DE102007012827A1

DE102007012827A1 - Frischgasversorgungsanlage für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102007012827A1
Application number: DE102007012827A
Authority: DE
Inventors: Erwin Rutschmann; Walter Stoppel
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2007-03-17
Filing date: 2007-03-17
Publication date: 2008-09-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Frischgasversorgungsanlage (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Frischgasverteiler (2), von dem mehrere Einzelrohre (3) abgehen. Dabei ist jedem Einzelrohr (3) eine Schaltklappe (6) zugeordnet, die zwischen einer Drehmomentstellung und einer Leistungsstellung umschaltbar ist. Das jeweilige Einzelrohr (3) weist einen Haupteinlassabschnitt (4) und einen Auslassabschnitt (11) auf. Um die Leistungsfähigkeit der Anlage (1) zu verbessern, weist das jeweilige Einzelrohr (3) zusätzlich einen Nebeneinlassabschnitt (5) auf, wobei die Schaltklappe (6) den Auslassabschnitt (11) in der Drehmomentstellung mit dem Haupteinlassabschnitt (4) und in der Leistungsstellung zusätzlich mit dem Nebeneinlassabschnitt (5) verbindet. Dabei ist ein Hauptströmungsweg (13) größer als ein Nebenströmungsweg (14).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Frischgasversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der DE 195 26 241 A1 ist eine derartige Frischgasversorgungsanlage bekannt, die einen Frischgasverteiler aufweist, von dem mehrere Einzelrohre abgehen, die einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine Frischgas zuführen. Jedem Einzelrohr ist eine Schaltklappe zugeordnet, die zwischen einer Drehmomentstellung und einer Leistungsstellung umschaltbar ist. In der Drehmomentstellung ist eine relativ große Rohrlänge vom Frischgasverteiler zum jeweiligen Zylinder aktiv. Im Unterschied dazu ist in der Leistungsstellung eine relativ kleine Rohrlänge vom Frischgasverteiler zum jeweiligen Zylinder aktiv. Das jeweilige Einzelrohr weist einen Einlassabschnitt, der sich von einem zum Frischgasverteiler hin offenen Einlass bis zur Schaltklappe erstreckt, sowie einen Auslassabschnitt auf, der sich von der Schaltklappe bis zu einem zum jeweiligen Zylinder führenden Auslass erstreckt. Bei der bekannten Frischgasversorgungsanlage besitzt das jeweilige Einzelrohr im Bereich der Schaltklappe eine Bypassöffnung, die mit Hilfe der Schaltklappe geöffnet und geschlossen werden kann. In der Drehmomentstellung verschließt die Schaltklappe die Bypassöffnung und bildet dabei einen Wandabschnitt des Einzelrohrs. In der Leistungsstellung gibt die Schaltklappe die Bypassöffnung frei, wodurch diese mit dem Frischgasverteiler kommuniziert. In der Leistungsstellung strömt das Frischgas somit vom Frischgasverteiler durch die Bypassöffnung direkt in den Auslassabschnitt des jeweiligen Einzelrohrs. Bei geöffneter Bypassöffnung führt der Strömungswiderstand des Einlassabschnitts dazu, dass Frischgas ausschließlich über die Bypassöffnung zum jeweiligen Zylinder strömt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Frischgasversorgungsanlage der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Frischgaszuführung zu den Zylindern auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Einlassabschnitt des Einzelrohrs in zwei parallele Abschnitte, nämlich einen Haupteinlassabschnitt und einen Nebeneinlassabschnitt zu unterteilen, die sich durch unterschiedlich lange Strömungswege voneinander unterscheiden. Desweiteren ist die Schaltklappe so ausgelegt, dass sie in der Drehmomentstellung nur den Haupteinlassabschnitt aktiviert, während sie in der Leistungsstellung dem Nebeneinlassabschnitt hinzuschaltet, so dass in der Leistungsstellung beide Einlassabschnitte parallel aktiv sind. Da der Nebeneinlassabschnitt kürzer ist als der Haupteinlassabschnitt, wirkt in der Leistungsstellung eine kleinere Rohrlänge als in der Drehmomentstellung. Gleichzeitig führt die Aktivierung sowohl des Haupteinlassabschnitts als auch des Nebeneinlassabschnitts dazu, dass für den Transport von Frischgas zum Auslassabschnitt ein größerer Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht. Hierdurch wird der Strömungswiderstand des jeweiligen Einzelrohrs in der Leistungsstellung reduziert, was die Befüllung des jeweiligen Zylinders unterstützt und insgesamt die Leistungsfähigkeit der mit der Frischgasversorgungsanlage ausgestatteten Brennkraftmaschine verbessert.
Die erfindungsgemäße Frischgasversorgungsanlage lässt sich bei einer bevorzugten Ausführungsform besonders einfach dadurch realisieren, dass der Haupteinlassabschnitt und der Nebeneinlassabschnitt bis zur Schaltklappe durch eine gemeinsame, in den Frischgasverteiler hineinragende Trennwand voneinander getrennt sind. Hierdurch lässt sich in einem gemeinsamen Rohrkörper durch Einfügen der Trennwand der durchströmbare Querschnitt des Rohrkörpers in den Haupteinlassabschnitt und den Nebeneinlassabschnitt unterteilen. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Weiterbildung, bei welcher die Schaltklappe in der Drehmomentstellung besagte Trennwand bis zum Auslassabschnitt verlängert. Im gemeinsamen Rohrkörper bilden somit in der Drehmomentstellung die Trennwand und die Schaltklappe zusammen einen Wandungsabschnitt, der sich vom Haupteinlass bis zum Auslassabschnitt erstreckt.
Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei welcher die Schaltklappe in der Leistungsstellung an einer Wandung des Nebeneinlassabschnitts anliegt oder insbesondere in dieser Wandung versenkt angeordnet ist. Auch diese Ausführungsform senkt den Strömungswiderstand des jeweiligen Einzelrohrs. Gleichzeitig wird bei dieser Bauweise der wirksame Strömungswiderstand im aktiven Teil des Einzelrohrs reduziert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Frischgasversorgungsanlage ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 und 2 jeweils einen stark vereinfachten Längsschnitt durch ein Einzelrohr einer Frischgasversorgungsanlage bei unterschiedlichen Schaltstellung einer Schaltklappe.
Entsprechend den 1 und 2 umfasst eine erfindungsgemäße Frischgasversorgungsanlage 1 einen Frischgasverteiler 2, der über ein nicht gezeigtes Frischgasfilter mit Frischgas versorgt wird. Üblicherweise handelt es sich beim Frischgas um aus der Umgebung angesaugte Luft.
Vom Frischgasverteiler 2 gehen mehrere Einzelrohre 3 ab, die im Betrieb der Frischgasversorgungsanlage 1 nicht gezeigten Zylindern einer Brennkraftmaschine Frischgas zuführen. Dementsprechend dient die Frischgasversorgungsanlage zur Versorgung besagter Brennkraftmaschine mit Frischgas, wobei die Brennkraftmaschine insbesondere in einem Fahrzeug angeordnet ist.
In der gezeigten Schnittansicht ist jeweils nur eines der Einzelrohre 3 erkennbar. Üblicherweise weist der Frischgasverteiler 2 für jeden aus diesem Frischgasverteiler 2 mit Frischgas versorgten Zylindern ein separates Einzelrohr 3 auf.
Das jeweilige Einzelrohr 3 weist einen Haupteinlassabschnitt 4 auf sowie einen parallel dazu verlaufenden Nebeneinlassabschnitt 5. Des Weiteren ist eine Schaltklappe 6 vorgesehen, die zwischen einer in 1 gezeigten Drehmomentstellung und einer in 2 gezeigten Leistungsstellung um eine Schwenkachse 7 schwenkverstellbar ist.
Der Haupteinlassabschnitt 4 erstreckt sich von einem Haupteinlass 8 bis zur Schaltklappe 6. Im Unterschied dazu erstreckt sich der Nebeneinlassabschnitt 5 von einem Nebeneinlass 9 bis zur Schaltklappe 6. Der Haupteinlass 8 ist zum Frischgasverteiler 2 hin offen und kann wie hier zumindest teilweise trichterförmig ausgestaltet sein. Auch der Nebeneinlass 9 ist zum Frischgasverteiler 2 hin offen, ist jedoch bezüglich des Haupteinlasses 8 in einer durch Pfeile angedeuteten Strömungsrichtung 10 nach hinten versetzt angeordnet. Der Nebeneinlassabschnitt 5 besitzt somit in jedem Fall eine kürzere durchströmbare Länge als der Haupteinlassabschnitt 4.
Des Weiteren umfasst hier jedes Einzelrohr 3 einen Auslassabschnitt 11, der sich von der Schaltklappe 6 bis zu einem Auslass 12 des Einzelrohrs 3 erstreckt, der im weiteren zum jeweiligen Zylinder führt. Durch den gemeinsamen Auslass 12 und die in Strömungsrichtung 10 versetzt angeordneten Einlässe 8, 9 enthält das jeweilige Einzelrohr 3 zwei verschieden lange Strömungswege, nämlich einen größeren, vom Haupteinlass 8 zum Auslass 12 führenden Hauptströmungsweg 13 und einen kleineren vom Nebeneinlass 9 zum Auslass 12 führenden Nebenströmungsweg 14.
In der in 1 gezeigten Drehmomentstellung verbindet die Schaltklappe 6 den Haupteinlassabschnitt 4 mit dem Auslassabschnitt 11. Hierdurch ist ausschließlich der längere Hauptströmungsweg 13 aktiv. Der Nebeneinlassabschnitt 5 wird in der Drehmomentstellung nicht durchströmt.
Im Unterschied dazu verbindet die Schaltklappe 6 in der in 2 gezeigten Leistungsstellung den Auslassabschnitt 11 sowohl mit dem Haupteinlassabschnitt 4 als auch mit dem Nebeneinlassabschnitt 5. Hierdurch ist in jedem Fall der kürzere Nebenströmungsweg 14 aktiviert. Gleichzeitig ist auch der Haupteinlassabschnitt 4 offen, so dass Frischgas vom Frischgasverteiler 2 nicht nur über den Nebeneinlass 9, sondern auch über den Haupteinlass 8 zum Auslass 12 gelangt. In der Leistungsstellung bietet das jeweilige Einzelrohr 3 in jedem Fall eine kürzere Rohrlänge über den Nebeneinlassabschnitt 5. Darüber hinaus stellt die Leistungsstellung einen vergrößerten Einlassquerschnitt zur Verfügung, da zusätzlich zum Haupteinlass 8 auch der Nebeneinlass 9 aktiv ist. Frischgas kann somit bei reduzierten Strömungswiderstand in das Einzelrohr 3 einströmen.
Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform weist das Einzelrohr 3 im Bereich der Einlässe 8, 9 eine Trennwand 15 auf, die zumindest teilweise in den Frischgasverteiler 2 hineinragt und die zumindest im Einlassbereich den Haupteinlassabschnitt 4 vom Nebeneinlassabschnitt 5 trennt. Die Trennwand 15 erstreckt sich in der Strömungsrichtung 10 bis zur Schaltklappe 6. In der Drehmomentstellung gemäß 1 bildet die Schaltklappe 6 quasi eine Verlängerung der Trennwand 15 bis zum Auslassabschnitt 11. Die Schaltklappe 6 besitzt eine der Strömung 10 ausgesetzte Innenkontur 16, die so geformt ist, dass sie einen formintegrierten Wandungsabschnitt zwischen Haupteinlassabschnitt 4 und Auslassabschnitt 11 bildet.
Des Weiteren ist die Schaltklappe 6 zweckmäßig so ausgestaltet und angeordnet, dass sie in der in 2 gezeigten Leistungsstellung an einer Wandung 17 des Nebeneinlassabschnitts 5 anliegt. Zweckmäßig kann die Schaltklappe 6 wie hier in dieser Wandung 17 versenkt angeordnet sein. Auch hier bildet die Innenkontur 16 der Schaltklappe 6 einen formintegrierten Bestandteil der Wandung 17 des Nebeneinlassabschnitts 5 bis zum Auslassabschnitt 11. Bei der hier gezeigten Ausführungsform erstreckt sich die Schaltklappe 6 in der Leistungsstellung von ihrer Schwenkachse 7 bis etwa zum Nebeneinlass 9. Dementsprechend ist die vom Haupteinlassabschnitt 4 abgewandte Wandung des Nebeneinlassabschnitts 5 durch die Innenkontur 16 der Schaltklappe 6 gebildet.
Damit die Schaltklappe 6 die Gasströmung in der Leistungsstellung und in der Drehmomentstellung möglichst wenig beeinflusst, ist die Schwenkachse 7 außerhalb des gasführenden Querschnitts des Einzelrohrs 3 angeordnet, und zwar vorzugsweise an einem dem Auslassabschnitt 11 zugewandten Endbereich 18 der Schaltklappe 6.
Bei den hier gezeigten Ausführungsformen sind Haupteinlassabschnitt 4, Auslassabschnitt 11 und Schaltklappe 6 hinsichtlich Anordnung und Formgebung so aufeinander abgestimmt, dass sich in der Drehmomentstellung eine Querschnittsfläche einstellt, die mit einer ersten (schwächeren) Konizität in der Strömungsrichtung 10 abnimmt. Alternativ ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der sich in der Drehmomentstellung vom Haupteinlass 8 bis zum Auslass 12 quasi eine konstante Querschnittsfläche ergibt.
Die Abstimmung von Nebeneinlassabschnitt 5, Auslassabschnitt 11 und Schaltklappe 6 erfolgt hinsichtlich Formgebung und Anordnung zweckmäßig so, dass sich in der Leistungsstellung eine Querschnittsfläche einstellt, die vom Nebeneinlass 9 bis zum Auslassabschnitt 11 oder vorzugsweise bis zum Auslass 12 in der Strömungsrichtung 10 mit einer zweiten (stärkeren) Konizität abnimmt. In der Leistungsstellung ist somit in jedem Fall eine Trichterwirkung vorhanden, zumindest bis zum Auslassabschnitt 11 bzw. bis zum Endbereich 18 der Schaltklappe 6. Hierdurch wird das Einströmverhalten des Frischgases in der Leistungsstellung verbessert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19526241 A1 [0002]

Claims

Frischgasversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, – mit einem Frischgasverteiler (2), von dem mehrere Einzelrohre (3) zur Frischgaszuführung zu Zylindern der Brennkraftmaschine abgehen, – wobei jedem Einzelrohr (3) eine Schaltklappe (6) zugeordnet ist, die zwischen einer Drehmomentstellung, in der eine relativ große Rohrlänge (13) vom Frischgasverteiler (2) zum jeweiligen Zylinder aktiv ist, und einer Leistungsstellung umschaltbar ist, in der eine relativ kleine Rohrlänge (14) vom Frischgasverteiler (2) zum jeweiligen Zylinder aktiv ist, – wobei das jeweilige Einzelrohr (3) von einem zum Frischgasverteiler (2) hin offenen Haupteinlass (8) bis zur Schaltklappe (6) einen Haupteinlassabschnitt (4) und von der Schaltklappe (6) bis zu einem zum jeweiligen Zylinder führenden Auslass (12) einen Auslassabschnitt (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, – dass das jeweilige Einzelrohr (3) zusätzlich von einem zum Frischgasverteiler (2) hin offenen Nebeneinlass (9) bis zur Schaltklappe (6) einen Nebeneinlassabschnitt (5) aufweist, – dass die Schaltklappe (6) den Auslassabschnitt (11) in der Drehmomentstellung mit dem Haupteinlassabschnitt (4) und in der Leistungsstellung mit dem Haupteinlassabschnitt (4) und mit dem Nebeneinlassabschnitt (5) verbindet, – dass ein vom Haupteinlass (8) zum Auslass (12) führender Hauptströmungsweg (13) größer ist, als ein vom Nebeneinlass (9) zum Auslass (12) führender Nebenströmungsweg (14).
Frischgasversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebeneinlass (9) in der Strömungsrichtung (10) nach hinten versetzt zum Haupteinlass (8) angeordnet ist.
Frischgasversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haupteinlassabschnitt (4) und der Nebeneinlassabschnitt (5) bis zur Schaltklappe (6) durch eine gemeinsame, in den Frischgasverteiler (2) hineinragende Trennwand (15) voneinander getrennt sind.
Frischgasversorgungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (6) in der Drehmomentstellung die Trennwand (15) bis zum Auslassabschnitt (11) verlängert.
Frischgasversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (6) in der Leistungsstellung an einer Wandung (17) des Nebeneinlassabschnitts (5) anliegt oder in dieser Wandung (17) versenkt angeordnet ist.
Frischgasversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (6) um eine Schwenkachse (7) drehbar gelagert ist, die außerhalb des gasführenden Querschnitts des jeweiligen Einzelrohrs (3) angeordnet ist.
Frischgasversorgungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (7) an einem dem Auslassabschnitt (11) zugewandten Endbereich (18) der Schaltklappe (6) angeordnet ist.
Frischgasversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Haupteinlassabschnitt (4), der Auslassabschnitt (11) und die Schaltklappe (6) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich in der Drehmomentstellung vom Haupteinlass (8) bis zum Auslass (12) eine etwa konstante Querschnittsfläche oder eine mit einer ersten Konizität abnehmende Querschnittsfläche einstellt.
Frischgasversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebeneinlassabschnitt (5), der Auslassabschnitt (11) und die Schaltklappe (6) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich in der Leistungsstellung vom Nebeneinlass (9) bis zum Auslassabschnitt (12) eine abnehmende Querschnittsfläche oder eine mit einer zweiten Konizität, die größer ist als die erste Konizität, abnehmende Querschnittsfläche einstellt.