um Kraftstoff in Richtung einer Klappe des Drosselkörpers auszustoßen, um zu verhindern, dass Gas in die Schwanenhalsleitung gelangt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Bilden von Materialschichten durch additive Herstellung, die einen Ansaugkrümmer für Brennkraftmaschinen mit einer Vielzahl von Schwingrohren definieren, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer mit Teilwänden, die Kanäle bilden, die einen gemeinsamen Gaseinlass bilden, der sich nach außen in eine Schwanenhalsleitung mit einer Kraftstoffeinspritzung, einem Drosselkörper oder beidem erstreckt, wobei die Schwanenhalsleitung in die Kanäle und Schwingrohre übergeht, so dass keine Dichtung zwischen Schwanenhalsleitung, Kammer und Schwingrohren vorliegt, und die Teilwände eine Endoskelettstruktur bilden, die konfiguriert ist, um den Ansaugkrümmer zu stützen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch das Bilden einer Stütze für die Kraftstoffeinspritzung in einer äußeren Schicht der Schwanenhalsleitung gekennzeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Bilden das Formen der Kraftstoffeinspritzung als Rohr, das sich teilweise in der Außenseite der Schwanenhalsleitung befindet und in ein Inneres der Schwanenhalsleitung ragt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Bilden das Bilden einer Kraftstoffeinspritzspitze, die eine Vielzahl von Aperturen umfasst.

Claims

Motorbauteil, umfassend: einen Ansaugkrümmer aus geschichteten Schichten, die eine Vielzahl von Schwingrohren definieren, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer mit Teilwänden, die Kanäle bilden, die einen gemeinsamen Gaseinlass gemeinsam haben, der sich in eine Schwanenhalsleitung erstreckt, mit einem damit integrierten Drosselkörper, so dass die Schwanenhalsleitung ohne Dichtung in die Kanäle und Schwingrohre übergeht.
Motorbauteil nach Anspruch 1, wobei der Drosselkörper eine in die Schwanenhalsleitung integrierte Welle und ein Ventil umfasst, das konfiguriert ist, um den Gasstrom in der Schwanenhalsleitung zu behindern.
Motorbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drosselkörper angrenzend an eine Öffnung angeordnet ist, die sich auf einer gegenüberliegenden Seite der Schwanenhalsleitung als der Gaseinlass befindet.
Motorbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Teilwände eine Endoskelettstruktur bilden, die konfiguriert ist, um den Ansaugkrümmer zu stützen.
Motorbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Teilwände von gegenüberliegenden Flächen der Kammer nach innen ragen.
Motorbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Teilwände eine größere Dicke aufweisen als ein Rest der Kammer.
Motorsystem, umfassend: einen Zylinderkopf; und geschichtetes Material, das einen Ansaugkrümmer definiert, der Folgendes aufweist eine Vielzahl von Schwingrohren, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der mit dem Zylinderkopf verbunden ist, und eine Kammer mit einer endoskelettalen Stützstruktur, die Kanäle bildet, die von einem gemeinsamen Gaseinlass ausgehen, wobei sich der Gaseinlass nach außen in eine Schwanenhalsleitung erstreckt, die eine eingebaute Kraftstoffeinspritzung aufweist und allmählich in die Kanäle und Schwingrohre übergeht, so dass keine Dichtung zwischen der Schwanenhalsleitung, der Kammer und den Schwingrohren vorliegt.
Motorsystem nach Anspruch 7, wobei die Kraftstoffeinspritzung ein Rohr umfasst, das sich von einem ersten Ende in einen Düsenabschnitt an einem zweiten Ende verjüngt.
Motorsystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schwanenhalsleitung einen Abschnitt mit erhöhter Dicke umfasst, der als Stütze für die Kraftstoffeinspritzung angeordnet ist, wobei sich die Stütze von einer äußeren Schicht der Schwanenhalsleitung nach außen erstreckt.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 7-9, wobei sich die Kraftstoffeinspritzung von einer Schwanenhalsleitung außen zu einer Schwanenhalsleitung innen erstreckt.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 7-10, wobei der Düsenabschnitt von einer Außenseite der Schwanenhalsleitung in eine Innenseite der Schwanenhalsleitung in unmittelbarer Nähe einer Öffnung der Schwanenhalsleitung ragt.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 7-11, wobei der Drosselkörper und die Kraftstoffeinspritzung benachbart zueinander sind, so dass der Düsenabschnitt konfiguriert ist, um Kraftstoff in Richtung einer Klappe des Drosselkörpers auszustoßen, um zu verhindern, dass Gas in die Schwanenhalsleitung gelangt.
Verfahren, umfassend: Bilden von Materialschichten durch additive Herstellung, die einen Ansaugkrümmer für Brennkraftmaschinen mit einer Vielzahl von Schwingrohren definieren, die jeweils einen Gasauslass aufweisen, der zu einem Zylinderkopf führt, und eine Kammer mit Teilwänden, die Kanäle bilden, die einen gemeinsamen Gaseinlass bilden, der sich nach außen in eine Schwanenhalsleitung mit einer Kraftstoffeinspritzung, einem Drosselkörper oder beidem erstreckt, wobei die Schwanenhalsleitung in die Kanäle und Schwingrohre übergeht, so dass keine Dichtung zwischen Schwanenhalsleitung, Kammer und Schwingrohren vorliegt, und die Teilwände eine Endoskelettstruktur bilden, die konfiguriert ist, um den Ansaugkrümmer zu stützen.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend das Bilden einer Stütze für die Kraftstoffeinspritzung in einer äußeren Schicht der Schwanenhalsleitung.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Bilden das Formen der Kraftstoffeinspritzung als Rohr beinhaltet, das sich teilweise in der Außenseite der Schwanenhalsleitung befindet und in ein Inneres der Schwanenhalsleitung ragt.