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Die
vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik
und betrifft einen Ansaugschnorchel eines Luftansaugtrakts zum Ansaugen
von Verbrennungsluft für
eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft
die Erfindung einen mit einem solchen Ansaugschnorchel ausgerüsteten Luftansaugtrakt,
sowie ein mit einem solchen Luftansaugtrakt ausgerüstetes Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Kraftfahrzeuge
sind gewöhnlich
mit einem Luftansaugtrakt zum Speisen der Brennkraftmaschine mit
der für
die Verbrennung notwendigen Verbrennungsluft ausgerüstet.
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In
modernen Kraftfahrzeugen ist der Luftansaugtrakt im Allgemeinen
so ausgebildet, dass über einen
mit einer Mündung
versehenen, endständigen Luftansaugbereich,
im Allgemeinen als Ansaugschnorchel bezeichnet, Verbrennungsluft
(Rohluft) angesaugt und unter Zwischenschaltung weiterer, den Verschleiß mindernder
oder die Leistung steigernder Komponenten der Brennkraftmaschine
zugeleitet wird. So ist im Luftansaugtrakt gewöhnlicher Weise ein dem Ansaugschnorchel
in Strömungsrichtung
nachgeschalteter Luftfilter vorgesehen, durch welchen vermieden
soll, dass nichtgasförmige
Partikel, wie Staubpartikel und Wassertröpfchen, in den Brennraum gelangen,
was den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verschlechtert und deren
Verschleiß erhöht. Zudem
kann im Luftansaugtrakt zur Steigerung des Wirkungsgrads der Verbrennung
ein dem Luftfilter in Strömungsrichtung
nachgeschalteter Turbolader mit Ladeluftkühlung vorgesehen sein.
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Bekanntlich
setzt sich der Luftfilter durch die gefilterten Staubteilchen mit
der Zeit zu und muss dann ausgetauscht werden, was meist im Rahmen festgelegter
Service-Intervalle erfolgt. Gleichwohl kommt es in der Praxis nicht
selten vor, dass Luftfilter, beispielsweise durch häufigen Einsatz
des Kraftfahrzeugs auf staubigen Wegen und Straßen, bereits vor ihrem eigentlichen
Austauschtermin ihre Funktion nur mehr schlecht erfüllen, so
dass der Verschleiß der
Brennkraftmaschine durch die eingebrachten Fremdpartikel erhöht ist.
Zudem kann es vorkommen, dass der Fahrzeugnutzer den Termin für einen Austausch
des Luftfilters übersieht
oder einem solchen Austausch willentlich nicht nachkommt. Denkbar
ist auch, dass der Austausch des Luftfilters aufgrund einer schlechten
Ersatzteilversorgung, beispielsweise in abgelegenen Gegenden, nicht
oder nur eingeschränkt
möglich
ist.
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Aufgabenstellung
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Demgegenüber besteht
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Ansaugschnorchel eines
Luftansaugtrakts zum Ansaugen von Verbrennungsluft für eine Brennkraftmaschine
zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen, durch welchen
der Brennkraftmaschine von Staubpartikeln und Wassertröpfchen gereinigte
Verbrennungsluft selbst dann zur Verfügung gestellt werden kann, wenn
ein Luftfilter fehlt oder dieser seine Funktionsfähigkeit
verloren hat.
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Diese
Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen Ansaugschnorchel
eines Luftansaugtrakts zum Ansaugen von Verbrennungsluft für eine Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
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Erfindungsgemäß ist ein
Ansaugschnorchel eines Luftansaugtrakts zum Ansaugen von Verbrennungsluft
für eine
Brennkraftmaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs gezeigt.
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Bei
dem Ansaugschnorchel handelt es sich um einen endständigen Luftansaugbereich
des Luftansaugtrakts, welcher der Speisung der Brennkraftmaschine
mit Verbrennungsluft dient. Der Ansaugschnorchel ist zu diesem Zweck
mit einer Mündung
zum Ansaugen der Verbrennungsluft versehen, die im Kraftfahrzeug
vorzugsweise so angeordnet ist, dass sie Fahrtwind des in Fahrt
befindlichen Kraftfahrzeugs aufnehmen kann. Durch den Überdruck des
Fahrtwinds wird im Ansaugschnorchel ein erster Luftstrom erzeugt.
Um den Fahrtwind des bewegten Kraftfahrzeugs aufnehmen zu können, ist
es vorteilhaft, wenn die Mündung
des Ansaugschnorchels in der Frontpartie des Kraftfahrzeugs angeodnet
ist. Vorteilhaft ist die Mündung
des Ansaugschnorchels frontwärts
gerichtet.
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Der
Ansaugschnorchel als solcher kann sich beispielsweise von der Mündung zum
Ansaugen der Verbrennungsluft bis zu einem herkömmlichen Luftfilter zum Filtern
der angesaugten Verbrennungsluft erstrecken. Der Luftansaugtrakt,
durch den die Brennkraftmaschine mit angesaugter Verbrennungsluft
gespeist wird, erstreckt sich als solcher zwischen der Mündung zum
Ansaugen der Verbrennungsluft und der mit Verbrennungsluft gespeisten
Brennkraftmaschine.
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Der
Ansaugschnorchel ist vorteilhaft mit einem als "Strömungsrichtungsänderungsabschnitt" bezeichneten Abschnitt
versehen, der so ausgebildet ist, dass die erste Strömungsrichtung
des in den Ansaugschnorchel eintretenden ersten Luftstroms in eine
von der ersten Strömungsrichtung
verschiedene zweite Strömungsrichtung
eines zur Brennkraftmaschine angesaugten zweiten Luftstroms geändert wird.
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Im
Strömungsrichtungsänderungsabschnitt wird
der zur Brennkraftmaschine gelangende zweite Luftstrom mit einer
von der ersten Strömungsrichtung verschiedenen
zweiten Strömungsrichtung
angesaugt. Beispielsweise nehmen die erste Strömungsrichtung und die zweite
Strömungsrichtung
in etwa einen Winkel von 90° zueinander
ein.
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Erfindungsgemäß ist der
Ansaugschnorchel insbesondere im Bereich des Strömungsrichtungsänderungsabschnitts
mit einer Öffnung
(Durchbrechung seiner Wand) und einem der Öffnung zugeordneten Verschlusselement
zum Verschließen
und Freigeben der Öffnung
versehen. Durch die Öffnung
wird das Lumen des Ansaugschnorchels mit der Umgebung des Ansaugschnorchels,
typischer Weise der Motorraum, strömungstechnisch verbunden.
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Das
Verschlusselement ist mittels eines Bewegungsmechanismus zwischen
einer die Öffnung verschließenden Schließposition
und einer die Öffnung
freigegebenden Öffnungsposition
bewegbar. Zudem wird das Verschlusselement von einem Schließmechanismus
mit einer wählbaren
Kraft in Verschließposition
gehalten.
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Zur
Realisierung eines Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Verschlusselements
zwischen Öffnungs-
und Schließposition
kann das Verschlusselement als Teil des Ansaugschnorchels am übrigen Ansaugschnorchel
schwenbar angelenkt sein und der Öffnung von außen her
anliegen. Insbesondere kann das Verschlusselement im Bereich der Mündung am übrigen Ansaugschnorchel
angelenkt sein.
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Zur
Realisierung eines Schließmechanismus,
um das Verschlusselement mit einer wählbaren Kraft in Schließposition
zu halten, kann beispielsweise ein Federelement vorgesehen sein,
durch das das Verschlusselement mit einer wählbaren Federkraft in Schließposition
gehalten wird. Ebenso denkbar ist, dass das Verschlusselement durch
die wählbare
mag netische Kraft eines Magnetelements in Schließposition gehalten wird.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ansaugschnorchels wird
das Verschlusselement lediglich durch die auf es einwirkende Schwerkraft
in Schließposition
gehalten. Das Verschlusselement ist in diesem Fall vorteilhaft so
am Ansaugschnorchel angebracht, insbesondere angelenkt, dass es
durch Ausüben
einer entsprechend großen
Kraft entgegen der eigenen Gewichtskraft aus seiner Schließposition
in seine Öffnungsposition
veschwenkbar ist, so dass es andernfalls selbsttätig wieder in seine Schließposition
zurückkehrt.
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Ein
wesentliches Merkmal des Ansaugschnorchels liegt darin, dass das
Verschlusselement so angeordnet ist, dass es von dem ersten Luftstrom mit
erster Strömungsrichtung,
das heißt
mit einem insbesondere von dem Strömungsrichtungsänderungsabschnitt
in seiner Strömungsrichtung
noch nicht umgelenkten Luftstrom, mit Überdruck angeströmt werden
kann. Das Verschlusselement kann somit durch den Staudruck des ersten
Luftstroms mit erster Strömungsrichtung
in seine Öffnungsposition gebracht
werden, falls der durch das Anströmen des ersten Luftstroms ausgelöste Staudruck
und die hierdurch auf das Verschlusselement ausgeübte dynamische
Druckkraft so groß ist,
dass die Kraft des Verschließmechanismus,
mit welcher das Verschlusselement in seiner Schließstellung
gehalten wird, überwunden
wird. Die dem Lumen des Ansaugschnorchels zugewandte Innenfläche des
Verschlusselements dient als Staufläche beim Anströmen des
ersten Luftstroms. Ein Anströmen
des Verschlusselements durch den ersten Luftstrom erfolgt, wenn
der erste Luftstrom mit Überdruck
gegen das Verschlusselement anströmt. Ein solcher Überdruck
entsteht insbesondere dann, wenn die Mündung so angeordnet ist, dass
sie den Fahrtwind des bewegten Kraftfahrzeugs aufnehmen kann. Somit
ist es anders ausgedrückt
erforderlich, dass das Verschlusselement so an geordnet ist, dass
es mit Überdruck
(insbesondere erzeugt durch Fahrtwind) von dem ersten Luftstrom
mit der ersten Strömungsrichtung
angeströmt werden
kann.
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Lediglich
der Vollständigkeit
halber sei erwähnt,
dass als "Staudruck" eine durch einen
anströmenden
Luftstrom bewirkte dynamische Druckkraft verstanden wird.
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Damit
das Veschlusselement mit Überdruck anströmbar ist,
ist es vorteilhaft, wenn das Verschlusselement nahe der Mündung des
Ansaugschnorchels zum Ansaugen der Verbrennungsluft angeordnet ist,
so dass ein möglichst
großer
Staudruck des insbesondere durch Fahrtwind erzeugten ersten Luftstroms
auf das Verschlusselement einwirken kann. Besonders vorteilhaft
grenzt der Strömungsrichtungsänderungsabschnitt
zu diesem Zweck unmittelbar an die Mündung des Ansaugschnorchels
zum Ansaugen der Verbrennungsluft an. Weiterhin ist es in dieser
Hinsicht besonders vorteilhaft, wenn das Verschlusselement, bezogen
auf die erste Strömungsrichtung
des ersten Luftstroms, auf einer der Mündung des Ansaugschnorchels
gegenüberliegenden
Seite angeordnet ist.
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In
dem Ansaugschnorchel ist zum Überwinden
der Kraft des Verschließmechanismus,
mit welcher das Verschlusselement in seiner Schließstellung
gehalten wird, ein mit Überdruck,
insbesonder durch Fahrtwind des bewegten Kraftfahrzeugs, gegen das
Verschlusselement anströmender
erster Luftstrom im Ansaugschnorchel erforderlich. Die durch den
Schließmechanismus
auf das Verschlusselement ausgeübte
Kraft, durch welche das Verschlusselement in Schließposition
gehalten wird, ist so gewählt,
dass das Verschlusselement mit Erreichen eines gewünschten
Staudrucks des anströmenden
ersten Luftstroms in seine Öffnungsstellung
gebracht wird.
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Wird
während
der Fahrt durch Fahrtwind ein erster Luftstrom mit erster Strömungsrichtung
im Ansaugschnorchel erzeugt, durch dessen auf das Verschlusselement
ausgeübten
Staudruck das Verschlusselement in seine Öffnungsstellung gebracht wird,
so werden die im Luftstrom in der ersten Strömungsrichtung transportierten
Staubpartikel und Wassertröpfchen
aufgrund ihrer Massenträgheit durch
die von dem Verschlusselement frei gegebene Öffnung in die Umgebung (z.
B. Motorraum) des Ansaugschnorchels befördert. Gleichzeitig wird im Strömungsrichtungsänderungsabschnitt
ein auf diese Weise gereinigter zweiter Luftstrom in der zweiten Strömungsrichtung
aufgrund der Saugwirkung der Brennkraftmschine zur Brennkraftmaschine
angesaugt.
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Somit
kann durch den erfindungsgemäßen Ansaugschnorchel
die Betriebsdauer eines nachgeschalteten Luftfilters wesentlich
erhöht
werden, da diesem mit dem zweiten Luftstrom bereits (vor-)gereinigte
Verbrennungsluft zugeführt
wird. Alternativ kann bei einem fehlenden oder in seiner Wirkung stark
verschlechterten Luftfilter der Brennkraftmaschine mit dem zweiten
Luftstrom zumindest teilweise von Partikeln gereinigte Verbrennungsluft
zugeführt
werden.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Ansaugschnorchels
ist das Verschlusselement auf seiner von dem ersten Luftstrom angeströmten Innenseite
mit einer gekrümmten
Oberfläche
versehen, die so ausgebildet ist, dass in Öffnungsstellung des Verschlusselements
die Strömungsrichtung
des anströmenden
Luftstroms in Richtung der zweiten Strömungsrichtung des zweiten Luftstroms
umgelenkt wird, wodurch die Versorgung der Brennkraftmaschine mit
gereinigter Luft verbessert werden kann.
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Die
Erfindung erstreckt sich weiterhin auf einen Luftansaugtrakt zum
Speisen einer Brennkraftmaschine mit Verbrennungsluft mit einem
wie oben beschriebenen Ansaugschnorchel.
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Darüber hinaus
erstreckt sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug mit einem wie
oben beschriebenen Ansaug schnorchel eines Luftansaugstrakts zum Ansaugen
von Verbrennungsluft für
eine Brennkraftmaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs. Vorteilhaft ist
die Mündung
des Ansaugschnorchels im Kraftfahrzeug so angeordnet, dass sie Fahrtwind
des bewegten Kraftfahrzeugs aufnehmen kann.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen genommen wird. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für einen
erfindungsgemäßen Ansaugschnorchel
mit offenem Verschlusselement;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines vertikalen Schnitts durch den
Ansaugschnorchel von 1 gemäß der Schnittlinie I-I mit
geschlossenem Verschlussselement;
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3 eine
perspektivische Darstellung des Schnitts durch den Ansaugschnorchel
von 2 mit offenem Verschlussselement.
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Es
wird nun Bezug auf die 1 bis 3 genommen,
worin ein Ausführungsbeispiel
für einen erfindungsgemäßen Ansaugschnorchel
eines Luftansaugtrakts zum Ansaugen von Verbrennungsluft für eine Brennkraftmaschine
für ein
Kraftfahrzeug gezeigt ist.
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Demnach
umfasst der in Form eines Rohrendstücks ausgebildete Ansaugschnorchel 1 einen in
seiner äußeren Form
quaderförmigen
geraden Schnorchelabschnitt 2, der über einen gekrümmten Schnorchelabschnitt 3 in
eine Mündung 4 zum
Ansaugen der Verbrennungsluft (Rohluft) übergeht. Der quaderförmige Schnorchelabschnitt 2 ist über einen weiteren, hier
nicht mehr dargestellten Luftansaugtrakt mit der Brennkraftmaschine
verbunden, um dieser die angesaugte Verbrennungsluft zuzuführen.
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Durch
den gekrümmten
Schnorchelabschnitt 3 wird durch die Mündung 4 in den Ansaugschnorchel 1 eintretende
Verbrennungsluft in den quaderförmigen
Schnorchelabschnitt 3 geleitet, wobei die Strömungsrichtung
des Luftstroms durch den gekrümmten
Schnorchelabschnitt 3 um ca. 90° umgelenkt wird.
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Der
gekrümmte
Schnorchelabschnitt 3 setzt sich aus einem krümmungsaußenseitigen Wandabschnitt
und zwei seitlichen Wandabschnitten 8 zusammen, wobei letztere
in die entsprechenden seitlichen Wandabschnitte des quaderförmigen Schnorchelabschnitts 2 übergehen.
Krümmungsinnenseitig
geht der quaderförmige
Schnorchelabschnitt 2 unmittelbar in die Mündung 4 über.
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Der
krümmungsaußenseitige
Wandabschnitt des gekrümmten
Schnorchelabschnitts 3 wird von einem Klappdeckel 5 geformt,
der an einem in vertikaler Richtung oberen Randabschnitt 7 der
Mündung 4 mittels
eines Scharniergelenks 6 schwenkbeweglich angelenkt ist.
Der Klappdeckel 5 kann in einer typischen Einbaulage entgegen
seiner Gewichtskraft nach oben verschwenkt werden, wodurch eine Öffnung 8 zur
Umgebung des Ansaugschnorchels (z. B. Motorraum) freigegeben wird.
Durch seine schwenkbewegliche Lagerung kann der Klappdeckel 5 zwischen
einer Schließposition,
in der er der Öffnung 8 dichtend
anliegt, und einer Öffnungsposition,
in der er die Öffnung 8 freigibt,
bewegt werden.
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Die
von dem Klappdeckel 5 freigebbare Öffnung 8 des gekrümmten Schnorchelabschnitts 3 ist
in Strömungsrichtung
des einströmenden
Luftstroms auf der gegenüberliegenden
Seite der Mündung 4 angeordnet.
Die Öffnung 8 erstreckt
sich hierbei von dem Scharniergelenk 7 zum Anlenken des Klappdeckels 5 bis
zum Übergang
des gekrümmten
Schnorchelabschnitts 3 in den quaderförmigen Schnorchelabschnitt 2.
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Der
Ansaugschnorchel 1 ist in einer typischen Einbaulage so
in einem Kraftfahrzeug eingebaut, dass die Mündung 4 den Fahrtwind
des in normaler Fahrt bewegten Kraftfahrzeugs aufnehmen kann. Zu
diesem Zweck befindet sich der Ansaugschnorchel 1 beispielsweise
in einer Frontpartie des Kraftfahrzeugs und die Mündung 4 ist
frontwärts
gerichtet. Hierdurch wird ein erster Luftstrom mit einer ersten
Strömungsrichtung
im Ansaugschnorchel 1 erzeugt, der ohne Umlenkung seiner
Strömungsrichtung
mit Überdruck
auf den Klappdeckel 5 auftrifft und diesen, falls der hierbei
erzeugte Staudruck größer ist
als die Gewichtskraft des Klappdeckels 5, nach außen und
oben verschwenken kann, wodurch die Öffnung 8 freigegeben
wird.
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Falls
der Klappdeckel 5 durch den Staudruck des anliegenden ersten
Luftstroms in eine in etwa horizontale Lage gelangt, ist die Öffnung 8 vollständig freigegeben.
In dieser Position des Klappdeckels 5 ist die in Strömungsrichtung
freigegebene effektive Querschnittsfläche der Öffnung 8 in etwa annähernd so
groß wie
die Querschnittsfläche
der Mündung 4. Befindet
sich der Klappdeckel 5 in einer Zwischenposition zwischen
seiner Schließstellung
und seiner maximalen Öffnungsstellung
ist die effektive Querschnittsfläche
der Öffnung 8 demgegenüber verringert.
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Wird
der Klappdeckel 5 durch den mit Überdruck anströmenden ersten
Luftstrom nach oben verschwenkt und wird die Öffnung 8 freigegeben,
werden der erste Luftstrom und insbesondere im Luftstrom transportierte
Staubpartikel und Wassertröpfchen,
aufgrund ihrer Massenträgheit
durch die Öffnung 8 und
damit aus dem Luftansaugtrakt befördert. Wird gleichzeitig bei
offenem Klappdeckel 5 Verbrennungsluft zur Brennkraftmaschine
angesaugt, so wird hierdurch ein zweiter Luftstrom mit einer von
der ersten Strömungsrichtung
verschiedenen zweiten Strömungsrichtung
angesaugt, der durch die Trägheitsfilterung
bereits gereinigt wurde. Erste und zweite Strömungsrichtung nehmen in etwa
einen Winkel von 90° zueinander
ein.
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Der
Klappdeckel 5 ist im Schnitt kreissegmentförmig ausgebildet,
wobei der Klappdeckel 5 entsprechend seiner Verwendung
als krümmungsaußenseitiger
Wandabschnitt des gekrümmten
Schnorchelabschnitts 3 hierbei in etwa einem Viertelkreis folgt.
In Öffnungsposition
des Klappdeckels 5 wird der den Klappdeckel 5 anströmende erste
Luftstrom durch die schalenförmige
Raumform des Klappdeckels 5 in Richtung zum quaderförmigen Schnorchelabschnitt 2 umgelenkt.
Auf diese Weise wird das Ansaugen der gefilterten Verbrennungsluft
in die Brennkraftmaschine erleichtert.
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Dem
am Klappdeckel 5 anliegenden Staudruck des ersten Luftstroms
wirkt die Schwerkraft des Klappdeckels 5 und die auf den
Klappdeckel ausgeübte
Saugwirkung beim Ansaugen des zweiten Luftstroms in die Brennkraftmaschine
entgegen. Falls die auf den Klappdeckel 5 ausgeübte summierte
Kraft aus Gewichtskraft und dynamischer Saugkraft den Staudruck
durch Fahrtwind übersteigt,
schließt
der Klappdeckel 5 die Öffnung 8.
Durch die Mündung 4 des
Ansaugschnorchels 1 wird dann relativ kühle Verbrennungsluft im Frontbereich
des Kraftfahrzeugs angesaugt, so dass in vorteilhafter Weise bei
einem stehenden oder mit geringer Geschwindigkeit fahrenden Fahrzeug
keine relativ warme Rezirkulationsluft im Motorraum angesaugt werden
kann.
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- 1
- Ansaugschnorchel
- 2
- quaderförmiger Schnorchelabschnitt
- 3
- gekrümmter Schnorchelabschnitt
- 4
- Mündung
- 5
- Klappdeckel
- 6
- Scharniergelenk
- 7
- Mündungsabschnitt
- 8
- Öffnung
- 9
- Seitenwand