DE102007028666B4

DE102007028666B4 - Flexible Hülsenauskleidung für eine Wellrohrleitung

Info

Publication number: DE102007028666B4
Application number: DE102007028666A
Authority: DE
Inventors: Terry W. Whitby Ostan; Jin Toronto Huang; Lei Whitby Li
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: US20070295422A1; CN100572790C; US7398798B2; CN101100966A; DE102007028666A1

Abstract

Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung, die umfasst:
eine Wellrohrleitung, die einen gewellten Abschnitt und ein Paar von nicht gewellten Abschnitten umfasst, wobei jeweils ein nicht gewellter Abschnitt des Paars von nicht gewellten Abschnitten auf jeder Seite des gewellten Abschnitts angeordnet ist;
eine Hülsenauskleidung, die in der Wellrohrleitung angeordnet ist und den gewellten Abschnitt überspannt, wobei die Hülsenauskleidung ein befestigtes Ende und ein gegenüberliegendes freies Ende aufweist; und
eine Befestigung der Hülsenauskleidung an derem befestigten Ende an einem nicht gewellten Abschnitt der Wellrohrleitung;
wobei das freie Ende der Hülsenauskleidung in Ansprechen auf Bewegungen der Wellrohrleitung in der Wellrohrleitung frei gleiten kann; und
wobei das freie und das befestigte Ende der Hülsenauskleidung bezüglich des jeweiligen nicht gewellten Abschnitts der Wellrohrleitung jeweils eine Dichtmanschette bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wellrohrleitungen, insbesondere diejenigen, welche für Kraftfahrzeugluftansaugsysteme verwendet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine flexible Hülsenauskleidung zum glatten Auskleiden eines Innenradius einer Wellrohrleitung.
Das Luftansaugsystem (AIS von air induction system) einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, siehe allgemein 10 in 1, ist ein komplexes und fein eingestelltes System, das einen Ausgleich zwischen Anforderungen und Beschränkungen bildet, die oft in einem Spannungsverhältnis zueinander stehen.
Herkömmlicherweise ist ein Luftreiniger mit einer Luftmassenströmungssensorbaugruppe 10a mit dem (nicht gezeigten) Maschinenansaugkrümmer durch eine Luftreinigerauslassrohrleitungsanordnung 12 verbunden, welche eine Wellrohrleitung 14 umfasst. Well-Luftrohrleitungen verschiedener Längen und Größen werden verwendet, um saubere, gefilterte und abgemessene Luft von einem Luftfilter an den Luftansaugkrümmer der Maschine zu übertragen. Aufgrund von begrenztem Raum in dem Motorraum des Kraftfahrzeugs bestehen diese Wellrohrleitungen oftmals aus einer komplizierten schlangenförmigen Konfiguration.
Die Auslassrohrleitungsanordnung muss die folgenden Hauptfunktionen erfüllen: Bereitstellen einer glatten Luftströmung mit einer minimalen Strömungsbegrenzung (Druckverlust); Absorption von Maschinenbewegungen bei einem Rollen des Maschinendrehmoments bei allen Betriebszuständen; Isolation von Maschinenvibrationen von einer Übertragung an die Karosseriestruktur; Widerstehen eines Zusammenfallens bei Vakuum; Aufrechterhalten einer Dichtung an allen Systemverbindungen; und Bereitstellen einer Flexibilität der Rohrleitung, um den Aufwand bei der Luftfilterwartung zu erleichtern.
Es ist eine Herausforderung, ein geeignetes Gleichgewicht zwischen all diesen Bedürfnissen zu halten, weil sich viele der Anforderungen widersprechen. Um sich beispielsweise an eine Bewegung der Maschine anzupassen, muss die Auslassrohrleitungsanordnung 12 Flexibilität aufweisen, wobei die Flexibilität durch Wellen 16 in der Seitenwand 18 einer Luftrohrleitung bereitgestellt wird, um dadurch eine Wellrohrleitung 14 mit einem gewellten Abschnitt 14a und nicht gewellten Abschnitten 14b an dessen beiden Seiten bereitzustellen.
Wellrohrleitungen werden allgemein unter Verwendung eines Spritzguss- oder Blasformprozesses ausgebildet. Die Wellrohrleitung wird normalerweise aus weichen Materialien hergestellt, wie z. B. einem thermoplastischen Elastomer (TPE) oder Gummi. Die Flexibilität hängt von den Parametern der Wellrohrleitung wie Materialhärte, Wandstärke, Radius und Länge ab. Die Wellen 16 der Wellrohrleitung 14 sind durch mehrere erhöhte umlaufende Rücken bzw. Grate 20 (siehe 1B) gekennzeichnet, welche eine Kompression, Ausdehnung, Verbiegung und Verdrehung der Seitenwand 18 der Wellrohrleitung ermöglichen. Dadurch wirkt eine Wellrohrleitung als ein Entkopplungsorgan für eine Baugruppe, Maschinenbewegungen, eine Stoßdämpfung und eine Geräusch-, Vibrations- und Härtesteuerung (NVH-Steuerung, NVH von noise, vibration and harshness).
Obwohl Wellrohrleitungen 14 beim Absorbieren von Maschinenbewegungen und beim Isolieren von Vibrationen effektiv sind, besteht ein Problem mit Wellrohrleitungen darin, dass die inneren umlaufenden Rücken 20 der Wellen 16 eine große Oberflächenrauigkeit aufweisen und jede einen Hohlraum 22 bereitstellt, der eine lokale Luftströmung ungünstig beeinflusst. Die Oberfläche der Rücken 20 und die Hohlräume 22 erzeugen einen Strömungswiderstand und eine turbulente Gegenströmungsluft CF, welche der Luftströmung F entgegengesetzt ist, wodurch ein Druckverlust durch die Wellrohrleitung 14 erhöht wird. Dieser Reibungswiderstand ist in der Technik als der ”Reibungsdruckverlust” bekannt. Insbesondere können hochgradig gewellte Rohrleitungen mit zusammengesetzten Winkeln aufgrund großer Strömungsturbulenz die Luftströmung weiter begrenzen.
Der Betrag von Reibungsdruckverlust über eine Wellrohrleitung basiert teilweise auf den Fluideigenschaften, wie z. B. der Fluiddichte, der Fluidviskosität und der Fluidströmungsrate. Am allerwichtigsten ist jedoch, dass die Oberflächenrauigkeit der Wellrohrleitungsseitenwand die größte Auswirkung auf den Reibungsdruckverlust hat.
Da die Wellen innere umlaufende Rücken mit großer Oberflächenrauigkeit aufweisen, wird eine Luftströmung, wenn sie durch die Wellrohrleitung hindurchgeht, durch diese Oberflächenrauigkeit stark beeinflusst. Die Oberflächenrauigkeit ist ein definierendes Merkmal von vielen Fluidströmen mit hoher Reynolds-Zahl, die in der Technik der Strömungslehre bekannt sind. Tatsächlich werden die Auswirkungen der Rauigkeit umso wahrscheinlicher von Bedeutung sein, je höher die Reynolds-Zahl (Re) ist. Der Reibungsfaktor einer rauen Wand kann durch die Formel berechnet werden:
wobei f der Reibungsfaktor der rauen Wand ist, Re die Reynolds-Zahl darstellt, ε die Höhe der Wandrauigkeit darstellt (z. B. in diesem Fall die Wellhöhe) und d den Rohrleitungsdurchmesser darstellt. Gleichung 1 zeigt, dass die Reibung der Wandrauigkeit umso größer ist, je höher die Wellhöhe ε ist.
Für die Strömung in einer kreisförmigen Rohrleitung kann der Druckhöhenverlust ausgedrückt werden als:
wobei L die Rohrleitungslänge und V die Durchschnittsgeschwindigkeit einer Luftströmung in der Rohrleitung ist.
Der Druckverlust für eine horizontale Rohrleitung beträgt: Δp = ρghf (3)
Durch ein Kombinieren der Gleichungen 2 und 3 kann der Druckverlust aufgrund der Wandrauigkeitsreibung abgeleitet werden:
Durch Gleichung 4 wird angezeigt, dass der Druckverlust direkt proportional zu dem Wandrauigkeitsreibungsfaktor f ist. Um den Druckabfall zu verringern, ist es daher kritisch, den Wandrauigkeitsreibungsfaktor zu minimieren. Gemäß Gleichung 1 würde ein Verringern der Wellhöhe die Wandreibung verringern, aber dies würde der Flexibilitätsanforderung der Rohrleitung widersprechen. Um Maschinenrollbewegungen zu absorbieren und Maschinenvibrationen von der Karosseriestruktur des Fahrzeugs abzukoppeln, muss die Wellrohrleitung eine ausreichende Flexibilität mit einer Mindestwellhöhe von 12 mm aufweisen. Gemäß Gleichung 1 wird diese Größe der Wellhöhe zu einem großen Reibungsfaktor führen. Bei einer 150 mm langen Wellrohrleitung mit einem Durchmesser von 80 mm und einer Wellhöhe von 12 mm beispielsweise beträgt der Reibungsfaktor bei einer Strömungsrate von 200 g/s 0,089. Auf der Grundlage der Berechnungen durch die Gleichungen 1, 2, 3 und 4 kann die Wandrauigkeitsreibung zu einem Reibungsdruckverlust von 0,1 kPa führen.
Es ist wohlbekannt, dass die Maschine zur Erzeugung von umso mehr Leistung in der Lage ist, je mehr Luftströmung an die Maschine geliefert werden kann. Der Druckverlust über die Wellen einer Wellrohrleitung bedeutet, dass weniger Luft in die Maschine gedrückt wird. Folglich wird als ein Ergebnis eines Druckverlusts, der durch eine Wellrohrleitung verursacht wird, die Leistungsausgabe der Maschine verringert.
Eine Alternative zur Verringerung eines Druckverlusts in einer Wellrohrleitung besteht in einem Verringern der Wellquantität und einem Verkürzen der Wellrohrleitung. Obwohl weniger Wellen zu einer Verringerung des Luftreibungswiderstands in der Lage sind, weist dies immer noch inhärente Probleme auf. Erstens werden weniger Wellen die Fähigkeit der Rohrleitung zur Absorption von Maschinenvibrationen verringern. Maschinenvibrationen können leicht auf die Karosseriestruktur übertragen werden. Die exzessiven Vibrationen der Maschine können folglich ein Unbehagen bei Fahrern und Passagieren verursachen. Zweitens muss jede Welle aufgrund von weniger Wellen mehr Maschinenpositionsverschiebungen aufnehmen. Als ein Ergebnis stellt die Haltbarkeit einer kurzen Wellrohrleitung immer ein wesentliches Thema dar. Schließlich erfordert eine kurze Wellrohrleitung mehr Montageaufwand in der Fahrzeugmontagefabrik. Üblicherweise kann dieser Typ von Rohrleitung humanergonomische Probleme verursachen, wodurch Montagekosten und -zeit erhöht werden.
Ein anderer Ansatz besteht in einem Entwurf der Wellrohrleitung mit einem großen Innendurchmesser. Obwohl der Druckverlust in der Wellrohrleitung verringert wird, weist die Wellrohrleitung mit großem Durchmesser mehrere Einschränkungen auf. Als eine allgemeine Regel muss eine Wellrohrleitung einen Abstand von 25 mm zu anderen Komponenten in einem Motorraum einhalten, der in der Technik als ”dynamischer Abstand” bekannt ist, welcher sicherstellt, dass es bei Maschinendrehmomentrollzuständen keinen harten Kontakt zwischen der Wellrohrleitung und umgebenden Komponenten gibt. Daher sind in den engen Motorräumen aktueller Kraftfahrzeuge die Größe und Führung der Wellrohrleitung eingeschränkt. Darüber hinaus weisen der Drosselkörper der Maschine und der Luftmassenströmungssensor aufgrund ihrer Standardentwurfsabmessungen relativ kleine Durchmesser auf. Wenn der Durchmesser der Wellrohrleitung relativ zu diesen Komponenten zu groß ist, kann die Luftströmung an dem Ausgang des Luftmassenströmungssensors eine plötzliche Ausdehnung und an dem Eingang des Drosselkörpers der Maschine eine plötzliche Kontraktion erfahren. Diese plötzliche Ausdehnung und Kontraktion der Luftströmung kann einen wesentlichen Druckverlust verursachen.
DE 7417030 U offenbart ein flexibles Leitungsrohr mit einem durchgehenden gewellten Metallrohr und einer im Metallrohr angeordneten flexiblen Hülse, die an ihrer Außenfläche an den Wellentälern des Metallrohres anliegt und an ihren axialen Enden durch Mundstücke an dem gewellten Metallrohr befestigt ist.
In DE 1909468 U ist ein Rohr aus thermoplastischem Kunststoff, wie etwa Hart-PVC, offenbart, bei dem auf ein zylindrisches Rohr ein Wellrohr aufgezogen, beispielsweise aufgeschrumpft, damit verschweißt oder daran angeklebt wird, um dessen Stabilität zu erhöhen.
DE 1913149 U offenbart eine elastische Verbindung von Kunststoffrohren mit einem Faltenbalg, der an einem oder beiden Enden Anschlussteile aufweist, die mit konischen Teilen aus dem Material, aus dem die Kunststoffrohre bestehen, verkeilt sind, um ein Verkleben oder Verschweißen mit den Kunststoffrohren zu ermöglichen.
Was entsprechend in der Technik benötigt bleibt, ist ein Luftansaugsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei welchem die Auslassluftanordnung eine Wellrohrleitung umfasst, welche die ihr inhärenten Reibungsdruckverluste vermeidet.
Die vorliegende Erfindung ist ein Luftansaugsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Auslassluftanordnung eine Wellrohrleitung mit Hülsen umfasst, wodurch die Wellrohrleitung ihre wesentliche NVH-Steuerung durchführt, jedoch die mit herkömmlichen Wellrohrleitungen verbundenen inhärenten Reibungsdruckverluste vermeidet.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Hülsenauskleidung an der Innenseite der Seitenwand einer Wellrohrleitung bereit. Die Hülsenauskleidung schafft eine durch sie hindurchgehende laminare Luftströmung, wodurch die Luftströmung jegliche Interaktion mit den Rücken und Hohlräumen der Wellen vermeidet, jedoch weiterhin eine Rohrleitungsflexibilität bereitstellt. Die Hülsenauskleidung weist eine glatte, kontinuierlich ebene innere Oberfläche von einem Ende zu dem anderen auf (mit ”glatte, kontinuierlich ebene innere Oberfläche” ist gemeint, dass die innere Oberfläche keine Wellen, Brüche oder andere Unregelmäßigkeiten aufweist), wodurch sie eine konsistente Luftströmung mit wenig Druckverlust schafft, und gleichzeitig ist die Hülsenauskleidung flexibel genug, um die Fähigkeit der Wellrohrleitung aufrechtzuerhalten, sich in Ansprechen auf eine Maschinenbewegung, wie z. B. eine Kompression, eine Ausdehnung, eine Verdrehung, einen Versatz, etc. zu biegen.
Die Hülsenauskleidung besteht aus einem vorzugsweise weichen (d. h. flexiblen) Material oder aus einem halbstarren oder starren Material, wie Gummi, einem thermoplastischen Elastomer (TPE), Kunststoff, Polyprop len etc. Die Hülsenauskleidung wird unter Verwendung beispielsweise eines Spritzgussprozesses, von Blasformen, von Strangpressen oder eines beliebigen anderen geeigneten Prozesses als eine Röhre ausgestaltet. Die Hülsenauskleidung wird koaxial und bezüglich des gewellten Abschnitts der Wellrohrleitung zumindest an die Enden angrenzend angeordnet, wobei die äußere Oberfläche der Hülsenauskleidung an den nicht gewellten Abschnitt der Wellrohrleitung angrenzt und zu dem innersten Durchmesser der Wellen benachbart ist. Die Hülsenauskleidung wird im Inneren der Wellrohrleitung durch eine Befestigung eines Endes der Hülsenauskleidung an der Wellrohrleitung dauerhaft angeordnet, wobei das gegenüberliegende freie Ende der Hülsenauskleidung im Inneren der Wellrohrleitung in Ansprechen auf Bewegungen der Wellrohrleitung frei gleiten kann.
Die Hülsenauskleidung stellt eine Wellrohrleitung mit einer glatten, kontinuierlich ebenen inneren Oberfläche von dem einen Ende zu dem anderen bereit, die vorzugsweise einen konstanten Innendurchmesser aufweist, wodurch die Hülsenauskleidung den Druckverlust effektiv verringert, der andernfalls durch die Reibung der gewellten Wand verursacht würde, und gleichzeitig eine Luftströmungstrennung, Turbulenz und Verwirbelung minimiert. Da die Hülsenauskleidung ein freies Ende aufweist, das bezüglich der Wellrohrleitung frei gleitet, wenn sich die Wellrohrleitung bewegt, kann sie darüber hinaus die Fähigkeit der Welle aufrechterhalten, sich in Ansprechen auf eine Bewegung und Vibration der Maschine bereitwillig zu biegen und zu verdrehen.
Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftansaugsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei welchem die Auslassluftanordnung eine Wellrohrleitung mit Hülsen umfasst, wobei die Wellrohrleitung ihre wesentliche NVH- Steuerung ausführt, jedoch die mit herkömmlichen Wellrohrleitungen verbundenen inhärenten Reibungsdruckverluste vermeidet.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
1 eine perspektivische Ansicht eines Luftansaugsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach dem Stand der Technik ist;
1A eine perspektivische Detailansicht eines Wellenabschnitts einer Wellrohrleitung des Luftansaugsystems nach dem Stand der Technik ist, wie er bei dem Kreis 1A von 1 zu sehen ist;
1B eine schematische Darstellung eines computererzeugten Luftströmungsmusters in der Nähe der Wellen einer Wellrohrleitung ist, welche der in 1A gezeigten ähnlich ist, wenn sich ein Luftansaugsystem ähnlich dem in 1 gezeigten in Betrieb befindet;
2 eine perspektivische Ansicht eines Luftansaugsystems gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist;
2A eine perspektivische Detailansicht eines gewellten Abschnitts einer Wellrohrleitung des Luftansaugsystems ist, wie er bei dem Kreis 2A von 2 zu sehen ist, der erfindungsgemäß eine wirksam installierte Hülsenauskleidung aufweist;
3 eine schematische Darstellung eines computererzeugten Luftströmungsmusters in der Nähe des Innendurchmessers der Hülsenauskleidung ist, welche an Wellen einer Wellrohrleitung ähnlich der in 2A gezeigten angeordnet ist, wenn sich ein Luftansaugsystem ähnlich dem in 2 gezeigten in Betrieb befindet;
4A eine Schnittansicht einer geradlinig ausgestalteten Wellrohrleitung mit einer erfindungsgemäßen Hülsenauskleidung ist, wobei die Hülsenauskleidung mittels einer ersten Befestigungsmodalität an der Wellrohrleitung befestigt ist;
4B eine Schnittansicht wie in 4A ist, wobei die Wellrohrleitung nun eine Ausdehnung entlang einem Pfeil E erfahren hat;
4C eine Schnittansicht wie in 4A ist, wobei die Wellrohrleitung nun eine Kontraktion entlang einem Pfeil C erfahren hat;
5A eine Schnittansicht einer geradlinig ausgestalteten Wellrohrleitung mit einer erfindungsgemäßen Hülsenauskleidung ist, wobei die Hülsenauskleidung mittels einer zweiten Befestigungsmodalität an der Wellrohrleitung befestigt ist; und
5B eine Schnittansicht einer gebogen ausgestalteten Wellrohrleitung mit einer erfindungsgemäßen Hülsenauskleidung ist, wobei die Hülsenauskleidung mittels der zweiten Befestigungsmodalität an der Wellrohrleitung befestigt ist.
Nun auf die Zeichnung Bezug nehmend stellen 2 bis 5B verschiedene Aspekte und Beispiele einer mit einer Hülse ausgekleideten Wellrohrleitung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in 2 und 2A gezeigt ist, weist die erfindungsgemäße, mit einer Hülse ausgekleidete Wellrohrleitung 100 eine Hülsenauskleidung 102 auf, die an der Innenseite 104a der Seitenwand 104 einer Wellrohrleitung 106 angeordnet ist. Ein Luftansaugsystem (AIS-System) 108 einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs umfasst herkömmlicherweise einen Luftreiniger mit einer Luftmassenströmungssensorbaugruppe, welche mit einem Drosselkörper des (nicht gezeigten) Maschinenansaugkrümmers durch eine Luftreinigerauslassrohrleitungsanordnung 110 verbunden ist, welche die mit einer Hülse ausgekleidete Wellrohrleitung 100 umfasst.
Die Hülsenauskleidung 102 weist eine glatte, kontinuierlich ebene innere Oberfläche 102a zwischen ihren befestigten und freien Enden 102c, 102d auf, welche eine dort hindurchgehende laminare Luftströmung F' schafft, wodurch die Luftströmung jegliche Interaktion mit den Rücken 112 und Hohlräumen 114 der Wellen 116 des gewellten Abschnitts 106a der Wellrohrleitung 106 vermeidet, jedoch weiterhin die Rohrleitungsflexibilität aufgrund der Tatsache bereitstellt, dass die Hülsenauskleidung nur an einem Ende, dem befestigten Ende 102c, an der Wellrohrleitung befestigt ist, wodurch das andere, freie Ende 102d in der Lage ist, in der Wellrohrleitung axial zu gleiten. Es ist daher zu verstehen, dass die Hülsenaus kleidung 102 eine konsistente laminare Luftströmung mit einem geringen Druckverlust entlang derselben schafft und die Hülsenauskleidung gleichzeitig nur an einem ihrer Enden befestigt ist, so dass sie bezüglich der Wellrohrleitung gleitfähig ist und dadurch die Fähigkeit der Wellrohrleitung aufrechterhalten wird, sich in Ansprechen auf eine Maschinenbewegung, beispielsweise eine Kompression, eine Ausdehnung, ein Verdrehen, eine Fehlausrichtung etc. zu biegen, wobei die Flexibilität der Wellrohrleitung weiter verbessert wird, wenn die Hülsenauskleidung selbst flexibel ist.
Die Hülsenauskleidung 102 besteht vorzugsweise aus einem weichen (d. h. flexiblen) Material, beispielsweise aus Gummi, einem thermoplastischen Elastomer (TPE) etc., oder aus einem starren oder halbstarren Material, beispielsweise aus Kunststoff oder Polypropylen etc. Die Hülsenauskleidung 102 weist eine Röhrenkonfiguration auf und wird beispielsweise durch einen Spritzgussprozess, Blasformen, Strangpressen oder einen beliebigen anderen geeigneten Prozess hergestellt.
Die Hülsenauskleidung 102 ist koaxial angeordnet und zumindest an die Enden des gewellten Abschnitts 106a der Wellrohrleitung 106 angrenzend (d. h. mindestens so lang wie der gewellte Abschnitt 106a), wobei die äußere Oberfläche 102b der Hülsenauskleidung an die Innenseite 104a der Seitenwand der Wellrohrleitung an deren nicht gewellten Abschnitten 106b angrenzt und zu dem innersten Durchmesser 116ID der Wellen 116 benachbart ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Hülsenauskleidung über beide Enden des gewellten Abschnitts hinaus, so dass die Hülsenauskleidung an die ersten und zweiten nicht gewellten Abschnitte angrenzt, auch wenn die Wellrohrleitung im Betrieb ausgedehnt wird.
Die Hülsenauskleidung 102 ist durch eine Befestigung eines befestigten Endes 102c der Hülsenauskleidung an einem nicht gewellten Abschnitt der Wellrohrleitung dauerhaft in der Wellrohrleitung 106 angeordnet, während das andere, freie Ende 102d in der Lage ist, frei in der Wellrohrleitung zu gleiten. Das befestigte Ende ist vorzugsweise das Ende, welches stromaufwärts der Luftströmung liegt.
Obwohl es andere Möglichkeiten zur Befestigung des befestigten Endes 102c der Hülsenauskleidung an einem nicht gewellten Abschnitt der Wellrohrleitung gibt, wie z. B. durch eine Klemmung, sind die zwei bevorzugtesten Befestigungsmodalitäten 130, 132 in 4A bis 4C bzw. 5A und 5B gezeigt.
Auf 4A Bezug nehmend weist die Wellrohrleitung 106' eine Seitenwand 104' auf, welche einen gewellten Abschnitt 106a' und erste und zweite nicht gewellte Abschnitte 1061b, 1062b umfasst, die an den Enden des gewellten Abschnitts angeordnet sind. Die Ausgestaltung der Wellen 116' im Hinblick auf Größe und Anzahl wird durch die Anwendung der Wellrohrleitung 106' für eine geeignete Steuerung über NVH vorbestimmt.
Die Hülsenauskleidung 102' stattet die Wellrohrleitung 106' mit einer glatten, kontinuierlich ebenen inneren Oberfläche 102a' zwischen ihren befestigten und freien Enden 102c', 102d' aus und weist bei einem bevorzugten Beispiel einen konstanten Innendurchmesser auf, der den gewellten Abschnitt 106a' überspannt, wodurch die Hülsenauskleidung den Druckverlust effektiv verringert, welcher andernfalls durch die Reibung der gewellten Wand verursacht würde, und gleichzeitig eine Luftströmungstrennung, Turbulenzen und Verwirbelungen minimiert oder vermeidet.
Die Wellrohrleitung 106' wird gemäß bekannten Prozessen gefertigt, und die Hülsenauskleidung 102' wird durch einen beliebigen geeigneten Prozess gefertigt, wie z. B. durch einen Spritzgussprozess, Blasformen, Strangpressen eines vorzugsweise weichen (d. h. flexiblen) Materials, wie z. B. Gummi, eines thermoplastischen Elastomers (TPE) etc., oder eines starren oder halbstarren Materials, wie z. B. Kunststoff, Polypropylen etc. Ein (nicht gezeigter) Dorn richtet die in der Wellrohrleitung angeordnete Hülsenauskleidung zur Befestigung daran mit einer gewählten Befestigungsmodalität axial aus.
In 4A bis 4C wird eine erste Befestigungsmodalität 130 verwendet, um das befestigte Ende 102c' der Hülsenauskleidung 102' an der Wellrohrleitung 106' an derem ersten nicht gewellten Abschnitt 1061b' zu befestigen. Die Wellrohrleitung und die Hülsenauskleidung werden über den Dorn in einer (nicht gezeigten) Schweißvorrichtung angeordnet, woraufhin ein Heißplattenschweißvorgang an dem befestigten Ende 102c' der Hülsenauskleidung folgt, um dadurch eine Verbindung B zwischen dem befestigten Ende der Hülsenauskleidung und der Innenseite 104a' der Seitenwand 104' der Wellrohrleitung an derem ersten nicht gewellten Abschnitt 1061b zu erzeugen, der an die äußere Oberfläche 102b' des befestigten Endes der Hülsenauskleidung angrenzt. Nun bildet das befestigte Ende 102c' und das gegenüberliegende freie Ende 102d' der Hülsenauskleidung jeweils eine Dichtungsmanschette 134a, 134b bezüglich des ersten bzw. zweiten nicht gewellten Abschnitts 1061b', 1062b' der Wellrohrleitung 106'. Als eine Alternative zu dem Heißplattenschweißen kann ein Klebstoff verwendet werden, um das befestigte Ende der Hülsenauskleidung mit dem ersten nicht gewellten Abschnitt der Wellrohrleitung zu verbinden.
Eine erste Passung 138 wird an dem befestigten Ende 102c' der Hülsenauskleidung 102 aufgenommen, und eine ringförmige Klemme 140 hält den ersten nicht gewellten Abschnitt 1061b an dem befestigten Ende der Hülsenauskleidung und der ersten Passung abdichtend fest. Die Klemme 140 stellt eine Klemmung bereit, die als eine Ersatzbefestigungsmodalität anstelle der Verbindung B dienen kann. Der zweite nicht gewellte Abschnitt 1062b der Wellrohrleitung 106 nimmt eine zweite Passung 142 auf, wodurch eine zweite ringförmige Klemme 144 den zweiten nicht gewellten Abschnitt an der zweiten Passung abdichtend festhält, ohne die Gleitfähigkeit des freien Endes 102d' der Hülsenauskleidung 102' zu beeinträchtigen. Die erste Passung 138 kann beispielsweise einem Luftmassensensor des AIS zugeordnet sein, und die zweite Passung 142 kann beispielsweise einem Drosselkörper zugeordnet sein, auf welchen eine Luftströmung entlang eines Pfeils F'' gerichtet ist.
Da die Hülsenauskleidung 102' ein freies Ende 102d' aufweist, welches bezüglich der Wellrohrleitung 106' frei gleitet, wenn sich die Wellrohrleitung bewegt, kann sie die Fähigkeit der Wellrohrleitung aufrechterhalten, sich in Ansprechen auf eine Bewegung und Vibration der Maschine zu biegen oder zu verdrehen, wobei diese Fähigkeit verbessert wird, wenn die Hülsenauskleidung selbst flexibel ist. Als ein erstes Beispiel stellt 4B eine Situation beispielhaft dar, in welcher sich die zweite Passung 142 ausdehnend von der ersten Passung 138 wegbewegt, wobei die Ausdehnung entlang eines Pfeils E gerichtet ist. Man kann sehen, dass die Dichtungsmanschette 134b aufrechterhalten wird, obwohl das freie Ende 102d' der Hülsenauskleidung 102' bezüglich des zweiten nicht gewellten Abschnitts 1062b der Wellrohrleitung 106' verrutscht ist. Als ein zweites Beispiel stellt 4C eine Situation beispielhaft dar, in welcher sich die zweite Passung 142 zusammenziehend in Richtung der ersten Passung 138 bewegt, wobei die Kontraktion entlang eines Pfeils C gerichtet ist. Man kann sehen, dass die Dichtungsmanschette 134b aufrechterhalten wird, obwohl das freie Ende 102d' der Hülsenauskleidung 102' bezüglich des zweiten nicht gewellten Abschnitts 1062b der Wellrohrleitung 106' verrutscht ist.
5A stellt die gleichen Konfigurationsaspekte wie 4A dar, wobei gleiche Teile durch gleiche alphanumerische Bezeichnungen mit einem zusätzlichen Strich bezeichnet sind, mit der Ausnahme, dass nun eine zweite Befestigungsmodalität 132 verwendet wird, um das befestigte Ende 102c'' der Hülsenauskleidung 102'' an der Wellrohrleitung 106'' an derem ersten nicht gewellten Abschnitt 106b1' zu befestigen. Die Wellrohrleitung und die Hülsenauskleidung werden durch den Dorn in einer (nicht gezeigten) Ringform angeordnet, woraufhin geschmolzenes TPE, Gummi oder ein ähnliches geeignetes Material darüber gespritzt wird, um einen Ring R auszubilden, welcher eine Verbindung B' bezüglich des befestigten Endes 102c'' der Hülsenauskleidung und der Seitenwand 104'' der Wellrohrleitung bereitstellt.
5B stellt eine Konfiguration ähnlich 5A dar, die nur als ein Beispiel die zweite Befestigungsmodalität 132 umfasst, wobei gleiche Teile durch gleiche alphanumerische Bezeichner mit einem zusätzlichen Strich bezeichnet sind, mit der Ausnahme, dass nun die Wellrohrleitung 106'' und die Hülsenauskleidung 102'' als ein Bogen ausgeführt sind. Es ist zu verstehen, dass bei einem Anwenden der vorliegenden Erfindung eine Ausführung in beliebiger Gestalt verwendet werden kann.
Es wurden CFD-Simulationen verwendet, um die Auswirkungen der Hülsenauskleidung in einem Luftansaugsystem zu analysieren, und diese werden nachfolgend erörtert.
Es ist bekannt, dass eine Luftströmung entweder in laminar (glatt strömend) oder turbulent (raues oder chaotisches Strömen) eingeteilt wird.
Eine laminare Strömung benötigt weniger Energie, um die Luft zu bewegen, was weniger Druckverlust bedeutet. Die Wellrohrleitung weist innere umlaufende Rücken auf, welche eine verwirbelte Strömung und einen Druckverlust aufgrund einer rauen Oberfläche verursachen (wie hier voranstehend mit Bezug auf 1B erörtert wurde).
3 stellt die Luftströmung eines Luftansaugsystems an der Hülsenauskleidung einer mit einer Hülsenauskleidung versehenen Wellrohrleitung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Ergebnisse zeigen, dass die Einführung einer Hülsenauskleidung in der Wellrohrleitung nicht nur den Druckverlust verringert, sondern auch die Luftströmung stromabwärts regelt. Die CFD-Simulationen zeigen, dass der Druckverlust des Luftansaugsystems bei 200 g/s insbesondere aufgrund der Hülsenauskleidung um 6 Prozent verringert wird. Die Hülsenauskleidung kann eine Bewegung der Luftströmung verbessern und den Druckverlust verringern. Die Hülsenauskleidung schafft einen sehr geringen Reibungswiderstand und unterbricht die Luftströmung nicht.
Ohne eine Hülsenauskleidung erzeugen Wellen Turbulenzen und begrenzen eine Luftströmung, wie in 1B gezeigt ist, in der die turbulente Schicht zufällige Geschwindigkeitsvektoren aufweist und einige Geschwindigkeitsvektoren in der turbulenten Schicht sich an oder entgegengesetzt der ankommenden Luftströmung reiben. Darüber hinaus fährt eine in der Welle gefangene Luftströmung fort, zu wirbeln, und sie dissipiert Strömungsenergie. Die Wirbelströmung beeinträchtigt die Hauptströmung und behindert eine Bewegung der Strömung. Daher wird mehr Energie benötigt, um eine Luftströmung in der Wellrohrleitung zu bewegen. Diese Art von zusätzlicher Energie wird in einen Druckverlust überführt.
Im Gegensatz dazu verringert die Hülsenauskleidung gemäß der vorliegenden Erfindung den Druckverlust, der durch die innere Reibung einer Luftströmung in der Wellrohrleitung verursacht wird. Die Hülsenauskleidung dient zur Minimierung der inneren Oberflächenrauigkeit. Es gibt keine Energieverschwendung aufgrund von Luftströmungsverwirbelung. Wie in 3 gezeigt ist, zeigen alle Strömungsgeschwindigkeitsvektoren F' in dieselbe Richtung. Mit der Hülsenauskleidung besteht die Strömung aus vielen laminaren Strömen. Es gibt keine offensichtliche Strömungsinterferenz. Der Strömungsreibungsdruckverlust wiederum wird verringert.
Ein tatsächliches Testen der Luftströmung bestätigte weiterhin die Vorteile der Hülsenauskleidung. Eine von Rand gefertigte Hülsenauskleidung wurde im Inneren einer Wellrohrleitung eines Luftansaugsystems aus der Produktion angebracht. Der Druckverlust des Luftansaugsystems mit einer Hülsenauskleidung in der Wellrohrleitung war bei 200 g/s um etwa 5 Prozent niedriger als bei der Wellrohrleitung ohne eine Hülsenauskleidung.
Zusammengefasst ist ein Luftansaugsystem offenbart, bei dem die Auslassluftanordnung eine mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung umfasst. Eine Hülsenauskleidung, welche die Wellen überspannt, ist in einer Wellrohrleitung angeordnet, wobei ein befestigtes Ende der Hülsenauskleidung an einem nicht gewellten Abschnitt der Wellrohrleitung befestigt ist, wobei ein freies Ende in der Wellrohrleitung frei gleiten kann und wobei das freie Ende der Hülsenauskleidung und das befestigte Ende der Hülsenauskleidung jeweils als eine Abdichtmanschette dienen, wodurch eine dort hindurchgehende Luftströmung ungeachtet der Wellen laminar ist.

Claims

Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung, die umfasst: eine Wellrohrleitung, die einen gewellten Abschnitt und ein Paar von nicht gewellten Abschnitten umfasst, wobei jeweils ein nicht gewellter Abschnitt des Paars von nicht gewellten Abschnitten auf jeder Seite des gewellten Abschnitts angeordnet ist; eine Hülsenauskleidung, die in der Wellrohrleitung angeordnet ist und den gewellten Abschnitt überspannt, wobei die Hülsenauskleidung ein befestigtes Ende und ein gegenüberliegendes freies Ende aufweist; und eine Befestigung der Hülsenauskleidung an derem befestigten Ende an einem nicht gewellten Abschnitt der Wellrohrleitung; wobei das freie Ende der Hülsenauskleidung in Ansprechen auf Bewegungen der Wellrohrleitung in der Wellrohrleitung frei gleiten kann; und wobei das freie und das befestigte Ende der Hülsenauskleidung bezüglich des jeweiligen nicht gewellten Abschnitts der Wellrohrleitung jeweils eine Dichtmanschette bilden.
Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrohrleitung und die Hülsenauskleidung flexibel sind.
Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsenauskleidung eine glatte, kontinuierlich ebene innere Oberfläche zwischen ihrem befestigten und ihrem freien Ende aufweist.
Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrohrleitung und die Hülsenauskleidung flexibel sind.
Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung eine Verbindung umfasst.
Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrohrleitung und die Hülsenauskleidung flexibel sind.
Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine Schweißverbindung umfasst.
Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrohrleitung und die Hülsenauskleidung flexibel sind.
Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine Überspritzverbindung umfasst.
Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrohrleitung und die Hülsenauskleidung flexibel sind.
Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung eine Klemmung umfasst.
Mit einer Hülsenauskleidung versehene Wellrohrleitung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrohrleitung und die Hülsenauskleidung flexibel sind.
Verwendung einer mit einer Hülsenauskleidung versehenen Wellrohrleitung nach einem der vorherigen Ansprüche in einem Luftansaugsystem als Luftreinigerauslassrohrleitungsanordnung.