DE102004025187B3

DE102004025187B3 - Luftansaugkanalsystem für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE102004025187B3
Application number: DE102004025187A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Hüsges; Hans-Ulrich Kühnel
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2024-05-22

Abstract

Die Erfindung zeigt ein Luftansaugkanalsystem für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem in einem Sammeleinlaßkanal (1) eine Kühlvorrichtung (4) angeordnet ist, über welche ein in den Sammeleinlaßkanal (1) strömendes Abgas-Luftgemisch gekühlt werden kann. Die Kühlvorrichtung (4) wird durch ein ein- oder mehrteiliges Wärmetauscherelement (8) sowie eine Oberschale (6) und eine Unterschale (7) des Sammeleinlaßkanals (1) gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Steuerung der Kühlung über eine im Kühlmittel-führenden Kanal (14) angeordnete und eine Bimetallfeder (22) gesteuerte Schaltklappe (20). DOLLAR A Ein derartiger Aufbau erfordert einen geringen Bauraum und ermöglicht eine zuverlässige Temperatursteuerung durch Kühlung des Abgas-Luftgemisches. Die vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele sind in ihrer Ausführung kostengünstig und einfach herstell- und montierbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftansaugkanalsystem für Verbrennungskraftmaschinen mit einem mehrteiligen Gehäuse, in dem ein Sammeleinlaßkanal und einzelne zu Zylindern der Verbrennungskraftmaschine führende Einzelansaugkanäle ausgebildet sind, wobei der Sammeleinlaßkanal einen Kühlabschnitt mit einer Kühlvorrichtung zur Kühlung eines rückgeführten Abgasstromes aufweist.

Ein derartiges Luftansaugkanalsystem, in dessen Sammeleinlaßkanal eine Kühlvorrichtung integriert ist, wird beispielsweise in der EP 1 048 839 B1 beschrieben. Dazu ist der Sammeleinlaßkanal in zwei getrennte Kanäle unterteilt, wobei die Kühlvorrichtung in einem der Kanäle angeordnet ist und von einem Abgasstrom durchströmbar ist. Am Gehäuse des Sammeleinlaßkanals sind Kühlmittelzu- und -abläufe ausgebildet, so daß das vormontierte Wärmetauscherelement, welches in diesen Kanalabschnitt eingesetzt wird, von Kühlmittel umströmt ist. Hinter der Kühlvorrichtung wird das Abgas mit dem durch den Hauptkanal des Sammeleinlaßkanals strömenden Luftstrom gemischt.

Nachteilig an einer derartigen Ausführung ist es, daß eine gleichmäßige Verteilung zwischen Luft und Abgasstrom nicht zustande kommt, so daß unter Umständen die verschiedenen Einzelansaugkanäle mit einem unterschiedlich hohen Anteil an Abgas beaufschlagt werden. Des weiteren ist eine Temperatursteuerung des zu den einzelnen Zylindern geleiteten Gasstromes nur sehr ungenau zu verwirklichen, da sich erstens Strähnen des Abgasstromes im Luftstrom bilden und zweitens keine exakte Temperatur vor der Kühlvorrichtung bestimmt werden kann. Der Aufbau und die Montage einer derartigen Ausführung ist aufgrund der hohen Teileanzahl und schwierigen Zugänglichkeit kosten- und zeitintensiv.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung ein Luftansaugkanalsystem mit einer Kühlvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der eine gute Vermischung des Abgases mit dem Luftstrom gewährleistet ist, eine Temperatursteuerung ermöglicht wird und Montage- und Herstellungskosten sowie -aufwand im Vergleich zu bekannten Ausführungen reduziert werden. Des weiteren soll eine weitere Bauraum- und Bauteilereduzierung erreicht werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Sammeleinlasskanal im Kühlabschnitt im Querschnitt zur Durchströmungsrichtung zumindest in einen Gas führenden Kanal und einen Kühlmittel führenden Kanal unterteilt ist, und eine den Abgasmassenstrom steuernde Abgaseinleiteinrichtung in Strömungsrichtung vor der Kühlvorrichtung in den Sammeleinlaßkanal mündet, so daß bei geöffneter Abgaseinleitvorrichtung in dem zumindest einen Gas führenden Kanal ein Abgas-Luftgemisch strömt. Eine derartige Ausführung reduziert die Bauteileanzahl und den benötigten Bauraumbedarf deutlich und ermöglicht eine strähnenfreie Vermischung von Abgas- und Luftstrom über eine längere Laufstrecke, so daß auch eine Temperatursteuerung möglich wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse des Sammeleinlaßkanals eine Ober- und eine Unterschale auf, welche einen Außenmantel des Sammeleinlaßkanals bilden, wobei im Kühlabschnitt zwischen der Oberschale und der Unterschale ein Wärmetauscherelement angeordnet ist, welches mit Teilen der Ober- und/oder Unterschale die Kühlvorrichtung bildet. Somit bilden Ober- oder Unterschale zumindest Teile der Kühlvorrichtung, so daß Bauteile eingespart werden. Durch diese Anordnung wird die Montage des gesamten Sammeleinlaßkanalsystems mit Kühlvorrichtung aufgrund der einfachen Zugänglichkeit deutlich vereinfacht.

In einer weiterführenden Ausführungsform weist das Wärmetauscherelement Rippen auf, welche in den Gas führenden Kanal ragen und im wesentlichen in Durchströmungsrichtung verlaufen. Durch die Rippen wird der Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel- und dem Gasstrom verbessert, wobei durch die Anordnung der Rippen in Strömungsrichtung Strömungsverluste minimal gehalten werden.

In einer wiederum weiterführenden Ausführungsform weist der Sammeleinlaßkanal einen Luftverteilerabschnitt auf, in dem sich der Sammeleinlaßkanal in zumindest zwei getrennte Luftverteilerkanäle verzweigt, welche in der Ober- und der Unterschale ausgebildet sind, wobei die Kühlvorrichtung ebenfalls korrespondierende Verzweigungen aufweist und sich in die Luftverteilerkanäle erstreckt. Dies verlängert die gesamte vorhandene Kühlstrecke, so daß relativ hohe Temperaturdifferenzen geregelt werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kühlmittel führende Kanal von einem Verschlußglied, insbesondere einer Klappe, beherrscht, wodurch je nach Stellung des Verschlußgliedes eine unterschiedlich starke Durchströmung des Kühlmittel führenden Kanals gewährleistet wird und somit eine Temperatursteuerung realisierbar ist. Bei gleichbleibendem Abgas- Luftgemischstrom können somit unterschiedliche Temperaturen eingestellt werden.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist das Verschlußglied eine Schaltklappe, welche von einer Bimetallfeder gesteuert ist, wodurch zusätzliche Stellvorrichtungen entfallen und der Kühlmittelstrom durch die jeweils an der Bimetallfeder anliegende Temperatur automatisch gesteuert wird.

Vorzugsweise ist die Bimetallfeder dazu im Bereich eines Kühlmittelseinlasses oder -auslasses angeordnet und von Kühlmittel umströmt, dessen Temperatur somit als Stellgröße für die Stellung der Schaltklappe eingesetzt wird. Dies bedeutet, daß im kalten Zustand der Verbrennungskraftmaschine ebenfalls das Kühlmittel im wesentlichen in seiner Temperatur der Umgebungstemperatur entspricht. In diesem Zustand ist die Klappe entsprechend geschlossen, so daß keine Kühlung erfolgt. Durch das Aufheizen der Verbrennungskraftmaschine erwärmt sich ebenfalls das im Mantel vorhandene Kühlmittel bis zu einer Temperatur an der die Bimetallfeder die Klappe öffnet, so daß der Kanal nun zur Kühlung des Abgasluftgemisches von Kühlmittel umströmt wird. Somit folgt bei aufgeheizter Verbrennungskraftmaschine eine zuverlässige Kühlung ohne Stellvorrichtungen nutzen zu müssen oder eine Verbindung zur Motorsteuerung herstellen zu müssen. Sonst notwendige kostenintensive Stellvorrichtungen können entfallen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wärmetauscherlement im Querschnitt zweiteilig ausgeführt, wobei ein zweites Gehäuseteil ein Deckel ist, der den von Kühlmittel durchströmten Kanal, welcher in einem ersten Gehäuseteil ausgebildet ist, an dem die Rippen angeordnet sind, an seiner offenen Seite im wesentlichen verschließt. Somit erfolgt eine innere Durchströmung des Sammeleinlaßkanals mit dem Kühlmittel, wodurch eine gute Wärmeübertragung zum umströmenden Abgas-Luftgemisch erfolgt und gleichzeitig eine einfache Herstellung der Bauteile beispielsweise im Strangpress- oder Druckgußverfahren möglich ist. Dabei wird die offene Seite mit Ausnahme der Kühlmittelein- und -auslässe durch den Deckel vollständig verschlossen.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist das erste Gehäuseteil im wesentlichen im Querschnitt u-förmig ausgebildet und die Schenkel des u-förmigen Querschnitts jeweils von Kühlmittel durchströmt, wobei zwischen den Schenkeln an einem der beiden Gehäuseteile eine Trennwand angeordnet ist, welche sich bis vor einen Endbereich des Kühlerabschnitts erstreckt und das erste Gehäuseteil weist jeweils im Endbereich des Kühlabschnitts eine Umlenkung des von Kühlmittel durchströmten Kanals auf, so daß die Schenkel in Querschnitt jeweils in entgegengesetzter Richtung durchströmt sind. Somit reicht auch bei vorhandenen Verzweigungen des Sammeleinlasskanals ein einzelner Kühlmittelauslass aus, so daß zumindest eine weiterführende Leitung entfällt, wodurch auch der Montageaufwand verringert wird.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform sind der Kühlmittelzulauf und der Kühlmittelablauf in einer Querschnittsebene nebeneinander angeordnet, wobei die Anschlußstutzen am Deckel ausgebildet sind und unter Zwischenlage einer Dichtung durch Bohrungen in der Unter- oder Oberschale des Sammeleinlaßkanals ragen. Bei einer derartigen Ausführungsform sind keine weiteren Anschlußstutzen am Gehäuse des Sammeleinlaßkanals notwendig und es entfällt somit auch der Übergang für den Kühlmittelkanal zwischen den Gehäuseteilen des Wärmetauscherelements und des Sammeleinlaßkanals. Zusätzlich wird aufgrund der Lage des Ein- und des Auslasses zueinander der Montageaufwand reduziert.

In einer wiederum weiterführenden Ausführungsform ist in den Endbereichen der Kühlvorrichtung, die in die Luftverteilerabschnitte ragen, eine Umlenkung ausgebildet und die Trennwände zwischen den Schenkeln im Bereich der Verzweigung des Sammeleinlaßkanals laufen im wesentlichen sternförmig zusammen. Trotz einer derartigen Ausführung, welche bis in die Luftverteilerkanäle hinein ragt, bleibt aufgrund einer derartigen Anordnung die Herstellung des Wärmetauscherelementes extrem einfach und preisgünstig, beispielsweise im Strangpressverfahren herstellbar. Dies führt ebenfalls zu einer Erleichterung der Montage.

In einer alternativen Ausführungsform ist das Wärmetauscherelement im Querschnitt zweiteilig ausgeführt und weist eine Wärmetauscheroberschale und eine Wärmetauscherunterschale auf, wobei das Wärmetauscherelement im zusammen gesetzten Zustand über seinen Umfang geschlossen ist, so daß im Kühlabschnitt zwischen dem Wärmetauscherelement und der Ober- und Unterschale des Sammeleinlaßkanals der Kühlmittel durchströmte Kanal gebildet ist, welcher mantelförmig um den zwischen Wärmetauscheroberschale und Wärmetauscherunterschale gebildeten Gas führenden Kanal angeordnet ist. Somit können die Anschlußstutzen direkt an der Ober- oder Unterschale des Sammeleinlaßkanals ausgebildet werden, wobei durch die vollständige Umfassung des Gas führenden Kanals durch den Kühlmittel führenden Kanals wiederum ein guter Wärmeübergang sicher gestellt wird. Auch hier bleiben Montage und Herstellung der einzelnen Schalen einfach und kostengünstig.

In einer wiederum alternativen Ausführungsform ist der Sammeleinlaßkanal im Querschnitt zur Durchströmungsrichtung in zwei Gas führende Kanäle und einen Kühlmittel führenden Kanal unterteilt, wobei in den Gas führenden Kanälen in Strömungsrichtung vor der Kühlvorrichtung eine Klappe angeordnet ist, die wahlweise einen der Gas führenden Kanäle verschließt. Somit kann über diese Klappe entschieden werden, ob eine Kühlung stattfinden soll, indem der gesamte Gasstrom bestehend aus Abgasstrom und Luftstrom entweder direkt an den Wärmetauscherflächen vorbei geführt wird oder aber in den anderen Kanal geleitet wird, so daß keine Kühlung stattfindet, wie es in der Startphase gewünscht ist. In der Warmlaufphase besteht in dieser Ausführung durch den nicht durchströmten Kanal eine gute thermische Isolierung. Je nach verwendeter Stellvorrichtung ist es möglich Teilströme in die beiden Kanäle zu leiten, so dass eine Temperatursteuerung möglich ist.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist im Kühlabschnitt zwischen der Oberschale und der Unterschale eine Trennwand angeordnet, welche die zwei Gas durchströmten Kanäle im Querschnitt zur Durchströmungsrichtung trennt und zwischen der Unterschale oder der Oberschale und der Trennwand ist ein Wärmetauscherelement angeordnet, welches den Gas durchströmten Kanal, der teilweise durch das Wärmetauscherelement gebildet ist, vom Kühlmittel durchströmten Kanal im Querschnitt zur Durchströmungsrichtung trennt, wobei die Ober- oder die Unterschale im Kühlabschnitt einen Außenmantel des Kühlmittel durchströmten Kanals bildet. Ein derartiger Aufbau weist eine kleine Bauteileanzahl und ein geringes Bauvolumen bei guter Montierbarkeit auf.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform umgibt der vom Kühlmittel durchströmte Kanal den Abgas durchströmten Kanal im Querschnitt mit Ausnahme des durch die Trennwand abgegrenzten Bereiches vollständig, wodurch in dieser Ausführung ein guter Wärmeübergang nach der Warmlaufphase und eine gute Isolierung während der Warmlaufphase gewährleistet sind.

In einer wiederum weiterführenden Ausführungsform sind an der Unterschale oder der Oberschale, die den Außenmantel des Kühlmittel durchströmten Kanals bildet, zumindest zwei Anschlußstutzen für den Kühlmittelzulauf und den Kühlmittelablauf angeordnet, wozu somit wiederum keine zusätzlichen Bauteile verwendet werden müssen.

Ein derartiges Luftansaugkanalsystem benötigt wenige und einfach zu montierende Bauteile und verwirklicht somit auf einfache und kostengünstige Bauweise eine Temperatursteuerung des angesaugten Abgasluftgemischs, welche entweder kontinuierlich oder aber schaltbar bei bestimmten festgelegten Temperaturen erfolgen kann. Ein derartiger Aufbau ist deutlich Bauraum reduzierend im Vergleich zu bekannten Systemen.

Drei Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben:
1 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Luftansaugkanalsystems in geschnittener Darstellung.
2 zeigt einen Querschnitt dieses Ausführungsbeispiels ebenfalls in geschnittener Darstellung.
3 zeigt einen entsprechenden Querschnitt jedoch in Höhe der Kühlmitteleinbeziehungsweise -auslässe.
4 zeigt eine Draufsicht eines alternativen erfindungsgemäßen Luftansaugkanalsystems in geschnittener Darstellung.
5 zeigt einen Querschnitt in geschnittener Darstellung dieser alternativen Ausführungsform.
6 zeigt einen Ausschnitt im Bereich der Ansteuerung eines Verschlußgliedes in Seitenansicht zum Querschnitt gemäß 5.
7 zeigt eine Draufsicht eines weiteren alternativen erfindungsgemäßen Luftansaugkanalsystems.
8 zeigt einen Querschnitt des Ausführungsbeispiels gemäß 7 entlang der Schnittlinie A-A.
9 zeigt einen Querschnitt des Luftansaugkanalsystem gemäß 7 entlang der Schnittlinie B-B.
In 1 ist ein Sammeleinlaßkanal 1 mit zwei Luftverteilerkanälen 2, 3 eines Luftansaugkanalsystems dargestellt, welcher eine Kühlvorrichtung 4 aufweist, die sich über einen Kühlabschnitt 5 des Sammeleinlaßkanals 1 erstreckt. Diese Kühlvorrichtung 4 wird durch eine Oberschale 6 und eine Unterschale 7 des Sammeleinlaßkanals 1 sowie ein darin angeordnetes Wärmetauscherelement 8 gebildet. An den Enden der Luftverteilerkanäle 2 und 3 ist jeweils ein Flansch 9 angeordnet, über welchen die Luftverteilerkanäle 2, 3 mit dem übrigen Luftansaugkanalsystem beziehungsweise den daran anschließenden nicht dargestellten Einzelansaugkanälen verbunden werden kann. Dazu weisen die Luftverteilerkanäle 2, 3 an ihren Enden jeweils eine Öffnung 10, 11 auf, über die die fluidische Verbindung der Luftervertei lerkanäle 2, 3, zu den Einzelansaugkanälen hergestellt wird. In den Sammeleinlaßkanal 1 strömt über eine Ansaugöffnung 12 ein Abgas-Luftgemisch, so daß vor der Ansaugöffnung 12 eine nicht dargestellte Abgaseinleitvorrichtung und gegebenenfalls eine Drosselklappe angeordnet sind.
Der Sammeleinlaßkanal 1 wird durch den Einsatz des Wärmetauscherelementes 8 in einen Gas führenden Kanal 13 und einen Kühlmittel führenden Kanal 14 geteilt, wobei aus der Zeichnung hervorgeht, daß sich der Kühlmittel führende Kanal 14 ebenfalls bis in die Luftverteilerkanäle 2, 3 erstreckt und einen Vor- und Rücklauf aufweist. Dies bedeutet, dass jeweils im einem Endbereich 16 des Wärmetauscherelementes 8 eine Umlenkung 17 des Kühlmittelstromes vorhanden ist, so daß in dem in Strömungsrichtrung folgenden Abschnitt nun das Kühlmittel in entgegengesetzter Richtung strömt. Durch die Anordnung mit Vor- und Rücklauf wird es möglich einen Kühlmittelauslaß 24 unmittelbar in Strömungsrichtung gesehen neben einem Kühlmitteleinlaß 18 auszubilden.
Der Kühlmitteleinlaß 18 wird durch ein Verschlußglied, welches hier als Schaltklappe 20 ausgebildet ist, beherrscht, welche durch eine Stellvorrichtung angesteuert wird, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als einfache Bimetallfeder 22 ausgebildet ist.
Der Aufbau dieses Sammeleinlasskanals 1 wird genauer aus den 2 und 3 ersichtlich, welche einen Querschnitt zum Sammeleinlaßkanal 1 der 1 darstellen, wobei sich der Querschnitt der 2 in Gasströmungsrichtung gesehen unmittelbar hinter dem Kühlmittelflüssigkeitseinlaß 18 beziehungsweise Kühlmittelflüssigkeitsauslaß 24 befindet und der Querschnitt gemäß 3 sich in gleicher Strömungsrichtung gesehen vor dem Kühlabschnitt befindet.
In den Figuren ist zu erkennen, daß das Wärmetauscherelement 8 zwischen der Oberschale 6 und der Unterschale 7 des Gehäuses des Sammeleinlaßkanals 1 über Rippen 26, welche sich über den gesamten Außenumfang des Wärmetauscherelementes 8 erstrecken, fixiert ist. Weitere, etwas kürzer ausgebildete Rippen 26 sind ebenfalls zum besseren Wärmeübergang am Wärmetauscherelement 8 ausgebildet, welches wiederum aus einem ersten u-förmigen Gehäuseteil 28 und einem dieses u- förmige Teil 28 verschließenden Deckel 30 besteht. Am ersten Gehäuseteil 28, welches als Druckgussteil ausgeführt werden kann, ist im Querschnitt eine Trennwand 32 zwischen dem Vorlauf- und den Rücklauf bildenden Kühlmittel führenden Kanal 14 angeordnet. Entsprechend ist diese Trennwand 32 im Endbereich 16 beziehungsweise im Bereich der Umlenkung 17 nicht ausgebildet. Die Trennwand 32 läuft in der dargestellten Ausführung etwa am Ende des Sammeleinlaßkanals 1 vor den Luftverteilerabschnitten 2,3 etwa sternförmig zusammen, um die Trennung zwischen Vorlauf und Rücklauf in den beiden Schenkeln des u-förmigen Teils zu gewährleisten.
In 3 sind des weiteren die beiden Anschlußstutzen 33, 34 für den Einlaß 18 beziehungsweise den Kühlmittelauslaß 24 dargestellt. Diese sind einteilig mit dem Deckel 30 ausgebildet und ragen durch entsprechende Öffnungen 36, 38 in der Unterschale 7 des Sammeleinlaßkanals 1 hindurch. Entsprechend ist es notwendig in diesem Bereich den Gas führenden Kanal 13 gegenüber der Umgebung durch zwei als O-Ringe ausgebildete Dichtungen 40, 42 abzudichten.
Die Funktionsweise des vorliegenden Luftansaugkanalsystems ist derart, dass nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine Luft über die Drosselklappe und Abgas über die Abgaseinleitvorrichtung zur Ansaugöffnung 12 gelangt. Von hier aus strömt das Abgas-Luftgemisch in den Kühlabschnitt 5, wobei bei kalter Verbrennungskraftmaschine die Schaltklappe 20 geschlossen ist, so daß kein Kühlmittel strömt. Durch das warme Abgas im Abgas-Luftstrom wird das Kühlmittel in den Schenkeln der Abgaskühlvorrichtung 4 schnell erwärmt, so daß die Bimemtallfeder 22, welche ebenfalls, wie aus den 2 und 3 ersichtlich, im Kühlmittel führenden Kanal 14 angeordnet ist, betätigt wird und die Schaltklappe 20 automatisch öffnet. Hierdurch kann nun ein Kühlmittel durch den Kanal 14 strömen, so daß das Abgas-Luftgemisch im folgenden, also nach Aufheizung des Kühlmittels und des Katalysators der Verbrennungskraftmaschine, gekühlt wird. Während der Abgas-Luftstrom über die Ansaugöffnung 12 und den Kühlabschnitt 5 bis hin zu den Öffnungen 10, 11 der Luftverteilerkanäle 2, 3 strömt, strömt bei geöffneter Schaltklappe 20 der Kühlmittelstrom vom Einlass 18 über die Umlenkungen 17 in den Endbereichen 16 zurück zum Kühlmittelauslaß 24.
In den 4 bis 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei der prinzipielle Aufbau des Sammeleinlaßkanals 1 sowie die daran anschließende Luftverteilerkanäle 2, 3 mit der Kühlvorrichtung 4 im wesentlichen gleich bleibt und entsprechend für gleichbleibende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Der Hauptunterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird insbesondere aus der 5, welche den Querschnitt eines derartigen Systems zeigt, deutlich. Das Wärmetauscherelement 8 besteht hier aus einer Wärmetauscheroberschale 44 und einer Wärmetauscherunterschale 46, die im wesentlichen gleich ausgeführt sind, wobei die Rippen 26 zueinander weisen und nach dem aufeinander legen der Wärmetauscheroberschale 44 mit der Wärmetauscherunterschale 46 ein geschlossener Raum innerhalb dieser Schalen gebildet wird. Entsprechend sind die äußeren Rippen 26 die längsten und so ausgebildet, dass sie über eine Schweiß- oder Klebeverbindung zusammenhalten.
Durch dieses Wärmetauscherelement 8 wird ebenfalls ein Gas führender Kanal 13 von einem Kühlmittel führenden Kanal 14 getrennt, wobei hier der Kühlmittel führende Kanal 14 zwischen der Gehäuseoberschale 6 und der Gehäuseunterschale 7 des Sammeleinlaßkanals 1 sowie dem Wärmetauscherelement 8 gebildet wird. Zwischen diesen beiden strömt das Kühlmittel, so daß der zwischen den beiden Wärmetauscherschalen 44, 46 gebildete Raum den Gas führenden Kanal 13 bildet, der durch den Kühlmittel führenden Kanal 14 vollständig mantelförmig umgeben wird. Die den Kühlmittelstrom beherrschende Schaltklappe 20 wird auch hier durch eine Bimetallfeder 22 betätigt, welche in einem Raum 48 angeordnet ist, der über einen Kanal 50 mit dem Einlaßstutzen 33 fluidisch verbunden ist. Die verwendete Feder 22 ist hier nicht wie im ersten Ausführungsbeispiel als Stabfeder, sondern als Drehfeder ausgeführt, wobei die Funktionsweise im wesentlichen die gleiche bleibt.
Bei einer derartigen Ausführung ist es jedoch im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel notwendig, einen zweiten nicht dargestellten Kühlmittelauslass zu verwenden, falls sich die Kühlvorrichtung 4 bis in die Luftverteilerkanäle 2, 3 erstreckt und keine Umlenkung vorgesehen wird. Somit entspricht hier die Strömungsrichtung der Gasströmung der Strömungsrichtung des Kühlmittels. Im übrigen entspricht die Funktionsweise der des ersten Ausführungsbeispiels.
Die 7 bis 9 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel, wobei der Aufbau des Wärmetauscherelementes 8 wie aus 8 ersichtlich nun lediglich aus einer Wärmetauscherunterschale 46 und einer Trennwand 54 besteht, welche den Gas führenden Kanal 13 nun in zwei Kanäle 13 und 13' trennt. Das Kühlmittel strömt im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich zwischen der Unterschale 7 des Sammeleinlaßkanals 1 und der Unterschale 46 des Wärmetauscherelementes 8, so daß auch die Rippen 26 nur in einen der beiden Gas führenden Kanäle 13 hinein ragen. Im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen erfolgt die Temperatursteuerung nicht mehr über eine im Kühlmittel führenden Bereich angeordnete Schaltklappe 20, sondern über eine regelbare Klappe 56, welche so angeordnet ist, daß entweder der Einlaß zum Gas führenden Kanal 13 oder zum Gas führenden Kanal 13' ganz oder teilweise unterbrochen wird. Somit wird bei noch kalter Brennkraftmaschine lediglich der Kanal 13' durchströmt und bei vollständig erwärmter Verbrennungskraftmaschine der Kanal 13 zwischen der Trennwand 54 und der Wärmetauscherunterschale 46. Auch Zwischenstellungen sind bei Verwendung entsprechender Stellvorrichtungen möglich. Als Stellvorrichtung 58 für die Klappe 56 kommen sowohl pneumatische Stellvorrichtung als auch elektromotorische Stellvorrichtungen in Frage, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine pneumatische Stellvorrichtung 58 in Form einer Unterdruckdose gewählt wurde.
Die Trennwand 54 ist zwischen den beiden Schalen 6, 7 des Sammeleinlasskanals 1 befestigt. Die Wärmetauscherunterschale 46 ist an der Trennwand 54 befestigt, welche somit als Deckel für den Gas führenden Kanal 13 dient, wobei gleichzeitig eine fluiddichte Trennung zwischen dem Gas führenden Kanal 13' und dem Kühlmittel führenden Kanal 14 vorhanden ist. Wie aus 9 ersichtlich wird, ist die Klappe 56 über einen Lagerstein 60, welcher in die Unterschale 7 eingelegt wird und durch Aufsetzen der Oberschale 6 befestigt wird, gelagert.
Durch derartige Ausführungen wird es möglich, auf extrem kleinem Bauraum eine zuverlässige integrierte Abgaskühlung und somit Temperatursteuerung der Verbrennungskraftmaschine durchzuführen. Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Wärmetauscherelemente sind beispielsweise im Druckguß- oder Stranggußverfahren und somit kostengünstig herzustellen. Eine einfache Montage wird durch den besonderen Aufbau mit den unterschiedlichen Schalen gewährleistet. Durch die lan gen Strömungswege des Gemisches wird auch eine strähnenfreie Vermischung des Abgas- mit dem Luftstrom sichergestellt.
Es wird deutlich, daß verschiedenartige Ausführungen und Modifikationen eines derartigen erfindungsgemäßen Luftansaugkanalsystems möglich sind, wobei je nach Aufbau des Luftansaugkanalsystems mit Verteilerkanälen und/oder Einzelansaugkanälen die Länge des verwendeten Kühlabschnitts angepasst werden muss und sich gegebenenfalls in die Einzelansaugkanäle erstrecken kann oder mit dem Sammeleinlasskanal enden kann. Des weiteren können auch je nach verwendeten Stellvorrichtungen unterschiedliche gewünschte Temperaturen im Luftansaugkanalsystem eingestellt werden, in dem beispielsweise die vorhandenen Schaltklappen als kontinuierlich verstellbare Klappen ausgeführt werden. Auch die Befestigung der Wärmetauscherelemente im Sammeleinlaßkanalsystem kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, beispielsweise über verschiedene Schweißverfahren oder gegebenenfalls durch Kleben und Anpassen der zueinander gewandten Flächen der Einzelbauteile. Ebenso können die Wärmetauscherelemente unterschiedlich ausgeführt werden, was aus den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen deutlich wird.

Claims

Luftansaugkanalsystem für Verbrennungskraftmaschinen mit einem mehrteiligen Gehäuse, in dem ein Sammeleinlaßkanal und einzelne zu Zylindern der Verbrennungskraftmaschine führende Einzelansaugkanäle ausgebildet sind, wobei der Sammeleinlaßkanal einen Kühlabschnitt mit einer Kühlvorrichtung zur Kühlung eines rückgeführen Abgasstromes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammeleinlasskanal (1) im Kühlabschnitt (5) im Querschnitt zur Durchströmungsrichtung zumindest in einen Gas führenden Kanal (13) und einen Kühlmittel führenden Kanal (14) unterteilt ist, und eine den Abgasmassenstrom steuernde Abgaseinleiteinrichtung in Strömungsrichtung vor der Kühlvorrichtung (4) in den Sammeleinlaßkanal (1) mündet, so daß bei geöffneter Abgaseinleiteinrichtung im Gas führenden Kanal (13) ein Abgas-Luftgemisch strömt.
Luftansaugkanalsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Sammeleinlaßkanals (1) eine Oberschale (6) und eine Unterschale (7) aufweist, welche einen Außenmantel des Sammeleinlaßkanals (1) bilden, wobei im Kühlabschnitt (5) zwischen der Oberschale (6) und der Unterschale (7) ein Wärmetauscherelement (8) angeordnet ist, welches mit Abschnitten der Oberschale (6) und/oder der Unterschale (7) die Kühlvorrichtung (4) bildet.
Luftansaugkanalsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherelement (8) Rippen (26) aufweist, die in den Gas führenden Kanal (13) ragen und im wesentlichen in Durchströmungsrichtung verlaufen.
Luftansaugkanalsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammeleinlaßkanal (1) einen Luftverteilerabschnitt aufweist, in dem sich der Sammeleinlaßkanal (1) in zumindest zwei getrennte Luftverteilerkanäle (2, 3) verzweigt, welche in der Oberschale (6) und der Unterschale (7) ausgebildet sind, wobei die Kühlvorrichtung (4) ebenfalls korrespondierende Verzweigungen aufweist und sich in die Luftverteilerkanäle (2, 3) erstreckt.
Luftansaugkanalsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittel führende Kanal (14) von einem Verschlußglied (20), insbesondere einer Klappe, beherrscht ist.
Luftansaugkanalsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (20) eine Schaltklappe ist, welche von einer Bimetallfeder (22) gesteuert ist.
Luftansaugkanalsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallfeder (22) im Bereich eines Kühlmitteleinlasses (18) oder eines Kühlmittelauslasses (24) angeordnet ist und von Kühlmittel umströmt ist.
Luftansaugkanalsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherelement (8) im Querschnitt zweiteilig ausgeführt ist, wobei ein zweites Gehäuseteil (30) ein Deckel ist, der den von Kühlmittel durchströmten Kanal (14), welcher in einem ersten Gehäuseteil (28) ausgebildet ist, an dem die Rippen (26) angeordnet sind, an seiner offenen Seite im wesentlichen verschließt.
Luftansaugkanalsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gehäuseteil (28) im wesentlichen im Querschnitt u-förmig ausgebildet ist und die Schenkel des u-förmigen Querschnitts jeweils Kühlmittel durchströmt sind, wobei zwischen den Schenkeln an einem der beiden Gehäuseteile (28, 30) eine Trennwand (32) angeordnet ist, welche sich bis vor einen Endbereich (16) des Kühlabschnitts (5) erstreckt, und das erste Gehäuseteil (28) jeweils im Endbereich (16) des Kühlabschnitts (5) eine Umlenkung (17) des Kühlmittel führenden Kanals (14) aufweist, so daß die Schenkel im Querschnitt jeweils in entgegengesetzter Richtung durchströmt sind.
Luftansaugkanalsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteleinlaß (18) und der Kühlmittelauslaß (24) in einer Querschnittsebene nebeneinander angeordnet sind, wobei die Anschlußstutzen (33, 34) am Deckel (30) ausgebildet sind und unter Zwischenlage einer Dichtung (40, 42) durch Bohrungen (36, 38) in der Oberschale (6) oder der Unterschale (7) des Sammeleinlaßkanals (1) ragen.
Luftansaugkanalsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Endbereichen (16) der Kühlvorrichtung (4), die in die Luftverteilerabschnitte (2, 3) ragen, jeweils die Umlenkung (17) ausgebildet ist und die Trennwände (32) zwischen den Schenkeln im Bereich der Verzweigung des Sammeleinlaßkanals (1) im wesentlichen sternförmig zusammen laufen.
Luftansaugkanalsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherelement (8) im Querschnitt zweiteilig ausgeführt ist und eine Wärmetauscheroberschale (44) und eine Wärmetauscherunterschale (46) aufweist, wobei das Wärmetauscherelement (8) im zusammen gesetzten Zustand über seinen Umfang geschlossen ist, so daß im Kühlabschnitt (5) zwischen dem Wärmetauscherelement (8) und der Oberschale (6) und Unterschale (7) des Sammeleinlaßkanals (1) der Kühlmittel führende Kanal (14) gebildet ist, welcher mantelförmig um den zwischen Wärmetauscheroberschale (44) und Wärmetauscherunterschale (46) gebildeten Gas führenden Kanal (13) angeordnet ist.
Luftansaugkanalsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammeleinlaßkanal (1) im Querschnitt zur Durchströmungsrichtung in zwei Gas führende Kanäle (13, 13') und einen Kühlmittel führenden Kanal (14) unterteilt ist, wobei in den Gas führenden Kanälen (13, 13') in Strömungsrichtung vor der Kühlvorrichtung (4) eine Klappe (56) angeordnet ist, die wahlweise einen der Gas führenden Kanäle (13, 13') verschließt.
Luftansaugkanalsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlabschnitt (5) zwischen der Oberschale (6) und der Unterschale (7) des Sammeleinlaßkanals (1) eine Trennwand (54) angeordnet ist, welche die zwei Gas führenden Kanäle (13, 13') im Querschnitt zur Durchströmungsrichtung trennt und zwischen der Unterschale (7) oder der Oberschale (6) und der Trennwand (54) ein Wärmetauscherelement (8) angeordnet ist, welches den Gas führenden Kanal (13) der teilweise durch das Wärmetauscherelement (8) gebildet ist, vom Kühlmittel führenden Kanal (14) im Querschnitt zur Durchströmungsrichtung trennt, wobei die Oberschale (6) oder die Unterschale (7) im Kühlabschnitt (5) einen Außenmantel des Kühlmittel führenden Kanals (14) bildet.
Luftansaugkanalsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittel durchströmte Kanal (14) den Gas führenden Kanal (13) im Querschnitt mit Ausnahme des durch die Trennwand (54) abgegrenzten Bereiches vollständig umgibt.
Luftansaugkanalsystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterschale (7) oder der Oberschale (6), die den Außenmantel des Kühlmittel durchströmten Kanals (14) bildet, zumindest zwei Anschlußstutzen (33, 34) für den Kühlmittelzulauf und den Kühlmittelablauf angeordnet sind.