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Die
Erfindung betrifft ein Volumenstromsteller für ein Medium,
insbesondere ein Gas, vorzugsweise für eine Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Volumenstromsteller
für Medien, insbesondere für Gase, sind bekannt.
Sie werden beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik verwendet,
um Verbrennungsluft als Medium der Brennkraftmaschine zuzuführen
und den Volumenstrom hierbei zu regulieren, zu leiten oder ganz
oder teilweise abzusperren. Insbesondere sind solche Volumenstromsteller bekannt
bei aufgeladenen Motoren, also beispielsweise solchen, die zur Aufladung
einen Verdichter einer Abgasturboladereinrichtung aufweisen, um
den Volumenstrom nach dem Verdichter bedarfsweise über
einen Ladeluftkühler oder an diesem vorbeizuführen,
wie dies beispielsweise in bekannten Bypass-Anordnungen zur Umgehung
von Ladeluftkühlern bekannt ist. Durch die Verdichtung
erwärmt sich nämlich die Verbrennungsluft, die
der Brennkraftmaschine zugeführt wird, was im Regelfall
nicht erwünscht ist und eine Kühlung der verdichteten
Verbrennungsluft durch den Ladeluftkühler erforderlich macht.
Es sind aber Betriebszustände der Brennkraftmaschine denkbar,
die eine Kühlung der Verbrennungsluft nicht erfordern oder
in denen eine solche Kühlung sogar unerwünscht
ist, beispielsweise bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine oder
bei Verwendung neuer, insbesondere regenerativer Treibstoffe. Bei
der Ausbildung solcher Volumenstromsteller ist es erwünscht,
den Volumenstrom möglichst ohne wesentliche Richtungsänderung
oder gar Umlenkung steuern zu können, also insbesondere
in einen Ladeluftstrang mit oder einen solchen ohne Ladeluftkühler.
Aus der
DE 10
2005 012 842 A1 ist eine Luftansaugrichtung für
eine Brennkraftmaschine mit einsetzbarer Bypassklappeneinrichtung bekannt,
die eine Bypassklappe vorsieht, die eine Abgasströmung
eines Abgasrückführkanals entweder mit einem zu
einer Abgaskühleinrichtung führenden Kühlkanal
verbindet oder die Abgasströmung in einen Bypasskanal leitet,
ohne eine Richtungsumlenkung der Abgasströmung vorzunehmen.
An dieser Ausführung ist nachteilig, dass zwar eine Richtungsumlenkung
weitestgehend vermieden wird, eine effektive Reduzierung von Strömungsgeräuschen
aber nicht erreicht wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Volumenstromsteller für ein
Medium, insbesondere ein Gas, für die vorstehend beschriebenen
Einsatzbereiche bereitzustellen, das diese Nachteile vermeidet und überdies
eine wirksame Reduzierung von strömungsbedingten Geräuschen
erlaubt. Gleichzeitig ist eine kostengünstige und wenig
Bauraum beanspruchende Bauweise anzustreben.
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Offenbarung der Erfindung
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Hierzu
wird ein Volumenstromsteller für ein Medium, insbesondere
ein Gas, vorzugsweise für eine Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, mit einem Gehäuse und einem
im Gehäuse verdrehbar angeordneten Stellelement. Hierbei
ist vorgesehen, dass das Stellelement mindestens ein als Resonatorvolumen
wirkendes Hohlvolumen aufweist. Hohlraumresonatoren als solche sind bekannt.
Beispielsweise können diese nach dem Helmholtz-Effekt wirken,
wobei ein Resonatorvolumen mit einem weiteren Volumen kommuniziert
und in bestimmten Frequenzbereichen oder -bändern als Resonator
wirkt.
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In
einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Hohlvolumen
mindestens einen Mediumverbindungsweg aufweist. Ein Mediumverbindungsweg
ist hierbei ein solcher Weg, beispielsweise eine Öffnung,
die das Hohlvolumen mit einem anderen Volumen, insbesondere einem
dieses umgebenden Volumen, verbindet, sodass die Volumina miteinander
kommunizieren können.
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Bevorzugt
ist das Stellelement als Zylinderelement ausgebildet, also als ein
solches, dessen Kontur auf einer geschlossenen Linie beruht. Im Stand
der Technik bekannte Stellelemente sind im Wesentlichen flächig
in Form von Klappen ausgebildet. Hier jedoch ist das Stellelement
als Zylinderelement ausgebildet, um durch diese besondere Formgebung
die gestellten Aufgaben in besonders vorteilhafter Weise zu lösen.
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Bevorzugt
ist das Zylinderelement ein Strangpressprofil oder weist ein solches
auf. Die zylindrische, also einer geschlossenen Linie folgende Außenkontur
kann hierbei sehr leicht und in gleichbleibender Weise erreicht
werden. Insbesondere kann vorteilhaft eine kostengünstige
Produktion aus Längenabschnitten eines Strangpressprofils
erfolgen, wobei die Längenabschnitte so bemessen werden,
dass sie die Bauhöhe des Zylinderelements aufweisen.
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Das
Zylinderelement ist hierbei bevorzugt so ausgebildet, dass es einen
kreisausschnittförmigen Grundriss aufweist, also einen
solchen, der im Wesentlichen sektorförmig oder, besonders
bevorzugt, halbkreisförmig ist. Das Zentrum des Kreises,
aus dem der Kreis ausschnitt gebildet ist, bildet hierbei die Drehachse,
um die das Stellelement verdrehbar ist. Bei Ausbildung des Zylinderelements
auf einem halbkreisförmigen Grundriss liegt die Drehachse,
um die das Stellelement verdrehbar gelagert ist, in der Mitte des
Durchmessers.
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Das
Zylinderelement ist hierbei bevorzugt als ein das Hohlvolumen umschließendes
Hohlelement ausgebildet. Das Hohlvolumen wird demzufolge von dem
Zylinderelement allseitig umgriffen. Das Hohlelement weist den bereits
beschriebenen, mindestens einen Mediumsverbindungsweg auf. Dieser
ist beispielsweise bei Ausbildung des Zylinderelements auf einem
halbkreisförmigen Grundriss in einer ebenen Seitenwand
des Hohlelements angeordnet, die auf dem Durchmesser ausgebildet
ist. Der Mediumsverbindungsweg kann hierbei beispielsweise als einfacher
Wanddurchbruch oder in einer rohrförmigen Ausbildung vorgesehen
sein, bevorzugt in einer solchen, die in das Innere des Hohlvolumens
weist, um nicht ihrerseits Strömungsgeräusche
durch das außenseitig vorbeiströmende Medium zu
erzeugen.
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Das
Hohlelement weist mindestens einen Wandabschnitt auf, der als Verschluss-
und/oder Verstellklappe wirkt. Die Verstell- oder Verschlusswirkung
wird nicht notwendig von dem Hohlelement insgesamt, respektive von
dem Zylinderelement insgesamt bewirkt, sondern jedenfalls von einem Wandabschnitt.
Der Wandabschnitt bewirkt hierbei die Volumenänderung innerhalb
des Gehäuses, in dem das Stellelement verdrehbar angeordnet
ist, insbesondere die Volumenänderung in Bezug auf wenigstens
zwei Abgänge, durch die der Volumenstrom geleitet werden
kann, abhängig von der Stellung des Stellelements.
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Bevorzugt
wird der Mediumverbindungsweg von mindestens einem Durchbruch des
Stellelements und/oder mindestens einem Randspalt des Verstellelements
zum Gehäuse und/oder zu einem Deckel des Stellelements
und/oder zu einem Boden des Stellelements gebildet. Der Durchbruch
ist hierbei, wie bereits vorstehend beschrieben, in einer Wandung
des Stellelements, beispielsweise dem Wandabschnitt, angeordnet.
Gleichermaßen ist es möglich, das Verstellelement
nicht allseitig dicht zum Gehäuse abschließen
zu lassen, sondern mindestens einen Randspalt vorzusehen, beispielsweise oberseitig
oder unterseitig, bevorzugt hierbei dergestalt, dass das dichte
Abschließen des einen und/oder anderen Abgangs in Abhängigkeit
von der Stellung des Stellelements innerhalb des Gehäuses hierdurch
nicht beeinträchtigt wird. Zur Ausbildung des Randspalts
kommt beispielsweise ein nicht in voller Länge parallel
zur Drehachse ausgebildetes Wandele ment in Betracht, das den Randspalt
oberseitig oder unterseitig zwischen dem Wandelement und dem Gehäuse
durch diese verkürzte Bauweise ausbildet oder aufweist.
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In
einer bevorzugten Ausbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse
im Wesentlichen eine Y-Gestalt aufweist. Bei Ausbildung von Zugang
und Abgängen in Form eines Y ist sichergestellt, dass keine oder
zumindest keine wesentlichen Richtungsänderungen des Volumenstroms
in Abhängigkeit von der Stellung des Stellelements auftreten.
Es ist hierbei möglich, den einen Abgang vollständig
zu verschließen und den anderen vollständig zu öffnen
oder umgekehrt, ohne dass der Volumenstrom seine Richtung wesentlich ändert.
Hierdurch werden Strömungsgeräusche, wie sie durch
bei Umlenkungen entstehende Verwirbelungen verursacht werden, vorteilhaft
vermieden. Die Ausführung des Gehäuses in Y-Gestalt
gestattet es, den Volumenstrom auch bei Verstellung des Verstellelements
im Wesentlichen laminar zu halten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der Volumenstromsteller
als Ladeluft-Volumenstromsteller ausgebildet, also als ein solcher,
der Ladeluft für die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
von der Stellung des Stellelements durch unterschiedliche Luftwege
leitet, beispielsweise einmal durch einen Ladeluftkühler
und einmal an dem Luftkühler vorbei zum Ansaugtrakt. Hierbei
ist es nicht nur möglich, die Ladeluft, insbesondere nach
einem Verdichter wie beispielsweise einer Abgasturboladeranordnung oder
einem Kompressor, jeweils vollständig entweder über
den Ladeluftkühler oder durch den Bypass des Ladeluftkühlers
zu leiten, sondern auch anteilsmäßig beispielsweise
mit zunehmender Erwärmung der Brennkraftmaschine die Verbrennungsluft
graduell zunehmend durch den Ladeluftkühler zu leiten.
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Der
Volumenstromsteller kann auch eine zweite Resonatorkammer im Gehäuse
aufweisen. Hierdurch können vorteilhaft weitere Frequenzbänder
bedampft oder ausgelöscht werden.
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Bevorzugt
ist die zweite Resonatorkammer als ein in einem Zugang des Gehäuses
um ein Innenrohr angeordnetes Ringvolumen ausgebildet. Das Gehäuse
weist den Zugang auf, durch den der Volumenstrom eintritt. Im Zugang
wird der Volumenstrom in einem Rohr geführt, das in das
Gehäuse, nämlich in ein Gehäuseinnenvolumen,
hineinragt. Das Gehäuse ist im Bereich des Zugangs um dieses
Innenrohr erweitert, so dass sich zwischen dem Innenrohr (nämlich
dessen Außenseite) und dem Gehäuse (nämlich
einer Gehäuseinnenwandung) ein Volumen ergibt, das das
Innenrohr ringförmig umgreift und mit dem übrigen
Gehäuseinnenvolumen kommuniziert, insbesondere zu diesem
hin of fen ist. Die Außenkontur des Ringvolumens muss hierbei
nicht kreisringförmig sein, gemeint ist lediglich, dass
das Ringvolumen das Innenrohr umgreift.
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Es
sind weiter Ausführungsformen vorgesehen, die mindestens
ein weiteres Resonatorvolumen aufweisen. Der Volumenstromsteller
kann damit ein, zwei, drei oder auch mehr Resonatorvolumina aufweisen,
so dass eine Mehrzahl von Frequenzbändern insbesondere
von Strömungsgeräuschen behandelt werden kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus Kombinationen derselben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
und Figuren näher erläutert, ohne jedoch hierauf
beschränkt zu sein.
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Es
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch einen Volumenstromsteller und
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2 einen
Längsschnitt durch den Volumenstromsteller.
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1 zeigt
einen Volumenstromsteller 1 mit einem Zugang 2 und
zwei Abgängen 3, nämlich einem ersten
Abgang 4 und einem zweiten Abgang 5. Der Volumenstromsteller
weist ein Gehäuse 6 auf, mit einem Gehäuseinnenraum 7,
der durch den Zugang 2 und die Abgänge 3 nach
außen eröffnet wird und wobei am Zugang 2 ein
Volumenstrom V eintritt und, in Abhängigkeit von der Stellung
eines im Gehäuse 6 angeordneten Stellelements 8,
auf die Abgänge 3 verteilt wird. Das Gehäuse 6 weist
im Wesentlichen eine Y-Gestalt 38 auf, wobei der Zugang 2 den
Fuß des Y und die Abgänge 3 die Schenkel
des Y bilden. Der Zugang 2 ist in Form eines Flansches 9 ausgebildet,
mit einem Innenrohr 10, das in den Gehäuseinnenraum 7 ein
Stück weit hineinragt. Das Innenrohr 10 wird von
dem Gehäuseinnenraum 7 im Bereich des Innenrohrs 10 ringartig
umgeben, sodass sich ein um das Innenrohr 10 ringförmig
umlaufendes Ringvolumen 11 ergibt. Zwischen dem Zugang 2 einerseits
und den beiden Abgängen 3 andererseits, also gewissermaßen
mittig der Y-Strukturen des Gehäuses 6, ist im
Gehäuseinnenraum 7 das Stellelement 8 in
Form eines Zylinderelements 12 ausgebildet, das einen halbkreisförmigen
Grundriss 13 aufweist. Das Zylinderelement 12 umschließt
ein Hohlvolumen 14 und ist folglich als Hohlelement 15 ausgebildet.
Das Hohlvolumen 14 kommuniziert über einen Mediumverbindungsweg 16 mit
einem Gehäuseinnenvolumen 17 innerhalb des Ge häuseinnenraums 7.
Der Mediumverbindungsweg 16 ist ausgeführt als
Durchbrüche 18 in einer das Hohlelement 15 zur
Ausbildung des Zylinderelements 12 umgreifenden Wandung 19,
nämlich einem geraden Wandabschnitt 20. Der gerade
Wandabschnitt 20 führt durch ein Zentrum 21 eines
gedachten Kreises, aus dem der halbkreisförmige Grundriss 13 des
Zylinderelements 12 gebildet ist. Durch das Zentrum 21 verläuft
eine Drehachse 22, um die das Stellelement 8,
nämlich insbesondere das Zylinderelement 12, drehbar
in dem Gehäuse 6 gelagert ist. Der gerade Wandabschnitt 20 ist
hierbei ein Wandabschnitt 23, der als Verschluss- und/oder
Verstellklappe 24 wirkt, indem er, in Abhängigkeit
von der Stellung des Stellelements 8, den vom Zugang 2 einströmenden
Volumenstrom V in den ersten Abgang 4 leitet und hierbei den
zweiten Abgang 5 sperrt, wie dargestellt, oder umgekehrt
den Volumenstrom V in den zweiten Abgang 5 leitet und hierbei
den ersten Abgang 4 sperrt (nicht dargestellt), oder aber
den Volumenstrom V zwischen beiden Abgängen 3 aufteilt,
in dem der Durchtritt des Volumenstroms V anteilig in beide Abgänge 3 ermöglicht
wird. Das Hohlvolumen 14 im Innern des Hohlelements 15 wirkt
als Resonatorvolumen 39, nämlich als Resonatorkammer 25,
wobei es über die Durchbrüche 18 als
Mediumsverbindungsweg 16 mit dem Volumenstrom V, der im
Gehäuseinnenvolumen 17 an dem Mediumverbindungsweg 16 vorbeiströmt,
kommuniziert. Die Resonatorkammer 25 ist hierbei so ausgebildet,
dass sie in einem Frequenzband, in dem Störgeräusche
durch das Strömen des Volumenstroms V liegen, gegenphasige
Resonanzen entstehen und hierdurch die Störgeräusche
beziehungsweise Strömungsgeräusche des Volumenstroms
V in diesem Frequenzband zumindest teilweise ausgelöscht
werden, etwa nach dem Helmholtz-Prinzip. Bevorzugt bildet das Ringvolumen 11 eine
zweite Resonatorkammer 26 aus, die in Verbindung mit der
Resonatorkammer 25 im Innern des Hohlelements 15 eine
breitbandige Unterdrückung von Störgeräuschen
beziehungsweise Strömungsgeräuschen des Volumenstroms
V zulässt. Der Volumenstromsteller 1 wirkt also über
das Stellelement 8 mit seinem Hohlvolumen 14 und
gegebenenfalls mit der zweiten Resonatorkammer 26 nicht
nur zum Schalten oder Stellen des Volumenstroms V, sondern überdies
als Element zur aktustischen Beruhigung des Volumenstroms V während
des Durchströmens des hier nicht dargestellten Leitungssystems
und des Volumenstromstellers 1.
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Bevorzugt
ist der Volumenstromsteller 1 als Ladeluftvolumenstromsteller 27 in
einem hier nicht dargestellten Bypass eines hier nicht dargestellten Ladeluftkühlers
einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angeordnet.
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2 zeigt
einen Längsschnitt durch den Volumenstromsteller 1 in
Höhe der ebenfalls längsgeschnittenen, auf ihrer
Drehachse 22 geschnittenen Wandung 19 im Bereich
des geraden Wandabschnitts 20. Das Stellelement 8 wird
oberseitig von einem Deckel 28 abgeschlossen, der gleichzeitig
als Stabilisierung 29 des Zylinderelements 12 dient.
Der Deckel 28 dient ferner der Aufnahme einer Lagerung 30 sowie
einer durch die Lagerung 30 geführten, mit dem
Stellelement 8 drehfest verbundenen Welle 31,
die wiederum drehfest mit einem Betätigungshebel 32 zum
Verdrehen des Stellelements 8 in seiner Drehachse 22 dient
(entsprechende Aktuatoren sind hier nicht dargestellt). Das Zylinderelement 12 wird
unterseitig von einem Boden 33 im Wesentlichen plan abgeschlossen;
die Welle 31 ist entweder durchgehend ausgebildet oder
aber im Bereich des Zylinderelements 12 unterbrochen und
im Bereich des Bodens 33 fortgesetzt, dergestalt, dass ein
Wellenzapfen 34 in eine Unterseitenlagerung 35 eingreift,
die wiederum im Gehäuse 6 angeordnet ist. Auf
diese Weise lässt sich das Stellelement 8 möglichst
reibungsfrei und leichtgängig verdrehen. Im Bereich der
der Lagerung 30 kann zur Rückstellung des Stellelements 8 in
eine bestimmte, gewünschte Ausgangsposition eine Schraubenfeder 36 vorgesehen sein,
die die Rückkehr des Stellelements 8 bei Nichtbetätigung
des Betätigungshebels 32 in eine gewünschte
Ausgangsstellung zurückführt. Der gerade Wandabschnitt 20 weist
zur Schaffung eines Mediumverbindungsweges 16 die Durchbrüche 18 auf, über
die ein vorbeiströmender, hier nicht dargestellter Volumenstrom
mit dem hinter dem ebenen Wandabschnitt 20 in dem hier
aufgrund der Darstellung nicht ersichtbaren Hohlvolumen 14 kommuniziert
und hierbei als Resonatorkammer 25 wirkt. Zwischen dem
Deckel 28 und dem geraden Wandabschnitt 20 können
weitere Öffnungen 36 in Form von Randspalten 37 zusätzlich
oder auch anstelle der Durchbrüche 18 zur Schaffung
oder Vergrößerung des Mediumverbindungsweges 16 ausgebildet
sein.
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- 1
- Volumenstromsteller
- 2
- Zugang
- 3
- Abgang
- 4
- 1.
Abgang
- 5
- 2.
Abgang
- 6
- Gehäuse
- 7
- Gehäuseinnenraum
- 8
- Stellelement
- 9
- Flansch
- 10
- Innenrohr
- 11
- Ringvolumen
- 12
- Zylinderelement
- 13
- Grundriss
- 14
- Hohlvolumen
- 15
- Hohlelement
- 16
- Mediumverbindungsweg
- 17
- Gehäuseinnenvolumen
- 18
- Durchbruch
- 19
- Wandung
- 20
- gerader
Wandabschnitt
- 21
- Zentrum
- 22
- Drehachse
- 23
- Wandabschnitt
- 24
- Verschluss-
und/oder Verstellklapp
- 25
- Resonatorkammer
- 26
- 2.
Resonatorkammer
- 27
- Ladeluftvolumenstromsteller
- 28
- Deckel
- 29
- Stabilisierung
- 30
- Lagerung
- 31
- Welle
- 32
- Betätigungshebel
- 33
- Boden
- 34
- Wellenzapfen
- 35
- Unterseitenlagerung
- 36
- weitere Öffnung
- 37
- Spalt
- 38
- Y-Gestalt
- 39
- Resonatorvolumen
- V
- Volumenstrom
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005012842
A1 [0002]