DE102010019427A1

DE102010019427A1 - Ansaugkrümmersystem für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102010019427A1
Application number: DE102010019427A
Authority: DE
Inventors: Michael Bruno Dearborn Wayne Magnan; Katherine Jane Dearborn Heights Randall; Christopher William Farmington Hills Newman
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2010-12-02
Also published as: US20100294227A1; US8056534B2; CN201858060U

Abstract

Ein Ansaugkrümmersystem für einen Verbrennungsmotor umfasst Saugrohre, die an einem Montageflansch angebracht sind. Die Saugrohre können mit dem Montageflansch einteilig sein. In dem Montageflansch ist eine Ladeluftsteuerung eingebaut, wobei die Ladeluftsteuerung einen Steuerwellendurchlass, der in dem Montageflansch ausgebildet ist, und eine Steuerwelle, die sich über die Länge des Steuerwellendurchlasses erstreckt, umfasst. Die Steuerwelle ist in dem Steuerwellendurchlass gelagert und trägt eine Anzahl von Ladeluftsteuerelementen, die zur Drehung mit der Steuerwelle angebracht sind.

Description

Hintergrund der Offenbarung
Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Ansaugkrümmer für einen Verbrennungsmotor. Der erfindungsgemäße Ansaugkrümmer hat die Fähigkeit, die Bewegung von durch den Krümmer strömender Ladeluft zu steuern.
Stand der Technik
Die Fähigkeit, Vorverbrennungsladungsbewegung von Luft, die in die Zylinder eines Verbrennungsmotors eindringt, zu steuern, hat merklich an Bedeutung gewonnen, da Abgasnormen und Kraftstoffwirtschaftlichkeitsforderungen zunehmend strenger geworden sind. Auch wenn es bekannt ist, Ladungsbewegungssteuervorrichtungen und Saugrohr-Steuerventile in Verbrennungsmotoren einzusetzen, vergrößern solche Vorrichtungen typischerweise die Komplexität und das Einbauvolumen eines Motors, da sie ihre Positionierung zum Beispiel in einem zwischen dem oberen und unteren Ansaugkrümmer befindlichen Abstandshalter erfordern. Diese Art von Konstruktion ist in 4 gezeigt, in der ein Abstandshalter 102, der Luftstromsteuerelemente 103 enthält, zwischen einem oberen Ansaugkrümmer 104 und einem Zylinderkopf oder unterem Ansaugkrümmer (nicht gezeigt) eingebaut ist. Andere bekannte Ladungsbewegungssteuervorrichtungen umfassen eine Steuerwelle, die in einem überdimensionierten Montageflansch gelagert ist. Bei dieser Konstruktion hält eine separate Halteplatte, die mit Schraubbefestigungselementen ortsfest gesichert ist, die Steuerwelle ortsfest. Auch diese Konstruktion ist durch unerwünschten vergrößerten Einbauraum und Komplexität sowie übermäßige Kosten gekennzeichnet.
Es wäre wünschenswert, eine Ladeluftbewegungssteuerung mit einem Ansaugkrümmer vorzusehen, die weder eine zusätzliche Komponente, beispielsweise einen Abstandshalter mit einer eingebauten Ladungsbewegungssteuervorrichtung, noch zusätzliches Einbauvolumen benötigt, das den von dem Ansaugsystem eines Motors benötigten Einbauraum vergrößert.
Zusammenfassung
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Ansaugkrümmersystem für einen Verbrennungsmotor eine Anzahl von Saugrohren, wobei ein Montageflansch die Saugrohre verbindet. In dem Montageflansch befindet sich eine Ladeluftsteuerung, wobei die Ladeluftsteuerung einen Steuerwellendurchlass umfasst, der in dem Montageflansch ausgebildet ist, und wobei der Steuerwellendurchlass als Kanal ausgelegt ist, der in eine Zylinderkopf-Anlagefläche des Montageflansches mündet. Eine Steuerwelle erstreckt sich über die Länge des Steuerwellendurchlasses. Die Steuerwelle ist in dem Steuerwellendurchlass gelagert. An der Steuerwelle sind eine Anzahl von Ladeluftsteuerelementen angebracht.
Nach einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Ansaugkrümmersystem weiterhin ein Steuergerät zum Betreiben einer Steuerwelle und angebrachte Ladeluftsteuerelemente, um eine Strömeigenschaft von Ladeluft zu ändern, die durch Saugrohre des Krümmers strömt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Montageflansch und die Saugrohre einteilig.
Ein Steuergerät betreibt die Steuerwelle und Ladeluftelemente durch drehendes Positionieren der Steuerwelle. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung können die Ladeluftsteuerelemente Ladungsbewegungssteuerventile sowie Rohrsteuerventile umfassen. Der Begriff „Ladungsbewegungssteuerventil” („CMCV”, kurz vom engl. Charge Motion Control Valve), wie er hierin verwendet wird, bezeichnet ein Ventil, das eine Taumel- oder Wirbelbewegung eines Strom durch ein Krümmerrohr bewirken kann oder ein Begrenzen von Ladungsbewegung auf einen Abschnitt eines Einlasskanals eines Zylinderkopfs bewirken kann. Ein „Rohrsteuerventil” bezeichnet dagegen ein Ventil, das im Wesentlichen Strömen durch einen Durchlass absperrt oder verhindert. Rohrsteuerventile werden häufig zum Fördern von Ladungsbewegung verwendet.
Nach einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Ansaugkrümmer weiterhin eine Dichtungsmasse, die als fortlaufende Schleife auf einem Außenumfang des Montageflansches des Krümmers aufgebracht ist, so dass ein Entweichen von Luft an dem Montageflansch vorbei und in einen Motor verhindert wird, während Luftaustausch zwischen benachbarten der Saugrohre zugelassen wird.
Ein Vorteil eines Ansaugkrümmersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt darin, dass die Einbaumaße des Ansaugkrümmersystems und häufig seine Einbauhöhe verglichen mit bekannten Krümmern, die zugeordnete Ladungsbewegungssteuersysteme aufweisen, die eine „sandwichartig” eingesetzte Komponente zwischen dem oberen Ansaugkrümmer und dem unteren Ansaugkrümmer oder dem Zylinderkopf eines Motors erfordern, verringert sind.
Ein anderer Vorteil eines Ansaugkrümmersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt darin, dass die Kosten des Ladeluftsystems geringer sind als bei separaten Krümmer- und Ladungsbewegungssteuerkomponenten entstehen, da weniger Abdichteinrichtungen und Zusammenbauschritte erforderlich sind.
Ein noch anderer Vorteil eines Ansaugkrümmersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt darin, dass für Motoren ohne Ladeluftsteuerung und für Motoren mit Ladeluftsteuerung eine identische Ansaugkrümmer-Gusskonstruktion verwendet werden kann, da die Ladeluftsteuerung der vorliegenden Offenbarung durch maschinelles Bearbeiten eines Rohkrümmers, der keine andere speziellen Einrichtungen als die durch maschinelles Bearbeiten eingebrachten aufweist und die zum Befestigen einer Steuerwelle und von an der Steuerwelle angebrachten Ladeluftsteuerelementen erforderlich sind, gehandhabt werden kann.
Andere Vorteile sowie Merkmale des vorliegenden Systems werden für den Leser dieser Beschreibung offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine teilweise schematische Ansicht eines Ansaugkrümmersystems gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Ansaugkrümmersystems der vorliegenden Offenbarung, die insbesondere einen Montageflansch und eine Zylinderkopf-Anlagefläche des Montageflansches zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die Einzelheiten einer Steuerwellenbefestigung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die Einzelheiten einer vorbekannten Steuerwellenbefestigung zeigt, die einen Abstandshalter zum Aufnehmen der Steuerwelle verwendet.
Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Wie in 1 gezeigt weist ein Ansaugkrümmersystem 10 eine Anzahl von Saugrohren 14 auf, die sich von einer Drosselklappe 38 und einem Luftsammelrohr 40 zu einem Montageflansch 18 erstrecken. Die Rohre 14 sind mit dem Montageflansch 18 vorzugsweise einteilig. Der Montageflansch 18 weist eine Zylinderkopf-Anlagefläche 20 auf, die im Allgemeinen eben ist und die einen darin ausgebildeten Steuerwellendurchlass 26 aufweist. Der Durchlass 26 kann entweder durch maschinelles Bearbeiten des Montageflansches 18 hergestellt werden oder er kann während eines Gieß- oder Formvorgangs entkernt und ausgebildet werden. Da der Steuerwellendurchlass 26 über den Großteil seiner Länge als offener Kanal ausgelegt ist, wird der Durchlass 26 problemlos durch entweder Bohren oder Fräsen oder Schlitzen des Montageflansches 18 erzeugt. Zudem wird der Fachmann im Hinblick auf diese Offenbarung erkennen, dass andere Verfahren zum Ausbilden des Steuerwellendurchlasses 26 eingesetzt werden können. In jedem Fall nimmt der Steuerwellendurchlass 26 eine Steuerwelle 22 auf, die eine Anzahl von Ladeluftsteuerelementen daran enthalten aufweist. Diese Elemente können Ladungsbewegungssteuerventile, die in 2 bei 30 gezeigt sind, Rohrventile, die in 1 bei 34 gezeigt sind, oder andere Arten von Elementen umfassen, die die Strömungseigenschaften durch die Rohre des Krümmers ändern. Alternativ können mehr als eine Art von Vorrichtung, z. B. Ladungsbewegungssteuerventile und Rohrsteuerventile, in einem einzigen Ansaugkrümmersystem verwendet werden. Ladungsbewegungssteuerventile 30 sind mit einem Viertel des Ventiltellers entfernt veranschaulicht, um ein Umleiten von durch ein Krümmerrohr strömender Luft zu bewirken. Der Fachmann wird im Hinblick auf diese Offenbarung erkennen, dass Rohre 14 in 1 zwar gegabelt gezeigt sind, aber 2 und 3 ein nicht gegabeltes Rohrsystem zeigen, da ja das vorliegende System bei beiden Arten von Ladeluftsteuerelementen brauchbar ist. Der Fachmann wird weiterhin erkennen, dass das vorliegende System mit Ansaugkrümmern eingesetzt werden kann, die mit verschiedenen Metallen, Nichtmetallen und Verbundstoffen, entweder durch herkömmliche Gießverfahren oder als Schalenschweißanordnungen oder noch andere Konstruktionsausführungen, ausgeführt werden können.
1 zeigt auch einen Steuermotor 42 und ein Steuergerät 46, das die Steuerwelle 22 und die Ladeluftsteuerelemente, seien es nun CMCV 30 oder Rohrsteuerventile 34 oder beide, drehend positioniert.
2 veranschaulicht die Steuerwelle 22, wie sie in dem Montageflansch 18 durch eine Anzahl von Lagerabschnitten, die als Buchsen 52 konfiguriert sind, die in Buchsenausnehmungen 56 passen, gelagert sind. Jede der Buchsenausnehmungen 56 erstreckt sich im Montageflansch 18 von dem Steuerwellendurchlass 26 zu der Zylinderkopf-Anlagefläche 20. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Buchsen 52 aus einer Elastomerverbindung gegossen, die so bemessen ist, dass sie in einem zusammengedrückten Zustand in die Buchsenausnehmungen 56 passt und praktisch in den Buchsenausnehmungen 56 durch eine Spannkraft festgespannt und festgehalten wird, die von einem (nicht gezeigten) Zylinderkopf ausgeübt wird, der an jeder der Buchsen 52 anliegt, wenn der Montageflansch 18 an dem Zylinderkopf eines Motors angebracht ist. 3 zeigt mehr Einzelheiten von Buchsenausnehmungen 56 und Buchsen 52 sowie von Welle 22.
Wie in 3 gezeigt umfasst das vorliegende Ansaugkrümmersystem vorzugsweise weiterhin eine Dichtungsmasse 50, die als fortlaufende Schleife an einem Außenumfang von Montageflansch 18 aufgebracht ist, um das Entweichen von Luft an dem Montageflansch 18 vorbei und in einen Motor zu verhindern, an dem das vorliegende Ansaugkrümmersystem angebracht ist. Da sich die Dichtungsmasse 50 nicht zwischen verschiedenen Rohren erstrecken muss, ist zwischen benachbarten der Saugrohre ein begrenzter Luftaustausch zulässig. Tests haben gezeigt, dass dieser Luftaustausch das Tuning der Ansauganlage nicht merklich verschlechtert, solange die Buchsen 52 eine vernünftige Beschränkung ausüben, wenn Druckimpulse versuchen, sich zwischen Rohren 14 parallel zur Steuerwelle 22 zu übertragen.
Das vorstehende System wurde gemäß relevanten Rechtsnormen beschrieben, somit ist die Beschreibung eher von beispielhafter als einschränkender Natur. Änderungen und Abwandlungen der offenbarten Ausführungsform können für den Fachmann offenkundig werden und fallen in den Schutzumfang der Offenbarung. Demgemäß kann der Umfang des Rechtsschutzes nur durch Prüfen der folgenden Ansprüche ermittelt werden.

Claims

Ansaugkrümmersystem für einen Verbrennungsmotor, welches umfasst: mehrere Saugrohre; einen mit den Saugrohren verbundenen Montageflansch; und eine in dem Montageflansch eingebaute Ladeluftsteuerung, wobei die Ladeluftsteuerung umfasst: einen in dem Montageflansch ausgebildeten Steuerwellendurchlass, wobei der Steuerwellendurchlass als Kanal ausgelegt ist, der in eine Zylinderkopf-Anlagefläche des Montageflansches mündet; eine Steuerwelle, die sich über die Länge des Steuerwellendurchlasses erstreckt, wobei die Steuerwelle in dem Steuerwellendurchlass gelagert ist; und mehrere Ladeluftsteuerelemente, die an der Steuerwelle angebracht sind.
Ansaugkrümmersystem nach Anspruch 1, welches weiterhin ein Steuergerät zum Betreiben der Steuerwelle und der Ladeluftsteuerelemente umfasst, um eine Strömeigenschaft von Ladeluft zu ändern, die durch die Saugrohre strömt.
Ansaugkrümmersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageflansch und die Saugrohre einteilig sind.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät die Steuerwelle und die Ladeluftelemente durch drehendes Positionieren der Steuerwelle betreibt.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftsteuerelemente Ladungsbewegungssteuerventile umfassen.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 1, welcher weiterhin mehrere um die Steuerwelle positionierte Lagerabschnitte umfasst, wobei jeder der Lagerabschnitte in einer Ausnehmung aufgenommen ist, die in dem Montageflansch ausgebildet ist und sich von dem Steuerwellendurchlass zu der Zylinderkopf-Anlagefläche erstreckt.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerabschnitte elastomere Buchsen umfassen, die zwischen einem Zylinderkopf und dem Montageflansch zusammendrückend gehalten sind.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftsteuerelemente Rohrsteuerventile umfassen.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 1, welcher weiterhin eine Drosselklappe zum Steuern von Massenluftstrom durch den Krümmer umfasst.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 1, welcher weiterhin eine Dichtungsmasse umfasst, die an einem Außenumfang des Montageflansches als fortlaufende Schleife aufgebracht ist, wodurch ein Entweichen von Luft an dem Montageflansch vorbei und in einen Motor verhindert wird, während zwischen benachbarten der Saugrohre Luftaustausch zugelassen wird.
Ansaugkrümmersystem für einen Verbrennungsmotor, welches umfasst: mehrere Saugrohre zum Leiten von Ladeluft von einem Drosselklappengehäuse zu einem Montageflansch; eine in dem Drosselklappengehäuse eingebaute Drosselklappe zum Steuern der Menge an Ladeluft, die durch die Saugrohre strömt; einen einteiligen Montageflansch, der mit den Saugrohren verbunden ist und eine Zylinderkopf-Anlagefläche aufweist; und eine Ladeluftsteuerung, die in dem Montageflansch eingebaut ist, wobei die Ladeluftsteuerung umfasst: einen in dem Montageflansch ausgebildeten Steuerwellendurchlass, wobei der Steuerwellendurchlass als Kanal ausgelegt ist, der sich entlang der Länge des Montageflansches erstreckt und in die Zylinderkopf-Anlagefläche mündet; eine sich über die Länge des Steuerwellendurchlasses erstreckende Steuerwelle, wobei die Steuerwelle in dem Steuerwellendurchlass auf mehreren Buchsen gelagert ist, die in Ausnehmungen gehalten sind, die sich in dem Montageflansch von dem Steuerwellendurchlass zu der Zylinderkopf-Anlagefläche erstrecken; und mehrere drehbare Ladeluftsteuerelemente, die an der Steuerwelle angebracht sind; und ein Steuergerät zum drehbaren Positionieren der Steuerwelle und der Ladeluftsteuerelemente, um eine physikalische Strömeigenschaft von Ladeluft zu ändern, die durch die Saugrohre und in in einem Zylinderkopf konfigurierte Einlasskanäle strömt.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftsteuerelemente Ladungsbewegungssteuerventile umfassen.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftsteuerelemente Rohrsteuerventile umfassen.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 11, welcher weiterhin einen Abdichtbereich umfasst, der nur einen Außenumfang des Montageflansches umschreibt.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerwellendurchlass als teilweise offener Kanal konfiguriert ist.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwellenbuchsen elastomere Buchsen umfassen, die konfiguriert sind, um in einem zusammengedrückten Zustand in Ausnehmungen zu passen, die sich in dem Montageflansch erstrecken.