DE19924530A1

DE19924530A1 - Leitungszuführung für pulsierendes Gas

Info

Publication number: DE19924530A1
Application number: DE19924530A
Authority: DE
Inventors: Franc Pricken; Matthias Alex
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-11-30
Also published as: WO2000073645A1

Abstract

Leitungszuführung zur Verwendung in einem gasführenden Leitungssystem für pulsierende Zuführluft. Die Zuführung von pulsierender Luft in ein Leitungssystem bewirkt eine Geräuschemission die durch eine Fortpflanzung der Pulsation im zu leitenden Luftstrom sowie durch Anregung der luftführenden Bauteile zustande kommt. Diese soll möglichst wirksam gedämpft werden, ohne dabei Druckverluste durch eine Drosselung des zuzuführenden Gasstroms unnötig zu vergrößern. Dies wird erreicht durch eine Leitungszuführung 24, die einen Zuführquerschnitt 15 und einen Leitungsquerschnitt 13 aufweist, wobei die Trennwand zwischen diesen beiden Querschnitten luftdurchlässig ausgeführt ist. Diese Anordnung vermag die Druckpulsation zu vermindern oder auszulöschen wodurch auch die Geräuschemission verringert wird. Die Leitungszuführung kann z. B. in einem Ansaugsystem für Brennkraftmaschinen 28 verwendet werden, wobei diese zwischen dem Luftfilter 23 und dem Kompressor 21 die Rückführung von komprimierter Luft durch eine Rückführleitung 29 ermöglicht.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Leitungszuführung, für einen mit einer Druckpulsation be aufschlagten Gasstrom in einen Leitungsabschnitt mit einem Gasstrom, der mit den pulsierenden Gasstrom vereinigt werden soll, nach der Gattung des Patentanspru ches 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Ansaugsystem für eine Brennkraftma schine, in das eine Luftzuführung für einen pulsierenden Gasstrom integriert ist.

Derartige Leitungszuführungen sind z. B. aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 198 46 281 bekannt. Dieses Dokument offenbart ein Ansaugsy stem für eine Brennkraftmaschine, welches zur Integration eines Kompressors zur Verdichtung der Ansaugluft geeignet ist. Der Kompressor ist in den Ansaugweg der Luft geschaltet, so daß diese unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftma schine den Kompressor durchläuft. Bei bestimmten Lastzuständen entsteht dabei jedoch ein Kompressionsdruck, der für eine Verbrauchsoptimierte Verbrennung zu hoch ist. Dieser wird daher über eine Umgehungsleitung abgebaut, die einen Teil des komprimierten Luftstroms in der Ansaugstrecke hinter dem Luftfilter und vor dem Kompressor wieder zuführt. Die Umgehungsleitung wird über eine Drosselklappe angesteuert, wodurch der rückgeführte Kompressionsluftstrom gesteuert werden kann.

Der Kompressionsluftstrom wird aufgrund des Arbeitsprinzips des Kompressors in eine stark pulsierende Schwingung versetzt. Wird diese schwingende Luftströmung zumindest zum Teil über die Umgehungsleitung in den Ansaugtrakt der Brennkraft maschine vor dem Kompressor zurückgeführt, so kann sie durch Anregung der Bau teile bzw. durch Anregung der Luftsäule zum Eintrittsstutzen des Ansaugsystems hin eine starke Geräuschentwicklung bewirken. Dies ist jedoch nicht erwünscht. Zudem kann die Schwingung der luftführenden Bauteile zur Beeinträchtigung oder sogar zur Zerstörung von Teilen des Ansaugsystems führen.

Es besteht nun die Möglichkeit, die Druckpulsation der rückgeführten Luft zu dämp fen. Dies kann z. B. durch eine Drosselung des Rückführstroms erfolgen, wobei da durch ein Teil der Pulsationsenergie abgebaut wird. Eine Drosselung der Umge hungsluft hat jedoch gleichzeitig zur Folge, daß der Strömungswiderstand der Rück führeinrichtung stark ansteigt. Dies ist jedoch nicht erwünscht, da die rückgeführte Luft die Verbrennung optimieren soll. Bei einer zu starken Drosselung würde der rückgeführte Luftstrom betragsmäßig zu klein werden, um eine befriedigende Sen kung des Kompressionsdruck zu bewirken. Die im Umgehungskanal eingebaute Drosselklappe kann im übrigen nicht in Abhängigkeit von der gewünschten Dämp fung verstellt werden, da diese in Abhängigkeit des rückzuführenden Luftstroms ge schaltet wird. Insbesondere bei hohen Drehzahlen, bei denen der Umgehungsluft strom groß sein muß, muß in Folge dessen auch die Drosselklappe weit geöffnet sein. Dadurch wird ihre geräuschdämpfende Eigenschaft in diesem Betriebszustand minimiert, während der Bedarf an einer Geräuschdämpfung am größten ist.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Leitungszuführung für ein pulsierendes Gas zu schaffen, die eine möglichst wirksame Dämpfung der Pulsation bewirkt und dabei einen geringen Strömungswiderstand aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Femer wird gemäß Anspruch 7 ein Ansaugsystem für Brennkraftmaschinen beansprucht, in dem eine pulsationsdämpfende Luftzuführung zum Einsatz kommt.

Vorteile der Erfindung

Nach der Erfindung besteht die Leitungszuführung aus einem Leitungsabschnitt und einer Zuführleitung. Die Zuführleitung mündet in den Leitungsabschnitt derart, daß der Leitungsabschnitt zwei Querschnittsbereiche aufweist, die durch eine gasdurch lässige Wand voneinander getrennt sind. Einer der beiden Querschnittsbereiche bil det den Durchleitungsquerschnitt für das zu leitende Gas während der andere Quer schnittsbereich als Zuführquerschnitt wirkt, daß heißt, daß das zugeführte Gas aus der Zuführleitung zunächst in diesen Zuführquerschnitt gelangt, um durch die gas durchlässige Wand in den Durchleitungsquerschnitt zu wechseln.

Wird über die Zuführleitung ein mit Druckpulsation beaufschlagtes Gas eingeleitet, so können neben der bekannten Drosselung des Gasstromes, die gemäß der erfinderi schen Ausgestaltung durch die gasdurchlässige Wand erfolgt, je nach Gestaltung der Gasführungsgeometrie verschiedene Effekte zur Dämpfung von strömenden Gasen nutzbar gemacht werden. In diesem Sinne führt z. B. ein Querschnittssprung vom Querschnitt der Zuführleitung zum Zuführquerschnitt zu einer Reflektion von Schall wellen, die zu einer Löschung oder Verringerung der Pulsation führen kann.

Das Leitungssystem, in dem die Leitungszuführung eingebaut ist, ist im weiteren Sinne zu verstehen. Es hat grundsätzlich die Aufgabe der Gasleitung zu bewältigen, wobei dies durch beliebige Hohlräume bewerkstelligt werden kann. Das Leitungssy stem kann z. B. diverse Gehäuse zum Einbau von weiteren Komponenten des Lei tungssystems beinhalten.

Zur einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung gelangt man, wenn man in dem Leitungsabschnitt ein Innenrohr anordnet. Dadurch entsteht ein Ringraum zwi schen Innenrohr und der Innenwand des Leitungsabschnittes, welcher parallel zu dem durch das Innenrohr gebildeten Querschnitt verläuft. Dadurch wird der Durchleitungsquerschnitt und der Zuführquerschnitt gebildet. Die gasdurchlässige Wand besteht in dieser Ausführungsform aus der Wand des Innenrohres. Die Zu führleitung kann sowohl in den Ringraum wie auch in das Innenrohr hineingeführt werden, wodurch sich jeweils die Funktion als Zuführquerschnitt ergibt. Der jeweils andere Querschnittsbereich fungiert als Durchleitungsquerschnitt.

Die verwendeten Rohre müssen keinen Kreisquerschnitt aufweisen. Es sind beliebi ge Querschnittsformen denkbar, die so ineinander geschachtelt werden können, daß das Innenrohr durch teilweises Anliegen an der Innenwand des Leitungsabschnittes fixiert wird. An den Enden des Innenrohrs muß ein Verschluß bzw. eine Verbindung zu den Innenwänden des Leitungsabschnittes vorgesehen werden, um zu gewährlei sten, daß der Zuführquerschnitt vom Durchleitungsquerschnitt getrennt wird. Die an dieser Stelle vorgesehenen Wänden können jedoch auch gezielt z. B. durch Perfora tionen gasdurchlässig gemacht werden. Die konkrete Gestaltung des gesamten Lei tungsabschnittes muß im Anwendungsfall auf die zu dämpfenden Frequenzen ange paßt werden.

Eine günstige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die gasdurchlässige Wand gebildet wird, indem diese mit verschiedenen Durchbrüchen versehen wird. Diese können z. B. aus Bohrungen bestehen. Genauso denkbar ist natürlich die Verwendung eines Drahtgitters oder dergleichen, welches durch Biegen in die Form des Innenrohrs gebracht wird. Weiterhin ist die Verwendung von gasdurchlässigen Membranen denkbar.

Ein vorteilhaftes Strömungsprofil im Durchleitungsquerschnitt läßt sich erreichen, wenn dieser die gleiche Querschnittsfläche aufweist, wie zumindest einer der Quer schnitte des angrenzenden Leitungssystems. Dadurch werden Querschnittssprünge vermieden und somit der Strömungswiderstand im Durchleitungsquerschnitt mini miert. Dies ist besonders dann wichtig, wenn die Leitungsquerschnitte des angren zenden Leitungssystems in ihrem Querschnitt auf die maximal durchfließende Gas menge eingestellt sind. Da im Bereich des Leitungsabschnittes zusätzlich das zuzu führende Gas in den Durchleitungsquerschnitt strömt, kann sich dieser auch auf der Strecke des Durchleitungsquerschnittes linear erweitern. Aber auch die gezielte Ver engung des Durchleitungsquerschnittes im Bereich der Leitungszuführung kann ge zielt genutzt werden. Hierdurch läßt sich z. B. der Effekt einer Saugstrahlpumpe er zielen, wodurch das zuzuführende Gas in den Durchleitungsquerschnitt gesaugt wird.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der resultierende Querschnitt der gasdurchlässigen Wand zur Durchleitung des rückgeführten Gases dem Leitungsquerschnitt der Zuführleitung ungefähr entspricht. Hierdurch läßt sich erreichen, daß der Strömungswiderstand aufgrund von Drosselung des rückgeführ ten Gases minimiert wird, wodurch auch große Mengen des rückgeführten Gases in den Durchleitungsquerschnitt eingespeist werden können. Andererseits kann gezielt eine verringerte Einspeisung des rückgeführten Gases erreicht werden, indem der resultierende Querschnitt der gasdurchlässigen Wand bewußt kleiner gewählt wird, als der Leitungsquerschnitt der Zuführleitung. In diesem Fall ergibt sich ein zusätzli cher Dämpfungseffekt durch die Drosselung des rückgeführten Gasstroms.

Im Gebiet des Auftreffens der Gasströmung aus der Zuführleitung kann ein gasun durchlässiger Bereich in der sonst gasdurchlässigen Wand vorgesehen werden. Dies hat zur Folge, daß die Luftströmung in diesem Bereich umgelenkt werden muß, um zu den gasdurchlässigen Wandbereichen zu gelangen. Diese Umlenkung führt zu einem Dämpfungseffekt. Weiterhin kann durch Verwendung des gasundurchlässigen Wandbereiches eine Reflexion der Druckpulsation in die Zuführleitung zurück erreicht werden. Diese führt zu einer Verminderung oder sogar Totallöschung der Druck pulsation, ohne dabei den Strömungswiderstand der Einrichtung wesentlich zu ver größern.

Ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine kann gemäß dem Erfindungsgedan ken derart weitergebildet werden, daß eine im Ansaugsystem befindliche Leitungs zuführung mit den erfinderischen Merkmalen ausgestattet wird. Im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine treten häufig pulsationsüberlagerte Luftströmungen auf, die mit der beschriebenen Leitungszuführung wirksam gedämpft werden können. Dies führt zu einer Verminderung des Ansauggeräusches, wodurch die Lärmemission der Brennkraftmaschine insgesamt verringert werden kann. Damit kann in vorteilhafter weise, insbesondere in Ballungszentren eine spürbare Verminderung des Verkehrs lärms erreicht werden, welche im Hinblick auf eine Verbesserung der Lebensqualität gewünscht ist.

Insbesondere für Ansaugsysteme von Brennkraftmaschinen, die eine Einrichtung zur Erhöhung des Ladedrucks der Ansaugluft enthalten, ergibt sich eine besonders vor teilhafte Ausführungsform. Diese Einrichtung kann z. B. aus einem Kompressor be stehen. Wie oben angeführt, benötigt dieser eine Rückführleitung der überschüssi gen Ladeluft. Die Rückführleitung mündet in das Ansaugsystem, wobei an dieser Stelle die erfindungsgemäße Leitungszuführung Verwendung finden kann.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen her vor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von sche matischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Luftzuführung mit Innenrohr im Längsschnitt, wobei das Innenrohr als Durchleitungsquerschnitt genutzt wird,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Luftzuführung mit Innenrohr im Längsschnitt, wobei das Innenrohr als Zuführquerschnitt genutzt wird,

Fig. 3 den schematischen Querschnitt durch eine Luftzuführung, deren Lei tungsabschnitt durch eine Trennwand in zwei Querschnittsbereiche geteilt ist und

Fig. 4 die schematische Darstellung des Ansaugsystems einer Brennkraftma schine, in dem eine Leitungszuführung für die Rückführleitung über schüssiger Kompressionsluft verwendet wird.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine Leitungszuführung im Längsschnitt schematisch dargestellt. Diese weist einen Leitungsabschnitt 10 auf, in den eine Zuführleitung 11 mündet. Der Lei tungsabschnitt ist durch ein Innenrohr 12 in zwei Querschnittsbereiche geteilt. Der eine Querschnittsbereich, der den Querschnitt des Innenrohrs 12 darstellt, wird als Durchleitungsquerschnitt 13 für das zu führende Gas verwandt. Der Durchleitungs querschnitt ist mit dem angrenzenden Leitungssystem 14 verbunden, welches hier nur angedeutet ist. Die Flußrichtung ist durch lange Pfeile gekennzeichnet. Das In nenrohr 12 weist denselben Querschnitt wie das angrenzende Leitungssystem 14 auf. Das zuzuführende Gas ist durch kurze Pfeile gekennzeichnet. Es wird über die Zuführleitung 11 in einen Zuführquerschnitt 15 eingeleitet. Dieser wird durch die Au ßenwände des Innenrohrs 12 sowie die Innenwände des Leitungsabschnittes 10 ge bildet. Stirnseiten 16 des Innenrohrs sind mit den Innenwänden des Leitungsab schnittes 10 verbunden. Das Innenrohr 12 weist Durchbrüche 17 auf, durch die das zuzuführende Gas aus dem Zuführquerschnitt 15 in den Durchleitungsquerschnitt 13 wechseln kann und dort von dem strömenden Gas mitgerissen wird. Aufgrund der Durchbrüche 17, einer plötzlichen Querschnittserweiterung 18 und der Umlenkung des zugeführten Gases wird die Druckpulsation, die der Strömung des zuzuführen den Gases überlagert ist gedämpft. Dadurch verringert sich die Geräuschemission sowie die Anregung der Leitungszuführung zu Bauteilschwingungen.

Die schematische Darstellung der Leitungszuführung gemäß Fig. 2 ist ebenfalls im Längsschnitt dargestellt. Auch hier kommt das Innenrohr 12 zum Einsatz, welches im Leitungsabschnitt 10 zwei Querschnittsbereiche voneinander trennt. Die Stirnseiten 16 des Innenrohres sind verschlossen, wobei das zuzuführende Gas durch die Durchbrüche 17 geleitet wird. Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Lei tungszuführung wird das zuzuführende Gas in das Innenrohr 12 geleitet. Dement sprechend mündet die Zuführleitung 11 in das Innenrohr, welches dadurch gleichzei tig im Leitungsabschnitt fixiert wird. Somit stellt das Innere des Innenrohres den Zu führquerschnitt 15 dar, während der umgebende Ringraum den Durchleitungsquer schnitt 13 bildet. Im Bereich des Zuführquerschnitts 15 ist die Wandung des Rohres 12 luftundurchlässig. Das bedeutet, daß in diesem Wandbereich 19 keine Durch gangsöffnungen vorgesehen sind. Hierdurch wird der Dämpfungseffekt durch die Zwangsumleitung des zuzuführenden Gases verstärkt. Außerdem können die Druckwellen durch den Wandbereich in den Zuführquerschnitt zurückgeworfen wer den, was einen zusätzlichen Dämpfungseffekt zur Folge hat.

In Fig. 3 kommt an Stelle des Innenrohrs eine Trennwand 20 zum Einsatz, die den Leitungsabschnitt 10 in den Zuführquerschnitt 15 und den Durchleitungsquerschnitt 13 teilt. Die Trennwand ist mit den Durchbrüchen 17 versehen. Im Bereich des Zu führquerschnitts 15 kann entsprechend der Ausführung gem. Fig. 2 ein luftun durchlässiger Wandbereich 19 angeordnet werden (nicht dargestellt). Durch die ebe ne Ausgestaltung der Trennwand 20 kann der dämpfende Reflexionseffekt, der auf die Druckpulsation wirkt, besonders effektiv genutzt werden.

In Fig. 4 ist ein Ansaugsystem schematisch dargestellt, in dem ein Kompressor 21 zur Anwendung kommt. Die Luft wird durch einen Ansaugstutzen 22 durch einen Luftfilter 23 geleitet und passiert den Durchleitungsquerschnitt 13 einer Leitungszu führung 24. Anschließend verdichtet der Kompressor die Ansaugluft und leitet diese zu einem Sammelraum 25 weiter, von wo aus sie durch Saugkanäle 26 zu den Zylin dereinlässen 27 einer Brennkraftmaschine 28 geleitet wird. Bei einer Überproduktion an komprimierter Luft wird diese durch eine Rückführleitung 29 zur Zuführleitung 11 geleitet, die in den Zuführquerschnitt 15 mündet. Die Menge an rückgeführter Kom pressionsluft wird durch eine Drosselklappe 30 gesteuert.

Der Aufbau des Leitungsabschnittes vermag die Druckpulsation der rückgeführten Kompressionsluft zu vermindern, so daß sich der über den Ansaugstutzen 22 aus breitende Schall in Grenzen hält. Die rückgeführte Luft wird auf der Reinluftseite des Filters zugeführt und kann von Kompressor erneut verwendet werden.

Claims

1. Leitungszuführung zur Verwendung in einem gasführendem Leitungssystem, wo bei dieses aufweist:

- einen Leitungsabschnitt (10) zur Führung eines ersten Gasstromes und
- eine Zuführleitung (11), die in den Leitungsabschnitt mündet, zur Einleitung ei nes zweiten, mit Druckpulsation beaufschlagten Gasstromes,

dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsabschnitt zwei durch eine gasdurch lässige Wand voneinander getrennte Querschnittsbereiche aufweist, wobei

- der eine Querschnittsbereich einen Durchleitungsquerschnitt (13) bildet, der mit dem beidseitig angrenzenden Leitungssystem verbunden ist,
- der andere Querschnittsbereich einen Zuführquerschnitt (15) bildet, der mit der Zuführleitung (11) verbunden ist.

2. Leitungszuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gas durchlässige Wand aus einem Innenrohr (12) besteht, wobei ein sich so ergeben der Ringraum zwischen Außenwand des Innenrohres und Innenwand des Lei tungsabschnittes (10) den einen und der Querschnitt des Innenrohres den ande ren Querschnittsbereich bilden.

3. Leitungszuführung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die gasdurchlässige Wand Durchbrüche (17) zur Durchleitung des Gases aufweist.

4. Leitungszuführung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Durchleitungsquerschnitt (13) mindestens die gleiche Quer schnittsfläche aufweist, wie zumindest einer der Querschnitte des angrenzenden Leitungssystems.

5. Leitungszuführung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der resultierende Querschnitt der gasdurchlässigen Wand ungefähr gleich dem Leitungsquerschnitt der Zuführleitung (11) ist.

6. Leitungszuführung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß ein gasundurchlässiger Wandbereich (19), im Gebiet des Auftref fens der Gasströmung aus der Zuführleitung (11) auf die sonst gasdurchlässige Wand vorgesehen ist.

7. Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine, welche verschiedene Leitungen zur Führung der Ansaugluft von einem Ansaugstutzen (18) zu mindestens einem Zy lindereinlaß (19) aufweist, wobei eine Leitungszuführung (20) zur Einleitung eines mit Druckpulsation beaufschlagten Luftstromes in einer der Leitungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungszuführung (20) entsprechend ei nem der vorhergehenden Ansprüche gestaltet ist.

8. Ansaugsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansaugsy stem eine Einrichtung zur Erhöhung des Ladedruckes der Ansaugluft, insbesonde re ein Kompressor (21), vorgesehen ist, der eine Rückführleitung zur Rückleitung überschüssiger Ladeluft in den Ansaugweg vor der besagten Einrichtung über die Leitungszuführung (20) aufweist.