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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Luftinduktionssystem,
welches eine Strömungskonditionierungsvorrichtung
beinhaltet, um dem Motor eines Fahrzeuges Umgebungsluft bereitzustellen.
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Verbrennungsmotoren
weisen heute elektronische Kontrollelemente auf, um einen optimalen
Motorbetrieb zu gewährleisten.
Ein wichtiger Sensor für das
Erzielen der optimalen Motorkontrolle ist ein Luftströmungsmassensensor
(MAFS) zum Messen des Lufteintritts in einen Verbrennungsmotor.
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Es
ist wichtig, dass die Luftströmungsmassenmessung
genau ist, um einen optimalen Motorbetrieb zu gewährleisten.
Ein bedeutendes Problem, welches die Luftströmungsmassenmessung beeinflusst,
sind die Turbulenzen in der Luftströmung, die zu starken Störgeräuschen führen können. Bekannte Strömungskonditionierungsvorrichtungen
versuchen, dieses Problem durch Bereitstellen von Geräten anzugehen,
welche die Turbulenzen im gesamten Strömungsbereich reduzieren. Während Geräte nach
Stand der Technik zwar die Turbulenzen im gesamten Strömungsbereich
reduzieren, sind sie aber empfänglich
dafür,
einzufrieren, sorgen für
relativ bedeutende Druckgefälle
und unterbrechen sogar die Luftströmung zum Motor. Zusätzlich sind
diese Geräte
groß und
kostenintensiv in der in der Herstellung.
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Daher
besteht in der Fahrzeugindustrie ein Bedarf nach einer Verbesserung
des Designs solcher Geräte,
welche kompakt sein sollen und ein Strömungsfeld mit geringen Turbulenzen
an dem Luftströmungsmassensensor
liefern, ohne einen bedeutenden Druckabfall zu verursachen. Dies
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Luftinduktionssystem mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein in einem Kraftfahrzeug installiertes Luftinduktionssystem
vorgeschlagen. In dieser Form enthält das Luftinduktionssystem
einen Luftfilter, einen Frischluftkanal, einen Luftströmungsmassensensor,
ein Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse und
eine Strömungskonditionierungsvorrichtung.
Der Frischluftkanal steht in Strömungsverbindung
mit dem Luftfilter und hat erste und zweite Enden. Das erste Ende
ist mit dem Luftfilter verbunden. Der Luftströmungsmassensensor ist neben
dem zweiten Ende des Kanals befestigt und zur Aufnahme der Umgebungsluft
konfiguriert. Die Strömungskonditionierungsvorrichtung
ist in den Frischluftkanal montiert und beinhaltet eine äußere Hülle. Die äußere Hülle hat
ein Lufteintrittsende und ein Luftaustrittsende. Die Strömungskonditionierungsvorrichtung
hat die Konfiguration von verbundenen inneren Wänden, die beabstandet voneinander
innerhalb der Hülle
angeordnet sind und deren Abstand durch radial zunehmende Intervalle
vom Zentrum der Konfiguration ausgehend gegeben ist.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung sowie aus den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Luftinduktionssystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Perspektivansicht auf das Luftinduktionssystem in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine perspektivische Seitenansicht des Luftinduktionssystems aus 2;
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4a eine
Perspektivansicht einer Strömungskonditionierungsvorrichtung
des Luftinduktionssystems in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4b eine
Seitenansicht der Strömungskonditionierungsvorrichtung
aus 4a;
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4c eine
Querschnittsansicht der Strömungskonditionierungsvorrichtung
entlang den Linien c-c in 4a;
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5 eine
Perspektivansicht einer Strömungskonditionierungsvorrichtung
des Luftinduktionssystems in Übereinstimmung
mit einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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6 eine
Perspektivansicht einer Strömungskonditionierungsvorrichtung
des Luftinduktionssystems in Übereinstimmung
mir einer weiteren anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform soll nur beispielhaft
sein und keineswegs die Erfindung oder deren Anwendung oder Gebrauch
begrenzen.
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1 zeigt
ein Luftinduktionssystem 10, das in der Nähe eines
Motors 11 in einem Fahrzeug angeordnet ist. Das Luftinduktionssystem 10 arbeitet, um
die Luftinduktionsströmung
aus der Umgebung in den Motor 11 zu filtern und zu messen.
Die Richtung der Luftströmung
aus der Umgebung zum Motor ist durch Bezugsziffer 12 angezeigt.
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Das
Luftinduktionssystem 10 enthält einen Schmutzluftkanal 13,
einen Luftfilter 14, einen Frischluftkanal 15,
einen Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse 18,
einen Luftströmungsmassensensor 20 und
ein Strömungskonditionierungsvorrichtung 22. Das
Luftinduktionssystem 10 enthält außerdem einen mit dem Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse 18 verbundenen
Drosselkörper 24.
Die Figuren zeigen, dass der Drosselkörper 24 gewöhnlich an einen
Einlasskrümmer 25 angeschlossen
ist. Der Einlasskrümmer 25 ist
mit dem Motor 11 verbunden. Der Drosselkörper 24,
der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist weithin bekannt
und wird folglich nicht im Detail erläutert.
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Der
Luftfilter 14 arbeitet, um die aus der Umgebung angesaugte
oder eingespeiste Luft zu filtern, bevor sie an den Motor 11 geliefert
wird. Der Luftfilter 14 nach der vorliegenden Erfindung
ist ebenfalls bekannt und wird ebenfalls nicht im Detail erläutert. Der Luftfilter 14 ist
an den Frischluftkanal 16 so angeschlossen, dass die Luft,
nachdem sie durch den Luftfilter 14 gefiltert worden ist,
zum Frischluftkanal 16 fließt.
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Insbesondere
verweisend auf die 2 und 3, ist der
Frischluftkanal 16 am ersten Ende mit dem Luftfilter 14 verbunden
(nicht dargestellt in 1) und am zweiten Ende mit dem
Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse 18.
Der Frischluftkanal 16 hat einen hohlen Innendurchgang 30,
der die Strömung
der Luft vom Luftfilter 14 zum Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse 18 erleichtert.
Zwecks der Unterbringung im limitierten zur Verfügung stehenden Raum im Kraftfahrzeug,
bildet der Frischluftkanal 16 einen luftdichten Bogen 32.
Die Luft, welche den Bogen 32 im Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse 18 durchströmt, bildet
einen gewundenen Luftströ mungsweg
aus, so dass sich die Luft im Bereich des Bogens 32 ausdehnt.
Insbesondere verweisend auf 3, ist der
Durchmesser des Luftströmungsmassensensorkanalgehäuses 18 im
Bereich des Bogens 32 mit D1 und durch Bezugsziffer 36 bezeichnet.
Der Frischluftkanal 10 kann aus jedem möglichem Material wie Kunststoff,
Metall oder Verbundwerkstoffen hergestellt sein und durch jeden
für die
Herstellung von Kanälen
aus solchen Materialien bekannten Herstellungsprozess.
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Gemäß den 2 und 3,
besteht die Funktion des an das zweite Ende 28 des Frischluftkanals 16 angeschlossenen
Luftströmungsmassensensorkanalgehäuses 18 darin,
den Luftströmungsmassensensor 20 unterzubringen.
Das Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse 18 definiert
eine Außenoberfläche 31 und
eine hohle Innenpassage 33, um das Durchströmen der
Luft zu gewährleisten.
Das Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse 18 hat vorzugsweise
einen sich vom Bogen 32 stromabwärts verjüngenden Querschnitt, mit einem
Durchmesser D2. Da sich der Querschnitt des Luftströmungsmassensensorkanalgehäuses 18 in
der Richtung des Luftströmungsweges 12 verringert,
beschleunigt die Luft, während
sie das Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse 18 passiert.
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Die
durch den Bogen 32 strömende
Luft kann ein nachteiliges Druckgefälle hervorrufen, da die Luft
auf die Innenwand 40 des Innendurchgangs 30 im
Frischluftkanal 16 trifft. Aufgrund des Auftreffens an
der Innenwand 40, ist die Luft in der Nähe der Innenwände 40 des
Frischluftkanals 16 turbulenter, dargestellt durch die
Pfeile mit der Bezugsziffer 34, als die Luft um das Zentrum
des Frischluftkanals 16 herum, dargestellt durch die Pfeile
mit der Bezugsziffer 42. Turbulenzen werden auch durch
Strömungsabrisse
aufgrund der Oberflächenunvollkommenheiten
im Frischluftkanal 16 oder im Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse 18 verursacht.
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Gemäß der 2 und 3,
enthält
das Luftinduktionssystem 10 einen Luft strömungsmassensensor 20,
zwecks der Messung der Luftmenge, die dem Motor zugeführt wird.
Der Luftströmungsmassensensor 20 ist
stromabwärts
vom Frischluftkanal 16 und stromaufwärts vom Drosselkörper 24 platziert,
direkt im Weg der Luftströmung 12.
Wie oben erwähnt,
ist der Luftströmungsmassensensor 20 im Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse 18 untergebracht.
Luft tritt in den Luftströmungsmassensensor 20 durch
einen im Luftströmungsmassensensor 20 gebildeten
Luftströmungsmassensensoreingang 44 ein.
Zwecks der Umwandlung der in den Motor 11 eingesaugten
Luftmenge in ein Spannungssignal, ist der Luftströmungsmassensensor 20 zusätzlich mit einem
Sensor ausgestattet (nicht dargestellt). Die Luft strömt vom Luftströmungsmassensensoreingang 44 zum
Luftströmungsmassensensor 20,
wo die Luftmenge durch den Luftströmungsmassensensor gemessen
wird. Der Luftströmungsmassensensoreingang 44 ist
stromabwärts
in Richtung des Luftströmungswegs 12 platziert
und ist direkt hinter der Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 positioniert.
Folglich tritt die Luft, welche die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 verlässt direkt
in den Luftströmungsmassensensoreingang 44 ein
und wird durch den im Luftströmungsmassensensor 20 bereitgestellten
Sensor gemessen.
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Gemäß den 2 – 4c,
ist das Luftinduktionssystem 10 mit Mitteln für die Konditionierung der
Strömung,
beispielsweise einer Strömungskonditionierungsvorrichtung 22,
ausgestattet, zwecks einer Konditionierung der Luftströmung, bevor
die Luft in den Luftströmungsmassensensoreingang 44 eintritt.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, wird die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 vorzugsweise
innerhalb des Luftströmungsmassensensorkanalgehäuses 18 eingesetzt
und ist in der Mitte des Luftströmungsmassensensorkanalgehäuses 18 angeordnet.
Alternativ kann es zwischen dem Frischluftkanal 16 und
dem Luftströmungsmassensensorkanalgehäuse 18 positioniert
werden. Die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 ist
in der Luftströmung 12 stromaufwärts vom
Luftströmungsmassensensoreingang 44 platziert,
aber stromabwärts vom
Bogen 32 im Luftströmungsmassensen sorkanalgehäuse 18.
Vorzugsweise befindet sich die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 im
Abstand L1 (dargestellt durch Bezugsziffer 46) vom Bogen 32. Dieser
Abstand L1 kann, abhängig
von der Aufmachung des Luftinduktionssystems 10, im Innern
des Kraftfahrzeuges, variieren.
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Die
Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 ist
vorzugsweise an das zweite Ende 28 oder angrenzend an das
zweite Ende 28 des Frischluftkanals 16 stromaufwärts montiert.
Die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 vergrößert sich
in Richtung des Luftströmungsmassensensoreingangs 44.
Wie dargestellt, enthält
die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 eine
Außenhülle 41 mit
einem Lufteintrittsende 60 und einem Luftaustrittsende 62,
durch welche saubere Umgebungsluft vom Luftfilter 14 passiert.
In diesem Ausführungsbeispiel
tritt die Luft vom Luftflussmassensensorkanalgehäuse 18 durch das Lufteintrittsende 60 in
die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 ein
und verlässt
die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 durch
das Luftaustrittsende 62 zum Luftflussmassensensoreingang 44. Das
Luftaustrittsende 62 der Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 ist
im Abstand L2 (wie dargestellt durch Bezugsziffer 64) vom
Luftflussmassensensoreingang 44 positioniert.
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Wie
in den 4a – 4c dargestellt,
hat die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 eine innerhalb
der äußeren Hülle angeordnete
Konfiguration 43 verbundener Innenwände 45. In dieser
Ausführungsform
sind die verbundenen Innenwände
bogenförmig
und miteinander koaxial zueinander. Die Innenwände 45 sind durch
vom Zentrum der Konfiguration 43 ausgehende, sich radial
erweiternde Intervalle entfernt voneinander platziert. In dieser
Ausführungsform
umfasst die Konfiguration 43 der Innenwände 45 eine Mehrzahl
von mit der äußeren Hülle verbundenen
und, um an eine Mehrzahl der Innenwände 45 anzuschließen, radial
einwärts
verlängerten
Rippen 47, um dadurch dem Gerät der Vorrichtung Unterstützung zu
geben.
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In
den 3 – 4c enthält das Luftaustrittsende 62 eine
Fläche 51,
durch welche Frischluft strömt.
Wie dargestellt, hat die Fläche 51 einen
Zentralteil 53 und ein über
dem Zentralteil 53 positioniertes Außenteil 55. Die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 ist
so gestaltet, dass verhältnismäßig niedrig-turbulente
frische Umgebungsluft die Zentralteile 53 am Luftaustrittsende 62 verlässt. Dies
wird durch in erweiternden Intervallen radial nach außen auseinander
gehenden Innenwänden 45 erreicht.
Es hat sich gezeigt, dass weniger Intervalle oder Raum zwischen
den Innenwänden 45 die
Turbulenz in der Luftströmung
senkt. Es wurde außerdem
herausgefunden, dass ein sich radial erweiternder Raum zwischen
den Innenwänden 45,
vom Zentrum der Fläche 51 ausgehend,
ausreichende Frischluftströmung zum
Drosselkörper 24 für die Luftzufuhr
zum Motor 11 erlaubt und dadurch ein unerwünschter
Druckabfall wegen der Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 verhindert
wird.
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Es
hat sich gezeigt, dass ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der
Länge der
Innenwände 45 der
Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 und
der Reduzierung der Turbulenzen der dort passierenden Luftströmung besteht.
Daher können
die Innenwände 45 die
Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 in
einer Ausführungsform
axiale Längen aufweisen,
die radial in Richtung des Zentralteiles 53 zunehmen und
vom Zentralteil 53 der Fläche 51 des Austrittsendes
radial abnehmen. Selbstverständlich können die
Längen
dieselben sein oder sich aufgrund von Fahrzeugeinschränkungen ändern.
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Daher
enthält
der Zentralbereich 53 der Fläche 51 in dieser Ausführungsform
verhältnismäßig nah
beieinander liegende Innenwände 45 mit
darin zunehmenden Abständen
oder Intervallen und der Außenbereich 55 verhältnismäßig weit
auseinander liegende Innenwände 45 mit
darin zunehmendem Raum. Wie dargestellt ist der Zentralbereich 53 der Fläche 51 am
Luftströmungsmassensensor 20 ausgerichtet,
um ausschließlich
niedrig-turbulenter Frischluft zu ermöglichen, vom Luftströmungsmassensensor 20 aufgenommen
zu werden, wobei der Außenbereich 55 der
Fläche 51 turbulenter
Frischluft erlaubt, für
die Luftzufuhr zum Motor 11 in Richtung des Drosselkörpers 24 zu
fließen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass sich die Anzahl der Innenwände 45,
der Abstand zwischen den Innenwänden 45 und
der Längen
der Innenwände 45 veränderbar
sind und an Druckanstieg, Luftströmung und andere variablen Bedingungen
von Fahrzeugmotoren anpassbar sind.
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Die
Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 weist
eine Längsachse 48 auf,
die parallel zur Luftströmung 12 ist.
Die Länge
der Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 L2
ist mit der Bezugsziffer 56 gekennzeichnet. Vorzugsweise
ist die L2 der Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 so,
dass die durch die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 passierende
Luft stromlinienförmig
bzw. laminar ist, bevor die Luft in den Luftflussmassensensoreingang 44 eintritt.
Die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 kann
durch alle verwendbaren Mittel, wie die Pressformung oder das Spritzgießen, hergestellt werden.
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In 5 ist
eine weitere Ausführungsform des
Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 gezeigt
und hier durch die Bezugsziffer 122 gekennzeichnet. In
dieser Ausführungsform
umfasst die Strömungskonditionierungsvorrichtung 122 ähnliche Bestandteile
wie die erste Strömungskonditionierungsvorrichtung 22,
z.B. eine Hülle 141,
ein Lufteintrittsende 160, ein Luftaustrittsende 162 und
eine Fläche 151.
Die Strömungskonditionierungsvorrichtung 122 enthält weiter
eine Konfiguration von Innenwänden,
welche eine bogenförmige
Struktur 163 entsprechend der ersten Strömungskonditionierungsvorrichtung 22.
Jedoch sind die Längen
der verbundenen Innenwände 145,
wie dargestellt, gleich. Wie in der oben erwähnten Ausführungsform sind die Innenwände 145 auch
hier mit radial zunehmenden Erweite rungen vom Zentrum der Fläche 151 ausgehend entfernt
voneinander platziert.
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Insbesondere
verweisend auf 6, wird eine weitere Ausführungsform
der Strömungskonditionierungsvorrichtung
beschrieben und durch Bezugsziffer 222 angezeigt. In dieser
Ausführungsform umfasst
die Strömungskonditionierungsvorrichtung 222 ähnliche
Bestandteile wie die erste Strömungskonditionierungsvorrichtung 22,
z.B. eine Hülle 241, ein
Lufteintrittsende 260, ein Luftaustrittsende 262 und
eine Fläche 251.
Jedoch umfasst die Strömungskonditionierungsvorrichtung 222 eine
Konfiguration von Innenwänden,
die eine planere Struktur 263 aufweisen. Wie in der oben
erwähnten
Ausführungsform sind
die Innenwände
auch hier mit radial zunehmenden Erweiterungen vom Zentrum der Fläche 251 ausgehend
entfernt voneinander platziert.
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Zwecks
der Montage der Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 an
das Luftflussmassensensorkanalgehäuse 18, ist die Außenoberfläche 50 der Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 mit
einer Befestigungseinheit versehen. Wie dargestellt, hat das Lufteintrittsende 60 der
Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 vorzugsweise
eine nach außen verlängerte Kante 74,
die um das Luftflussmassensensorkanalgehäuse 18 passt. Vorzugsweise
ist die Kante 74 mit einer Mehrzahl an Arretiervorrichtungen 76 versehen,
so dass die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 sicher
an das Luftflussmassensensorkanalgehäuse 18 angeschlossen
werden kann.
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In
den 2 – 4c,
wird der Luftströmung durch
verschiedene Bestandteile des Luftinduktionssystems 10 im
Detail gezeigt. Die Luftströmung
vom Luftfilter 14 zum Frischluftkanal 16 ist durch
die Bezugsziffer 12 gekennzeichnet. Wie oben erklärt, kann die
Luft, wenn sie durch den Bogen 32 in den Frischluftkanal 16 strömt, in der
Nähe der
Innenwände 40 des
Innendurchgangs 30 turbulent werden. Wie oben beschrieben,
ist die turbulente Luft in der Nähe
der Innenwände 40 des
Frischluftkanals 16 durch die Bezugsziffer 34 gekennzeichnet.
Die weniger turbulente Luft um das Zentrum des Frischluftkanals 16 herum, ist
durch die Bezugsziffer 42 gekennzeichnet. Wie oben erklärt, ist
die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 um
das Zentrum des Luftflussmassensensorgehäusekanals 18 angeordnet.
Folglich tritt nur die Luft 42 um das Zentrum des Frischluftkanals 18 durch
das Lufteintrittsende 60 in die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 ein.
Da der Luftflussmassensensoreingang 44 mit dem Luftaustrittsende 62 der
Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 verbunden
ist, tritt nur die Luft in den Luftströmungsmassensensoreingang 44,
die das Zentrum des Luftaustrittsends 62, dargestellt durch
Bezugsziffer 84, verlässt.
Die turbulente Luft 34 fließt durch die Außenoberfläche 50 des
Zentralbereichs und überbrückt dadurch
den Luftflussmassensensoreingang 44. Da die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 die
Turbulenzen der Luftströmung 34 verringert, wenn
die Luft in den Luftströmungsmassensensoreingang 44 eintritt,
besteht eine wesentliche Verbesserung im durch den Luftströmungsmassensensor 20 gemessenen
Störgeräuschausstoß.
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Da
die Strömungskonditionierungsvorrichtung 22 wie
dargestellt, separat von den anderen Bestandteilen im Luftinduktionssystem 10 hergestellt werden
kann, besteht eine hohe Flexibilität in der Positionierung und
in den Dimensionen bei der Herstellung der Strömungskonditionierungsvorrichtung 22. Zum
Beispiel kann der Abstand L1, abhängig vom Luftinduktionssystem 10,
entweder verlängert
oder verkürzt
werden. Zusätzlich
können
die Länge
und der Abstand des Luftströmungsmassensensors 20 verändert werden.
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Wie
jeder Fachmann von der vorhergehenden Beschreibung von der von den
Abbildungen und Ansprüchen
erkennen kann, können
Modifikationen und Änderungen
an der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung,
wie in den folgenden Ansprüchen
definiert, zu verlassen.