-
Hintergrund und Kurzdarstellung
-
Turbolader
und Auflader können mit Verbrennungsmotoren zu Vergrößerung
der in die Brennkammer des Motors eintretenden Luftmasse zwecks
Erzeugung von mehr Energie verwendet werden. Ein Einlassverdichter
in Form von zum Beispiel einer Radialventilatorpumpe kann in einem
Einlasskanal angeordnet sein, um Einlassluft zu komprimieren. In
einigen Fällen kann der Einlassverdichter von der Energie
der Abgase des Motors angetrieben werden.
-
Luftstromeigenschaften
an einem Einlassverdichtereinlass können den Turboeinlasswirkungsgrad
beeinflussen und mit Turbulenzen in Verbindung stehende Geräusche
durch Hinzufügen einer zusätzlichen Spanne zu
der Verdichterpumpgrenze reduzieren. Insbesondere kann die Drallrichtung
bezüglich der Verdichterdrehrichtung sowohl den Wirkungsgrad
als auch die Geräusche beeinflussen. Wenn die Drallrichtung
dem Verdichter entgegengesetzt ist, kann dies zu Turbulenzen und
Geräuschen führen, dem so genannten Tip-in-Zischen.
Das Erzeugen eines Dralls in der gleichen Richtung wie der Verdichter
kann zu einem verbesserten Einlasswirkungsgrad (einem größeren
Massendurchfluss) und einer verminderten Geräuscherzeugung
führen.
-
Die
US 7 322 191 offenbart eine
Vorrichtung zum Beaufschlagen des Luftstroms mit einer Wirbelbewegung
zur Versorgung eines turboaufgeladenen Verbrennungsmotors. Die Vorrichtung
ist dazu ausgeführt, stromaufwärts des Bogens
eines bogenförmigen Kanals zwischengeordnet zu werden.
Der Kanal führt dem Auflader Luft zu. Der Kanal weist einen stromaufwärtigen
Zweig mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt und
einen stromabwärtigen Zweig mit einem kreisförmigen
Querschnitt auf, um die Bildung eines spiralförmigen Stroms durch
den stromabwärtigen Zweig zu erleichtern. Eine Schaufel
ist um eine Achse schwingbar im stromaufwärtigen Zweig
angebracht. Auf diese Weise wird der stromabwärtige Zweig
des Bogenabschnitts von einem tangentialen Strom erreicht, der den
spiralförmigen Luftstrom in dem stromabwärtigen
Zweig ergibt. Eine maximale Wirkung bei der Erzeugung der Wirbelbewegung
wird dann erreicht, wenn sich die Schaufel in ihrer maximalen Neigung befindet.
-
Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben mit diesem Lösungsansatz
in Verbindung stehende Probleme erkannt. Als ein Beispiel verursacht der
Lösungsansatz den größten Widerstand
gegen Strömung durch den Kanal, um eine maximale Wirkung
bei der Erzeugung der Wirbelbewegung zu erreichen.
-
Um
auf die obigen Probleme einzugehen, kann ein Kanal mit einer technisch
ausgereiften Geometrie, möglicherweise über CFD
(computational fluid dynamics – numerische Strömungssimulation) oder
physikalische Testverfahren, zum Leiten eines Einlassstroms in einen
Einlassverdichter eines Verbrennungsmotors vorgesehen werden. Der
Einlasskanal kann ein oder mehrere Strukturierungsmerkmale enthalten,
die an einer Innenfläche des Einlasskanals angeordnet sind.
Das eine oder die mehreren Strukturierungsmerkmale können
so angeordnet sein, dass sie in den Einlassstrom vorragen, um eine Verwirbelung
des Einlassstroms zu verursachen, bevor er den Einlassverdichter
erreicht. In einem Beispiel können das eine oder die mehreren
Strukturierungsmerkmale integral mit dem Einlasskanal ausgeführt
sein. Verschiedene beispielhafte Ausführungsformen können
die erforderlichen Drallverhältnisse bei minimaler zusätzlicher
bzw. minimalen zusätzlichen Einschränkung, Kosten,
Herstellung und Montagebeschränkungen bereitstellen.
-
Verschiedene
Ausführungsformen können Elemente, wie zum Beispiel
Strukturierungsmerkmale, innere Schaufeln und/oder Drallzüge,
an den Verdichtereinlasskanälen vorsehen, um einen Einlassstrom
zu drehen oder zu verwirbeln, bevor er auf einen Verdichter auftrifft.
Die Strukturierungsmerkmale können an einer Innenfläche
des Einlasskanals durch Bilden von Mulden in der Außenfläche
ausgebildet werden. Die Elemente können sowohl die Richtung
als auch das Ausmaß der Drehung einstellen. Die/der eine
oder die mehreren Schaufeln, Drallzüge oder Mulden können
dem Einlasssystem über die verschiedensten Verfahren hinzugefügt
werden, darunter, aber nicht darauf beschränkt, blasgeformte, spritzgegossene,
gegossene oder hydrogeformte Metallkanäle. In einem Beispiel
bilden die Drallzugvorsprünge von der Außenseite
der Einlasskanäle ein schraubenförmiges Muster,
um Drehstrom um die mittlere Achse des Kanals, dem sich entlang
der Länge des Kanals zu dem Turbolader drehenden schraubenförmigen
Muster, mit einer Drehrichtung zu beaufschlagen, die der Drehrichtung
des Verdichters entspricht.
-
Während
des Entwicklungsprozesses können verschiedene Ausführungsformen ”eingestellt” werden.
Auf diese Weise kann ein optimales Drallverhältnis bei
minimalem Druckabfall erreicht werden.
-
Es
können verschiedene Beispiele sowohl an Benzin- als auch
an Dieselmotoren mit Turbolader verwendet werden. Verschiedene Beispiele
können im Hinblick auf Einlasswirkungsgrad und Geräuschminderung
auf turboaufgeladene und/oder aufgeladene Motoren angewandt werden.
Ausführungsformen können in verschiedenen Anwendungen
verwendet werden, darunter, aber nicht darauf beschränkt,
Kraftfahrzeuganwendungen, Militäranwendungen, Anwendungen
im Schiffsbereich, Anwendungen in der Luftfahrt und Geländenutzung.
-
Es
versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist,
in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzuführen,
die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben
werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale
des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich
einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden
Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte
Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt,
die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung
angeführten Nachteile lösen.
-
Kurze Beschreibung der Figuren
-
1 zeigt
eine schematische Abbildung eines Systems, die einen einzelnen Zylinder
eines Motors mit einer Turboverdichtungsvorrichtung und Merkmale
zur Verbesserung der Funktionalität der Verdichtungsvorrichtung
und/oder zur Minderung der mit ihr verbundenen Geräusche
darstellt.
-
2 zeigt eine schematische Abbildung eines
Systems, das einen Verbrennungsmotor enthält, die beispielhafte
vier Zylinder, eine Turboverdichtungsvorrichtung sowie Merkmale
zur Verbesserung der Funktionalität der Verdichtungsvorrichtung und/oder
zur Minderung der mit ihr verbundenen Geräusche darstellt.
-
3A ist
eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Einlasskanals,
der zum Leiten eines Einlassstroms zu einem Verdichter, wie zum
Beispiel dem in 1 oder 2 dargestellten
Verdichter, verwendet werden kann.
-
3B ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3B-3B in 3A.
-
4 ist
eine perspektivische Ansicht eines anderen beispielhaften Einlasskanals,
der zum Leiten eines Einlassstroms zu einem Verdichter, wie zum
Beispiel dem in 1 oder 2 dargestellten
Verdichter, verwendet werden kann.
-
5A ist
eine perspektivische Ansicht eines anderen beispielhaften Einlasskanals,
der zum Leiten eines Einlassstroms zu einem Verdichter, wie zum
Beispiel dem in 1 oder 2 dargestellten
Verdichter, verwendet werden kann.
-
5B ist
eine Endansicht des in 5A gezeigten beispielhaften
Einlasskanals mit Blickrichtung aus einer mit Pfeil 5B in 5A gezeigten
Richtung.
-
5C ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5C-5C in 5B.
-
Die 3–5 sind
maßstäblich gezeichnet, obgleich die relativen
Abmessungen, falls gewünscht, von den dargestellten abweichen
können.
-
Ausführliche Beschreibung
-
1 ist
ein Schemadiagramm, das einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10 zeigt,
der in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein
kann. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem
mit einer Steuerung 12 und durch eine Eingabe von einem
Fahrzeugführer 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert
werden. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein
Fahrpedal und einen Pedalstellungssensor 134 zur Erzeugung
eines Proportionalpedalstellungssignals PP. Die Brennkammer (das
heißt der Zylinder) 30 des Motors 10 kann
Brennkammerwände 32 mit einem darin positionierten
Kolben 36 enthalten. Der Kolben 36 kann mit einer
Kurbelwelle 40 verbunden sein, so dass die Hin- und Herbewegung
des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird.
Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem
mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs verbunden sein.
Weiterhin kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit
der Kurbelwelle 40 verbunden sein, um einen Startbetrieb
des Motors 10 zu ermöglichen.
-
Die
Brennkammer 30 kann Einlassluft von einem Einlasskrümmer 44 über
einen Einlasskanal 42 erhalten und kann Verbrennungsgase über
einen Auslasskanal 48 ablassen. Der Einlasskrümmer 44 und
der Auslasskanal 48 können über ein Einlassventil 52 bzw.
ein Auslassventil 54 gezielt mit der Brennkammer 30 in
Verbindung treten. Bei einigen Ausführungsformen kann die
Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei
oder mehr Auslassventile enthalten.
-
In
diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und
das Auslassventil 54 durch eine Nockenbetätigung über
Nockenbetätigungssysteme 51 bzw. 53 gesteuert
werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können
jeweils einen oder mehrere Nocken enthalten und können
Systeme zur Nockenprofilumschaltung (CPS – cam profile
switching) und/oder variablen Nockenwellenverstellung (VCT – variable
cam timing) und/oder variablen Ventilsteuerung (VVT – variable
valve timing) und/oder zum variablen Ventilhub (VVL – variable
valve lift) verwenden, die von der Steuerung 12 betätigt
werden können, um den Ventilbetrieb zu ändern.
Die Stellung des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann durch
Stellungssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden.
Bei alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder
das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung
gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 als
Alternative ein Einlassventil, das durch elektrische Ventilbetätigung
gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung,
darunter CPS- und/oder VCT-Systeme, gesteuert wird, enthalten.
-
In
der Darstellung ist ein Kraftstoffeinspritzventil 66 direkt
mit der Brennkammer 30 gekoppelt, um Kraftstoff proportional
zur Pulsbreite des von der Steuerung 12 über den
elektronischen Treiber 68 empfangenden Signals FPW direkt
einzuspritzen. Auf diese Weise liefert das Kraftstoffeinspritzventil 66 das,
was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 30 bekannt
ist. Das Kraftstoffeinspritzventil kann zum Beispiel in der Seite
der Brennkammer oder im oberen Ende der Brennkammer angebracht sein.
Kraftstoff kann durch ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem, das
einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffverteilerleitung enthält,
dem Kraftstoffeinspritzventil 66 zugeführt werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 als
Alternative oder zusätzlich dazu ein Kraftstoffeinspritzventil
enthalten, das bei einer Konfiguration, die das, was als Saugkanaleinspritzung
von Kraftstoff in den Saugkanal stromaufwärts der Brennkammer 30 bekannt
ist, liefert, im Einlasskanal 42 angeordnet ist.
-
Der
Einlasskanal 42 kann eine Drossel 62 mit einer
Drosselplatte 64 enthalten. In diesem bestimmten Beispiel
kann die Stellung der Drosselplatte 64 durch die Steuerung 12 über
ein Signal geändert werden, das einem mit der Drossel 62 enthaltenen Elektromotor
oder Aktuator zugeführt wird – eine Konfiguration,
die gemeinhin als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC – electronic
throttle control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 zur Änderung
der der Brennkammer 30 unter anderen Motorzylindern zugeführten
Einlassluft betätigt werden. Die Stellung der Drosselplatte 64 kann der
Steuerung 12 durch das Drosselstellungssignal TP zugeführt
werden. Der Einlasskanal 42 kann einen Luftmassensensor 120 und
einen Einlasskrümmerdrucksensor 122 zur Zuführung
jeweiliger Signale MAF und MAP zu der Steuerung 12 enthalten.
-
Das
Zündsystem 88 kann bei gewählten Betriebsmodi über
die Zündkerze 92 als Reaktion auf ein Zündungsfrühverstellungssignal
SA von der Steuerung 12 einen Zündfunken an die
Brennkammer 30 liefern. Obgleich Funkenzündungskomponenten
gezeigt werden, können bei einigen Ausführungsformen
die Brennkammer 30 oder eine oder mehrere andere Brennkammern
des Motors 10 in einem Kompressionszündungsmodus
mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
-
In
der Darstellung ist ein Abgassensor 126 stromaufwärts
der Abgasreinigungsanlage 70 mit dem Auslasskanal 48 gekoppelt.
Der Sensor 126 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zur
Bereitstellung einer Anzeige des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des
Abgases sein, wie zum Beispiel ein linearer Sauerstoffsensor oder
UEGO (universal oder wide-range exhaust gas oxygen), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor
oder ein EGO-, ein HEGO-(heated EGO), ein NOx-, ein HC- oder ein
CO-Sensor. Die Abgasreinigungsanlage 70 ist in der Darstellung
entlang dem Auslasskanal 48 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet.
Die Vorrichtung 70 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC – three
way catalyst), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen
oder Kombinationen davon sein. Bei einigen Ausführungsformen
kann während des Betriebs des Motors 10 die Abgasreinigungsanlage 70 durch
Betätigung mindestens eines Zylinders des Motors innerhalb
eines bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses regelmäßig
rückgestellt werden.
-
In
der Darstellung von 1 ist die Steuerung 12 ein
Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports
(I/O) 104, ein elektronisches Speichermedium für
ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem speziellen
Beispiel als ein Nurlesespeicherchip 106 gezeigt wird,
einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 110 und
einen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 kann
neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von mit
dem Motor 10 gekoppelten Sensoren erhalten, darunter Messung
der eingeleiteten Luftmasse (MAF – mass air flow) von dem
Luftmassensensor 120; die Motorkühlmitteltemperatur
(ECT engine coolant temperature) von dem mit der Kühlhülse 114 gekoppelten
Temperatursensor 112; ein Profilzündungsaufnahmesignal (PIP – Profile
ignition pickup signal) von dem mit der Kurbelwelle 40 gekoppelten
Hall-Sensor 118 (oder Sensor anderer Art); die Drosselstellung
(TP) von einem Drosselstellungssensor; und ein Absolutkrümmerdrucksignal,
MAP (manifold Pressure signal), von dem Sensor 122. Ein
Motordrehzahlsignal RPM (Revolutions per Minute) kann von der Steuerung 12 aus dem
Signal PIP generiert werden. Das Krümmerdrucksignal MAP
von einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden,
eine Angabe hinsichtlich Vakuum oder Druck in dem Einlasskrümmer
zu liefern. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Kombinationen
der obigen Sensoren verwendet werden können, wie etwa ein
MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Bei stöchiometrischem
Betrieb kann der MAP-Sensor eine Angabe über das Motordrehmoment
abgeben. Weiterhin kann dieser Sensor zusammen mit der erfassten
Motordrehzahl einen Schätzwert der in den Zylinder eingeleiteten
Ladung (einschließlich Luft) liefern. In einem Beispiel
kann der Sensor 118, der auch als ein Motordrehzahlsensor
verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig
beabstandeten Impulsen pro Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen. In einigen
Beispielen kann das Nurlesespeicher-Speichermedium 106 mit
rechnerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen,
welche durch den Prozessor (CPU) 102 zur Durchführung der
unten beschriebenen Verfahren sowie Variationen davon, die erwartet,
aber nicht speziell angeführt werden, ausführbar
sind.
-
Des
Weiteren kann der Motor 10 eine Verdichtungsvorrichtung,
wie zum Beispiel einen Turbolader oder einen Auflader mit mindestens
einem Verdichter 162, der entlang dem Einlasskrümmer 44 angeordnet
ist, enthalten. Bei einem Turbolader kann der Verdichter 162 zumindest
teilweise durch eine Turbine 164 über zum Beispiel
eine Welle 166 angetrieben werden. Die Turbine 164 kann
entlang dem Auslasskanal 48 angeordnet sein. Bei einem
Auflader kann der Verdichter 162 zumindest teilweise durch
den Motor und/oder eine elektrische Maschine angetrieben werden
und enthält möglicherweise keine Turbine. Somit
kann das Ausmaß der Kompression, mit der ein oder mehrere
Zylinder des Motors über einen Turbolader oder Auflader
beaufschlagt werden, durch die Steuerung 12 variiert werden.
-
Wie
oben beschrieben zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors,
und dass jeder Zylinder ebenso seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen,
ein Kraftstoffeinspritzventil, eine Zündkerze usw. enthalten
kann.
-
2A ist
eine schematische Ansicht, die eine beispielhafte Motorkonfiguration
zeigt, die vier Zylinder aufweist und viele ähnliche Merkmale
wie das in 1 dargestellte Beispiel enthält.
Des Weiteren zeigen die Figuren einige beispielhafte Unterschiede,
die gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich
sind. Zum Beispiel zeigt 1 eine stromabwärts
des Verdichters 162 angeordnete Drossel 62, während 2A eine
stromaufwärts des Verdichters 162 angeordnete
Drossel 62 zeigt.
-
Nunmehr
auf 1 und 2A Bezug
nehmend, kann ein Einlasskanal 202 dazu geformt sein, einen
Einlassstrom 204 in einen mit dem Verbrennungsmotor 10 gekoppelten
Einlassverdichter 162 zu leiten. Der Einlasskanal 202 kann
ein oder mehrere Strukturierungsmerkmale 206 an einer Innenfläche 208 davon
enthalten. Das eine oder die mehreren Strukturierungsmerkmale 206 können
integral mit dem Verdichtereinlasskanal 202 ausgebildet
sein oder sie können ansonsten mit dem Verdichtereinlasskanal 202 gekoppelt
sein. Das eine oder die mehreren Strukturierungsmerkmale 206 können
so angeordnet sein, dass sie in den Einlassstrom 204 ragen, um
zu verursachen, dass der Einlassstrom 204 verwirbelt wird
oder mit einem Vordrall beaufschlagt wird, bevor er den Einlassverdichter 162 erreicht.
Infolgedessen kann die Pumpgrenze verbessert werden, was zu einer
Geräuschminderung führen kann. Auf diese Weise
können die Geräusche von dem Verdichter 162 reduziert
werden. Zum Beispiel können Geräusche von dem
so genannten ”Tip-in-Zischen” reduziert werden.
Des Weiteren oder in einigen Fällen stattdessen, kann Massenstrom
in den Verdichter erhöht werden, was zu einem idealeren
Betriebspunkt in dem Verdichterkennfeld führen kann, wodurch
der thermodynamische Wirkungsgrad verbessert werden kann.
-
Das
eine oder die mehreren Strukturierungsmerkmale 206 können
Fluidleitmittel sein. Die Fluidleitmittel können zum Beispiel
längliche Rillen sein, die sich in einen Weg oder in den
Einlassstrom 204 des Ansaugfluids erstrecken. Die 2B und 2C sind
Querschnittsansichten entlang den Linien 2B-2B bzw. 2C-2C in 2A. 2B zeigt
die länglichen Rillen, die sich an einer ersten Umfangsstelle 215 in
den Weg des Einlassstroms erstrecken, und 2C zeigt
die länglichen Rillen, die sich an einer zweiten Umfangsstelle 216 stromabwärts
der ersten Umfangsstelle 215 in den Weg des Einlassstroms
erstrecken. Da sich die länglichen Rillen durch den Einlasskanal 202 von
einer stromaufwärtigen Position, die in 2B gezeigt
wird, zu einer stromabwärtigen Position, die in 2C gezeigt wird,
erstrecken, hat sich in diesem Beispiel die Umfangsposition geändert.
In diesem Beispiel hat sich die Umfangsposition jeder der länglichen
Rillen entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, da sich die länglichen
Rillen in Längsrichtung in Richtung des Stroms 204 erstrecken,
wobei sich der Verdichter auch entgegen dem Uhrzeigersinn dreht.
-
In
einigen Beispielen kann der Einlassverdichter 162 in einer
ersten Richtung 218 rotieren und die Strukturierungsmerkmale
können längliche Rillen sein, die sich spiralförmig
entlang der Innenfläche 208 des Einlasskanals 202 erstrecken.
Die länglichen Rillen können eine Umfangskomponente
und eine Längskomponente aufweisen, wie beschrieben. Die
Umfangskomponente kann in der ersten Richtung, zum Beispiel in der
gleichen Richtung wie die Rotationsrichtung des Einlassverdichters,
verlaufen. Die Strukturierungsmerkmale können dann verursachen,
dass der Einlassstrom in der ersten Richtung 220 verwirbelt.
-
Die
Strukturierungsmerkmale 206 können durch Aussparungen
oder Mulden 210 gebildet sein, die an einer Außenfläche 212 des
Einlasskanals 202 ausgebildet sind. Wie angeführt
können die Strukturierungsmerkmale 206 in einigen
Beispielen integral mit dem Einlasskanal ausgebildet werden. In
einigen Beispielen kann der Einlasskanal 202 durch Verwendung
eines Spritzgießvorgangs und/oder eines Blasformvorgangs
geformt werden. Auf diese Weise können Kosten eingedämmt
werden, während gleichzeitig eine vorteilhafte Funktionalität
erreicht werden kann. Des Weiteren kann auf diese Weise die strukturelle
Integrität der Kombination aus Einlasskanal 202 mit
Merkmalen gemäß der vorliegenden Offenbarung,
zum Beispiel Merkmalen zur Geräuschminderung, erhöht
werden, indem sie sich nicht bezüglich einander bewegen
können. Darüber hinaus kann die Starrheit und/oder
Steifigkeit der Kanäle selbst erhöht werden, wodurch
leichtere Einlasskanäle mit dünneren Wandungen
ermöglicht werden.
-
In
einigen Beispielen kann die Anzahl der vorgesehenen Strukturierungsmerkmale 206,
zum Beispiel die Anzahl von länglichen Rillen, drei sein. Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass die Verwendung
von drei länglichen Rillen besonders effektiv ist, einen
besonders vorteilhaften negativen Drall bereitzustellen, während
ein starker Druckabfall immer noch vermieden wird. In einigen Beispielen
konnten die Erfinder einen negativen Vordrall von ca. 1,05% erreichen,
während nur ein Druckabfall von ca. 0,5 kPa erzeugt wurde.
Während in einigen Beispielen mehr oder weniger Rillen
verwendet werden können, wird somit in dem hier gezeigten
bestimmten Beispiel mit drei Rillen, wobei der Winkel/die Steigung
der Rillen wie in den Figuren gezeigt ist, das unerwartete Ergebnis
gezeigt, dass im Wesentlichen das gesamte Ausmaß an Strömungsrotation
bei minimaler Auswirkung auf den Strömungswiderstand im
Vergleich zu zwei oder vier Rillen und/oder Rillen mit anderen Winkeln/Steigungen erreicht
wird.
-
Weitere
Merkmale und mit Zahlen versehene Elemente, die in den 1 und 2 dargestellt sind, werden aus der folgenden
Besprechung und den anderen in der vorliegenden Offenbarung enthaltenen Figuren
ersichtlich.
-
3A ist
eine perspektivische Ansicht, die einen anderen beispielhaften Einlasskanal 302 gemäß der
vorliegenden Offenbarung darstellt. Dieses Beispiel zeigt ein oder
mehrere, zum Beispiel drei, ausgesparte Merkmale, die an einer Außenfläche 312 des
Einlasskanals 302 angeordnet sind. Die ausgesparten Merkmale
können sich in den Einlasskanal 302 erstrecken,
wodurch ein oder mehrere Strukturierungsmerkmale 306 gebildet
werden, die an der Innenseite des Einlasskanals 302 angeordnet
sind. Das eine oder die mehreren Merkmale 306 können drei
längliche Rillen umfassen, die durch drei längliche
an der Außenfläche 312 des Einlasskanals 302 ausgebildete
Mulden 310 gebildet werden. Die drei Rillen können
im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und können
in einem Winkel 314 zu einer normal zu einer mittleren
Achse 318 des Einlasskanals 302 verlaufenden Ebene 316 angeordnet
sein.
-
3B ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3B-3B in 3A.
Wie erwähnt, kann das Ausbilden der Mulden 310 dem
Ausbilden von Strukturierungsmerkmalen 306 entsprechen,
in diesem Beispiel der Rillen. Die Strukturierungsmerkmale 306 können
eine Strukturierungsmerkmalwanddicke 330 aufweisen, und
der Einlasskanal 302 kann eine Einlasskanalwanddicke 332 aufweisen.
In einigen Beispielen kann die Strukturierungsmerkmalwanddicke 330 ungefähr
gleich der Einlasskanalwanddicke 332 sein. In anderen Beispielen
kann sich die Strukturierungsmerkmalwanddicke 330 von der
Einlasskanalwanddicke 332 unterscheiden. Wie bei einigen
anderen Beispielen kann der Einlasskanal 302 in einem einzigen
Arbeitsgang zur Aufnahme der Strukturierungsmerkmale erfolgen. Zu
beispielhaften Arbeitsgängen können Blasformen,
Spritzgießen und dergleichen gehören, sie sind
aber nicht darauf beschränkt.
-
Einige
Beispiele können einen Einlasskanal mit Strukturierungsmerkmalen
bereitstellen, die in den Einlassstrom ragen, die aber möglicherweise nicht
eine entsprechende Aussparung enthalten, die an der Außenfläche
des Einlasskanals ausgebildet ist. In einigen Fällen können
so geformte Strukturierungsmerkmale integral mit dem Einlasskanal
ausgebildet werden.
-
In
anderen Fällen können die Strukturierungsmerkmale
dem Einlasskanal mit einem Befestigungsarbeitsgang hinzugefügt
werden.
-
4 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen anderen beispielhaften Einlasskanal 402 gemäß der
vorliegenden Offenbarung darstellt. In diesem Beispiel können
ein oder mehrere Strukturierungsmerkmale 406 zum Beispiel
drei Rillen enthalten, die im Wesentlichen schraubenförmige
Vorsprünge 406 entlang einer Innenfläche 408 des
Einlasskanals 402 bilden. In einigen Beispielen können
das eine oder die mehreren Strukturierungsmerkmale 406 jeweils im
Wesentlichen gleichmäßig an der Innenfläche 408 beabstandet
sein. In einigen Beispielen können die schraubenförmigen
Vorsprünge 406 durch Vorsehen von in einer Außenfläche 412 des
Einlasskanals 402 ausgebildeten Mulden 410 ausgebildet
sein. Die Strukturierungsmerkmale 406 können integral
mit dem Einlasskanal 402 ausgebildet werden. In einigen Fällen
kann der Einlasskanal 402 in einem einzigen Arbeitsgang
hergestellt werden. Die Strukturierungsmerkmale 406 können
unter Verwendung verschiedener Arbeitsgänge, darunter Blasformen
oder Spritzgießen, aber nicht darauf beschränkt,
integral mit dem Einlasskanal 402 ausgebildet werden.
-
Das
dargestellte Beispiel zeigt die schraubenförmig angeordneten
Vorsprünge 406 an einem gekrümmten Teil
des Einlasskanals 402. In anderen Beispielen kann ein gerader
oder im Wesentlichen gerader Teil eines Einlasskanals schraubenförmig angeordnete
Vorsprünge aufweisen. In beiden Fällen können
die Vorsprünge gegebenenfalls entsprechende Aussparungen
aufweisen, die in der Außenfläche des Einlasskanals
angeordnet sind.
-
In
einigen Beispielen kann das eine oder können die mehreren
Strukturierungsmerkmale ein Drallzugmuster bilden. Das Drallzugmuster
kann verschiedene Anzahlen von Vorsprüngen enthalten, die sich
in den Einlassstrom erstrecken.
-
5A ist
eine perspektivische Ansicht, die eine andere beispielhafte Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt und
einen Teil eines Einlasskanals 502 zeigt, und 5B ist
eine Endansicht des in 5A gezeigten Einlasskanals 502 mit
Blickrichtung aus einer mit Pfeil 5B in 5A gezeigten
Richtung. Der dargestellte Einlasskanal 502 kann Leitschaufeln 556 enthalten,
die sich von einer Innenfläche 508 des Einlasskanals 502 erstrecken.
Die Leitschaufeln 556 ragen möglicherweise nur
teilweise nach innen, zum Beispiel zu einer mittleren Achse 518 des
Einlasskanals 502, um einen hindernisfreien mittleren Bereich 560 im
Einlasskanal 502 zu belassen. Der hindernisfreie mittlere
Bereich 560 kann sich zwischen einander gegenüberliegenden
Schaufelspitzen 566 der Leitschaufeln 556 befinden.
-
In
einigen Beispielen kann die Anzahl der Leitschaufeln 556 vier
sein. Die Leitschaufeln 556 können im Wesentlichen
gleichmäßig in dem Einlasskanal 502 beabstandet
sein.
-
Wie
zuvor beschrieben, kann der Einlassverdichter in einer ersten Richtung
rotieren. In einigen Beispielen können die Leitschaufeln 556 so
im Einlasskanal 502 angeordnet sein, dass sie eine Umfangskomponente
und eine Längskomponente aufweisen. Die Umfangskomponente
kann sich auch in der ersten Richtung befinden. Die Leitschaufeln
können ein Verwirbeln des Einlassstroms auch in der ersten
Richtung verursachen.
-
In
einigen Beispielen können sich die Leitschaufeln 556 um
ein vorbestimmtes Maß 562 bezüglich eines
Durchmessers 564 des Einlasskanals 502 jeweils
zu der mittleren Achse 518 des Einlasskanals 502 erstrecken.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass das
Bereitstellen eines hindernisfreien mittleren Bereichs 560 mit
einer besonderen vorbestimmten Größe bezüglich
einer Gesamtquerschnittsfläche des Einlasskanals 502 besonders
dafür wirksam sein kann, einen besonders vorteilhaften
negativen Vordrall bereitzustellen, während dabei ein starker
Druckabfall vermieden wird. Bei einigen Ausführungsformen
sind die Erfinder in der Lage gewesen, einen negativen Vordrall
von 52,3% zu erreichen, während nur ein Druckabfall von 1,6
kPa verursacht wurde. In einigen Beispielen kann der Abstand zwischen
den einander gegenüberliegenden Schaufelspitzen 566 ungefähr
gleich zwischen der Hälfte und drei Viertel des Durchmessers 564 des
Einlasskanals 502 betragen. Zu diesen Beispielen gehört,
dass der Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Schaufelspitzen 566 ungefähr gleich
zwei Drittel des Durchmessers 564 des Einlasskanals 502 ist.
Mit anderen Worten, in einigen Fällen können sich
die Leitschaufeln 556 jeweils um eine Strecke 562 von
ca. einem Sechstel des Durchmessers 564 des Einlasskanals 502 zur
mittleren Achse 518 erstrecken.
-
Die
Leitschaufeln 556 können in einem Einlasskanal
enthalten sein, der auch Fluidleitmittel enthalten kann, die den
hier beschriebenen Strukturierungsmerkmalen entsprechen oder ihnen ähneln können.
Die Leitschaufeln 556 und die Strukturierungsmerkmale können
so geformt und positioniert sein, dass sie für ein vorteilhaftes
Ergebnis zusammenwirken können, wie zum Beispiel zur Bereitstellung
eines verbesserten Vordralls und/oder eines verminderten Druckabfalls.
In einigen Beispielen können die Leitschaufeln 556 stromaufwärts
des einen oder der mehreren Strukturierungsmerkmale positioniert
sein. In anderen Beispielen können die Leitschaufeln 556 stromabwärts
des einen oder der mehreren Strukturierungsmerkmale positioniert
sein.
-
In
einigen Beispielen können die Leitschaufeln 556 in
einem Einlasskanal ohne die Fluidleit- oder Strukturierungsmerkmale
wie die hier dargestellten verwendet werden. Des Weiteren können
die hier besprochenen Strukturierungsmerkmale in einigen Fällen
in einem Einlasskanal ohne Leitschaufeln wie die hier dargestellten
enthalten sein.
-
In
einigen Fällen können die Fluidleit- oder Strukturierungsmerkmale ähnlich
den hier dargestellten Leitschaufeln 556 konfiguriert sein.
Die Leitschaufeln 556 können integral mit dem
Einlasskanal 502 ausgebildet sein. Darüber hinaus
können die Leitschaufeln 556, wenn sie mit Strukturierungsmerkmalen
enthalten sind, beide integral mit dem Einlasskanal 502 ausgebildet
sein. Eine integrale Ausbildung verschiedener Kombinationen der
hier beschriebenen Elemente kann in einigen Fällen durch Verwendung
eines Blasformvorgangs, eines Spritzgießvorgangs, eines
Gießvorgangs, eines Hydroformvorgangs oder dergleichen
erreicht werden.
-
5C zeigt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5C-5C in 5B.
Eine oder mehrere der Leitschaufeln 556 kann/können
durch Ausbildung von Mulden 510 an einer Außenfläche 512 des
Einlasskanals 502 an einer Innenfläche 508 des
Einlasskanals 502 ausgebildet sein. Jede Leitschaufel 556 kann
einander gegenüberliegende Wände 528 auf beiden
Seiten der Leitschaufelmulde 510 aufweisen. Ein Muldengrund 534 kann
die Mulde 510 schließen. Eine oder beide der einander
gegenüberliegenden Wände 528 kann eine
Muldenwanddicke 530 aufweisen, und der Einlasskanal kann
eine Kanalwanddicke 532 aufweisen. In einigen Fällen
kann die Muldenwanddicke 532 ungefähr gleich der
Kanalwanddicke 530 sein. In anderen Fällen können
sich die Muldenwanddicke 530 und die Kanalwanddicke 532 unterscheiden.
-
In
einigen Fällen können ein oder mehrere der hier
offenbarten Einlasskanäle alle oder teilweise ein Primärverdichtereinlasskanal
sein. In einigen Beispielen können ein oder mehrere der
beispielhaften Einlasskanäle als ein ganzes oder ein Teil
eines oder mit einem Primärturborohr(s) verwendet werden. Darüber
hinaus oder stattdessen können ein oder mehrere der beispielhaften
Einlasskanäle als ein ganzes oder ein Teil eines Sekundärturborohrs
verwendet werden.
-
Wieder
auf die 1 und 2 Bezug
nehmend, werden verschiedene beispielhafte Ausführungsformen
dargestellt, die ein Einlasssystem 100 zur Verwendung in
einem Verbrennungsmotor 10 enthalten können. Das
Einlasssystem 100 kann einen Einlassverdichter 162 bereitstellen,
der zum Komprimieren eines Ansaugfluids und zum Leiten des Ansaugfluids zu
einer Brennkammer 30 konfiguriert ist. Ein Einlasskanal 202 kann
zum Leiten des Ansaugfluids zu dem Einlassverdichter 162 vorgesehen
sein. Strukturierungsmerkmale 206 können als Teil
des Einlasskanals 202 ausgebildet sein. Die Strukturierungsmerkmale 206 können
so bemessen und geformt sein, dass sie ein Verwirbeln des Ansaugfluids,
bevor es den Einlassverdichter 162 erreicht, verursachen.
Des Weiteren wird ein beispielhaftes System 200 zum Leiten
eines Einlassstroms zu einem Einlassverdichter 162 zur
Verwendung in einem Verbrennungsmotor 10 dargestellt. Das
System 200 kann drei längliche Vorsprünge 206 enthalten,
die durch drei an einer Außenfläche 212 des
Einlasskanals 202 ausgebildete entsprechende Mulden 210 reliefartig
integral an einer Innenfläche 208 eines Einlasskanals 202 ausgebildet
sind. Die Vorsprünge 206 können sich
in den Einlasskanal 202 erstrecken, um eine Verwirbelung
des Einlassstroms 204 zu verursachen. Die Anzahl von geometrischen
Merkmalen kann von der Anwendung abhängen und kann am besten
durch eine CFD-Analyse in Verbindung mit Bestätigung am
Prüfstand definiert werden.
-
Einige
andere Beispiele können Einbau von Spiralen, Federn oder
einer getrennten Schaufelanordnung in einen Einlasskanal umfassen.
-
Es
versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen
rein beispielhaft sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen
nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen,
weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie
kann zum Beispiel auf V-6-, 1-4-, 1-6, V-12-, Boxer-4- und andere
Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung
schließt somit alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen
und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen
und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin
offenbart sind, ein.
-
Ein
erfindungsgemäßes Einlasssystem zur Verwendung
in einem Verbrennungsmotor, umfasst Folgendes:
einen Einlassverdichter,
der zum Komprimieren eines Ansaugfluids konfiguriert und dazu positioniert ist,
das Ansaugfluid zu einer Brennkammer zu leiten;
einen Einlasskanal
zum Leiten des Ansaugfluids zu dem Einlassverdichter, wobei der
Einlasskanal stromaufwärts des Einlassverdichters positioniert und
damit gekoppelt ist; und
Fluidleitmittel, die als Teil des
Einlasskanals gebildet sind, wobei die Fluidleitmittel dazu bemessen
und geformt sind, eine Verwirbelung des Ansaugfluids zu verursachen,
bevor es den Einlassverdichter erreicht wobei die Fluidleitmittel
längliche Rillen sind, die sich in einen Weg des Ansaugfluids
erstrecken und durch an einer Außenfläche des
Einlasskanals ausgebildete Mulden gebildet werden.
-
Bevorzugt
sind drei der länglichen Rillen vorgesehen, welche insbesondere.
im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und einen Winkel mit
einer normal zu einer mittleren Achse des Einlasskanals verlaufenden
Querschnittsebene bilden oder im Wesentlichen schraubenförmige
Vorsprünge entlang einer Innenfläche des Einlasskanals
bilden und im Wesentlichen gleichmäßig an der
Innenfläche beabstandet sind.
-
Nach
einer weiteren, bevorzugten Ausführung sind Fluidleitmittel
Leitschaufeln, die sich teilweise in einen Weg des Ansaugfluids
erstrecken und einen hindernisfreien mittleren Bereich zwischen
einander gegenüberliegenden Spitzen der Leitschaufeln belassen.
-
Dabei
kann insbesondere ein Abstand zwischen den einander gegenüber
liegenden Spitzen der Leitschaufeln ungefähr gleich zwischen
einer Hälfte und drei Viertel eines Durchmessers des Einlasskanals
ist.
-
Nach
einer weiteren, bevorzugten Ausführung ist der Abstand
zwischen den einander gegenüber liegenden Spitzen der Leitschaufeln
ungefähr gleich zwei Drittel des Durchmessers des Einlasskanals.
-
Ein
erfindungsgemäßes System zum Leiten eines Einlassstroms
zu einem Einlassverdichter zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor,
umfasst:
drei längliche Vorsprünge, die durch
drei an einer Außenfläche des Einlasskanals ausgebildete
entsprechende Mulden reliefartig integral an einer Innenfläche
eines Einlasskanals ausgebildet sind, wobei sich die Vorsprünge
in den Einlasskanal erstrecken, um eine Verwirbelung des Einlassstroms
zu verursachen; und
Leitschaufeln, die sich von der Innenfläche
des Einlasskanals erstrecken, wobei die Leitschaufeln so bemessen
und geformt sind, dass sie nur teilweise zu einer mittleren Achse
des Einlasskanals ragen, um einen hindernisfreien mittleren Bereich
zu belassen, wobei die Leitschaufeln stromaufwärts der
drei länglichen Vorsprünge positioniert sind,
wobei sich die Leitschaufeln um ein Maß jeweils zu der
mittleren Achse des Einlasskanals erstrecken, das ungefähr gleich
einem Sechstel eines Durchmessers des Einlasskanals ist, und wobei
der mittlere Bereich zwischen einander gegenüberliegenden
Schaufelspitzen der Leitschaufeln positioniert ist, wobei die einander
gegenüberliegenden Schaufelspitzen ungefähr gleich
zwei Drittel des Durchmessers des Einlasskanals sind.
-
Dabei
sind bevorzugt die Leitschaufeln integral mit dem Einlasskanal ausgebildet.
-
Weiter
bevorzugt kann dabei jede Leitschaufel als eine Leitschaufelmulde
in der Außenfläche des Einlasskanals geformt sein,
wobei jede Leitschaufel einander gegenüberliegende Wände
auf beiden Seiten der Leitschaufelmulde und einen Muldengrund, der
die Mulde schließt, aufweist, wobei die einander gegenüberliegenden
Wände jeweils eine Muldenwanddicke aufweisen, und der Einlasskanal
eine Einlasskanalwanddicke aufweist, wobei die Muldenwanddicke ungefähr
gleich der Einlasskanalwanddicke ist.
-
Die
folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen
und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich
betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich
auf ”ein” Element oder ”ein erstes” Element
oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche
sollten als den Einschluss von einem oder mehreren solchen Elementen
aufweisend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente
weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen
und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente
und/oder Eigenschaften können durch Änderung der
vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen
in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche
Ansprüche werden, ob sie im Schutzbereich breiter, schmaler,
gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche
sind, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten
betrachtet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-