DE102011101468A1

DE102011101468A1 - Einlasskrümmer für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011101468A1
Application number: DE102011101468A
Authority: DE
Inventors: Wayne Groleau; Christopher K. Clarke
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2011-11-17
Also published as: US20110277716A1; MY171582A; BRPI1102164A2; CN102251889A

Abstract

Eine Brennkraftmaschine, die einen Zylinderblock, einen an dem Zylinderblock angebrachten Zylinderkopf und eine Einlasskrümmeranordnung umfasst. Die Einlasskrümmeranordnung umfasst ein nach innen gerichtet angeordnetes Zip-Rohr, ein nach außen gerichtet angeordnetes Einlasskrümmerplenum, das mit dem Zip-Rohr fluidisch verbunden und konfiguriert ist, um Verbrennungsluft von diesem zu empfangen, und mehrere Einlasskanäle, die mit dem Einlasskrümmerplenum fluidisch verbunden und konfiguriert sind, um Verbrennungsluft von diesem zu dem Zylinderkopf zu transportieren.

Description

VERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/345,354, eingereicht am 17. Mai 2010, die hierin durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Einlasssysteme für Brennkraftmaschinen und insbesondere auf eine kompakte und fluidisch effiziente Einlasskrümmeranordnung mit einem nach innen gerichtet konfigurierten Zip-Rohr und einer zugeordneten Drosselklappengehäuseanordnung.
HINTERGRUND
Da die Wirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs, insbesondere die Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs, immer mehr im Brennpunkt steht, wenden sich Automobilhersteller kleineren, leichteren Fahrzeugen und alternativen Fahrzeugantriebssträngen wie etwa hybriden Antriebssträngen zu, um die Leistung zu erhöhen. In einem typischen hybriden Antriebsstrang wird die Antriebskraft durch eine Kombination aus einer kleinen Brennkraftmaschine (Diesel oder Benzin) und einem Elektromotor oder Elektromotoren erzeugt.
In bestimmten Betriebsarten wird die Brennkraftmaschine abgeschaltet (z. B. im Stadtverkehr mit Anhalten und Anfahren), wobei das Fahrzeug durch den Elektromotor, der einer Batteriegruppe Leistung entnimmt, angetrieben werden kann. In solchen Betriebsarten müssen jedoch bestimmte Fahrzeugfunktionen wie etwa Servolenkung und Fahrgastraumklimatisierung, die bei einer herkömmlichen Antriebsstrangkonfiguration typischerweise durch die Brennkraftmaschine gespeist werden, noch erfüllt werden. Um diese Funktionen zu erfüllen, haben Entwickler mancher Hybridfahrzeuge herkömmliche, kraftmaschinenbetriebene Einheiten durch elektrische Einheiten (d. h. elektrische Servolenkung und Klimaanlage) ersetzt. Diese Einheiten können größer als die herkömmlichen Einheiten, die sie ersetzen, sein und somit Herausforderungen an die Fahrzeugentwickler stellen, die mit zunehmend kleineren Fahrzeugen, in denen die Antriebsstrangkomponenten untergebracht werden sollen, insbesondere in der Umgebung unter der Haube, konfrontiert werden. Solche Herausforderungen haben ein Umdenken im Entwurf anderer herkömmlicher Kraftmaschinenkomponenten erfordert.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Brennkraftmaschine einen Zylinderblock, einen an dem Zylinderblock angebrachten Zylinderkopf und eine Einlasskrümmeranordnung. Die Einlasskrümmeranordnung umfasst ein nach innen gerichtet angeordnetes Zip-Rohr, ein nach außen gerichtet angeordnetes Einlasskrümmerplenum, das mit dem Zip-Rohr fluidisch verbunden und konfiguriert ist, um Verbrennungsluft von diesem zu empfangen, und mehrere Einlasskanäle, die mit dem Einlasskrümmerplenum fluidisch verbunden und konfiguriert sind, um Verbrennungsluft von diesem zu dem Zylinderkopf zu transportieren.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung der Erfindung sogleich deutlich, wenn diese mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Einzelheiten erscheinen lediglich beispielhalber in der folgenden genauen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei die genaue Beschreibung auf die Zeichnungen verweist, worin:
1 eine Vorderansicht einer Brennkraftmaschine ist, die Merkmale der Erfindung verkörpert;
2 eine Hinteransicht einer Einlasskrümmeranordnung der Brennkraftmaschine von 1 ist;
3 eine Draufsicht der Einlasskrümmeranordnung von 2 ist; und
4 eine perspektivische Ansicht eines Lufteinleitungsystems für die Brennkraftmaschine von 1 ist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach rein veranschaulichend und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen einzuschränken. Selbstverständlich geben in allen Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale an.
Um nun auf 1 Bezug zu nehmen, ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung auf eine Einlasskrümmeranordnung 10 gerichtet, die konfiguriert ist, um Verbrennungsluft an einen Zylinderkopf 14 einer Brennkraftmaschine 12 abzugeben. Der Zylinderkopf 14 ist an einem Zylinderblock 16 angebracht. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine in der in 1 gezeigten Ausführungsform Teil eines hybriden Fahrzeugantriebsstrangs. Die Brennkraftmaschine 12 kann eine daran angebrachte elektrische Klimatisierungseinheit 18 umfassen, die mit elektrischer Leistung/Batterieleistung arbeitet, um zum Komfort des bzw. der Fahrzeuginsassen die Luft im Fahrgastraum des Fahrzeugs unabhängig davon aufzubereiten, ob die Brennkraftmaschine arbeitet oder nicht.
In einer beispielhaften Ausführungsform, die in den 1–4 gezeigt ist, umfasst eine Einlasskrümmeranordnung 10 ein Zip-Rohr 20, das mehrere Funktionen einschließlich dessen, als Abstützung für das Drosselklappengehäuse 22 zu dienen, erfüllt. Das Drosselklappengehäuse 22 dosiert die Menge von durch die Einlassöffnung 19 des Zip-Rohrs 20 an den Zylinderkopf 14 abgegebener Verbrennungsluft. Das Zip-Rohr 20 ist von einem Einlasskrümmerplenum 24 nach innen gerichtet angeordnet und mit diesem fluidisch verbunden, wobei das Einlasskrümmerplenum 24 konfiguriert ist, um die durch das Drosselklappengehäuse 22 hindurchströmende Verbrennungsluft aufzunehmen und um die Verbrennungsluft an mehrere Einlasskanäle 26, 28, 30 und 32 zu verteilen. Jeder der Einlasskanäle 26, 28, 30 und 32 gibt Verbrennungsluft an eine einzelne Verbrennungskammer (nicht gezeigt) in dem Zylinderkopf 14 ab. Die nach innen gerichtete Anordnung des Zip-Rohrs 20 und des Drosselklappengehäuses 22 (d. h. zwischen dem Krümmerplenum 24 und dem Zylinderblock 16 ermöglicht eine effiziente Unterbringung der gesamten Einlasskrümmeranordnung 10 bezüglich der Brennkraftmaschine 12 und in das Fahrzeug (nicht gezeigt).
Wie in 1 gezeigt ist, ermöglicht die Platzierung des Zip-Rohrs 20 und des Drosselklappengehäuses 22 von dem Einlasskrümmerplenum 24 nach innen gerichtet, zwischen dem Plenum und dem Zylinderblock 16 außerdem eine fluidisch effiziente Konfiguration der Einlasskanäle 26, 28, 30 und 32. Die Einlasskanäle erstrecken sich von dem Einlasskrümmerplenum 24 nach oben und verlaufen in einer glatten Kurve (von etwa 90 Grad), um an Auslassöffnungen 34, 2, zu enden, die mit Einlassöffnungen (nicht gezeigt) des Zylinderkopfs 14 fluidisch und in abgedichteter Weise verbunden sind. Die Einlasskrümmeranordnung 10 ist durch Verwendung geeigneter Befestigungselemente wie etwa Bolzen 36, 2, 3 und 4, mit dem Zylinderkopf 14 verbunden. Kompressible Dichtungselemente (nicht gezeigt) sind typischerweise in Dichtrillen 38, 2, angeordnet, um eine leckagefreie Verbindung zwischen dem Einlasskrümmer und den Einlassöffnungen des Zylinderkopfs 14 zu gewährleisten.
Um nun insbesondere auf die 3 und 4 Bezug zu nehmen, sind in einer beispielhaften Ausführungsform die Einlasskanäle 28, 30 in entgegengesetzten Richtungen entlang der axialen Länge des Einlasskrümmerplenums 24 axial abgeschrägt, um dadurch eine Zugangsöffnung 40 zu dem Drosselklappengehäuse 22 und dem Zip-Rohr 20 zu definieren. Das Drosselklappengehäuse 22 ist an dem Zip-Rohr 20 und folglich an der Einlasskrümmeranordnung 10 mittels einer Reihe von Befestigungselementen wie etwa Bolzen 42 angebracht. In seiner angebrachten Konfiguration ist die Einlassöffnung 44 des Drosselklappengehäuses 22 so positioniert, dass sie durch die Zugangsöffnung 40 der Einlasskrümmeranordnung 10 hindurch nach oben weist. In dieser Konfiguration ist die Fluidverbindung mit einem stromaufseitigen Lufteinleitungssystem 46, 4, stark erleichtert. Eine solche Erleichterung des Zugangs zu der Drosselklappengehäuseöffnung 44 des Drosselklappengehäuses 22 sorgt für eine vereinfachte Montage des Lufteinleitungsystems 46 an der Einlasskrümmeranordnung 10 während der Herstellung des Fahrzeugantriebsstrangs. Das Lufteinleitungsystem kann eine Einlassrohrleitung 70, einen Spül- bzw. Luftkasten 72 mit einem Luftfilter (nicht gezeigt) und eine Drosselklappengehäuserohrleitung 76 umfassen, die konfiguriert ist, um gefilterte Verbrennungsluft an das Drosselklappengehäuse 22 abzugeben.
Um nun auf die 1 und 2 Bezug zu nehmen, kann das Zip-Rohr 20, das zwischen dem Einlasskrümmerplenum 24 und dem Drosselklappengehäuse 22 angeordnet ist, einen Einlass 46 aufweisen, der zur Abgabe von zurückgeführtem Abgas an die dort hindurch strömende Verbrennungsluft mit einer Abgasrückführungs-(AGR)-Rohrleitung 48 in Fluidverbindung steht. Der Einlass 46 ist von einer Flanschfläche 50 umgeben, die konfiguriert ist, um für einen abdichtenden Eingriff mit der Rohrleitung 48 einen Gegenflansch 52 aufzunehmen. Um die AGR-Rohrleitung 48 mit dem Zip-Rohr 20 zu verbinden, werden geeignete Befestigungselemente wie etwa Bolzen 54 verwendet. Außerdem kann in einer beispielhaften Ausführungsform auch ein Spülgasventil 56 in Fluidverbindung mit dem Zip-Rohr 20 anordnet sein, das konfiguriert ist, um die Spülgasrohrleitung 58 mit der Verbrennungsluftströmung dort hindurch fluidisch zu verbinden. Außerdem kann zwischen dem Drosselklappengehäuse 22 und dem Zip-Rohr 20 ein Massenluftdurchflusssensor (nicht gezeigt) positioniert sein, der konfiguriert ist, um den Durchfluss von Verbrennungsluft, die durch das Drosselklappengehäuse 22 zu dem Einlasskrümmerplenum 24 strömt, zu messen.
In einer beispielhaften Ausführungsform, die in den 1 und 2 gezeigt ist, erstreckt sich von der Einlasskrümmeranordnung 10 nach innen gerichtet ein Montageabstandshalter 60, der sowohl zur Anbringung der Einlasskrümmeranordnung 10 durch Verwendung des Befestigungsmerkmals 62 als auch zur Positionierung von dieser bezüglich der Brennkraftmaschine 12 nützlich ist. Der Montageabstandshalter 60 ermöglicht eine genaue Positionierung der Einlasskrümmeranordnung 10 relativ zu der Brennkraftmaschine 12 sowie das Reduzieren oder Beseitigen der Vibration zwischen den zwei Anordnungen, die zu einer Leckage an deren Grenzflächen führen könnte.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ihre Anwendung auf einen hybrid konfigurierten Antriebsstrang beschrieben worden ist, sollte ersichtlich sein und wird erwartet, dass eine solche Einlasskrümmeranordnung ähnliche Anwendung findet auf standardmäßige, nicht hybride Antriebsstranganwendungen, in denen Raum und Leistung erwünscht sind.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, können selbstverständlich Fachleute auf dem Gebiet verschiedene Änderungen vornehmen, wobei Elemente davon durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können an den Lehren der Erfindung viele Modifikationen vorgenommen werden, um auf eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material umzustellen, ohne von deren wesentlichen Umfang abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen, die als die beste zum Ausführen dieser Erfindung betrachtete Art und Weise offenbart wurden, beschränkt sein; vielmehr umfasst die Erfindung alle Ausführungsformen, die in den Umfang der vorliegenden Anmeldung fallen.

Claims

Brennkraftmaschine, die umfasst: einen Zylinderblock; einen Zylinderkopf, der an dem Zylinderblock angebracht ist; eine Einlasskrümmeranordnung, die umfasst: ein nach innen gerichtet angeordnetes Zip-Rohr; ein nach außen gerichtet angeordnetes Einlasskrümmerplenum, das mit dem nach innen gerichtet angeordneten Zip-Rohr fluidisch verbunden und konfiguriert ist, um Verbrennungsluft von diesem zu empfangen; und mehrere Einlasskanäle, die mit dem Einlasskrümmerplenum fluidisch verbunden und konfiguriert sind, um Verbrennungsluft von diesem zu dem Zylinderkopf zu transportieren.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die mehreren Einlasskanäle in entgegengesetzten Richtungen entlang einer axialen Länge des Einlasskrümmerplenums axial abgeschrägt sind, um eine Zugangsöffnung zu dem nach innen gerichtet angeordneten Zip-Rohr zu definieren.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei das nach innen gerichtet angeordnete Zip-Rohr eine Öffnung aufweist, die konfiguriert ist, um die Verbrennungsluft durch ein Drosselklappengehäuse, das durch die Zugangsöffnung hindurch daran angebracht ist, zu empfangen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, wobei das Drosselklappengehäuse eine Einlassöffnung aufweist, die so positioniert ist, dass sie für eine Fluidverbindung mit einer Drosselklappengehäuserohrleitung eines stromaufseitigen Lufteinleitungssystems durch die Zugangsöffnung der Einlasskrümmeranordnung hindurch nach oben weist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, die ferner einen Montageabstandshalter umfasst, der sich zur Anbringung der Einlasskrümmeranordnung durch die Verwendung eines Befestigungsmerkmals und zur Positionierung von dieser bezüglich der Brennkraftmaschine von dem Einlasskrümmerplenum nach innen erstreckt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei sich die mehreren Einlasskanäle von dem Einlasskrümmerplenum nach oben erstrecken und in einer glatten Kurve von etwa 90 Grad verlaufen, um an Auslassöffnungen zu enden, die mit Einlassöffnungen des Zylinderkopfs fluidisch und in abdichtender Weise verbunden sind.
Einlasskrümmeranordnung für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf, wobei die Einlasskrümmeranordnung umfasst: ein nach innen gerichtet angeordnetes Zip-Rohr; ein nach außen gerichtet angeordnetes Einlasskrümmerplenum, das mit dem nach innen gerichtet angeordneten Zip-Rohr fluidisch verbunden und konfiguriert ist, um von diesem Verbrennungsluft zu empfangen; und mehrere Einlasskanäle, die mit dem Einlasskrümmerplenum fluidisch verbunden und konfiguriert sind, um Verbrennungsluft von diesem zu dem Zylinderkopf zu transportieren.
Einlasskrümmeranordnung nach Anspruch 7, wobei die mehreren Einlasskanäle in entgegengesetzten Richtungen entlang einer axialen Länge des Einlasskrümmerplenums axial abgeschrägt sind, um dadurch eine Zugangsöffnung zu dem nach innen gerichtet angeordneten Zip-Rohr zu definieren.
Einlasskrümmeranordnung nach Anspruch 8, wobei das nach innen gerichtet angeordnete Zip-Rohr eine Öffnung aufweist, die konfiguriert ist, um die Verbrennungsluft durch ein Drosselklappengehäuse, das durch die Zugangsöffnung hindurch daran angebracht ist, zu empfangen.
Einlasskrümmeranordnung nach Anspruch 9, wobei das Drosselklappengehäuse eine Einlassöffnung aufweist, die so positioniert ist, dass sie für eine Fluidverbindung mit einer Drosselklappengehäuserohrleitung eines stromaufseitigen Lufteinleitungssystems durch die Zugangsöffnung der Einlasskrümmeranordnung hindurch nach oben weist.