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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftführungsvorrichtung für die einer Brennkraftmaschine zuzuführende Verbrennungsluft mit Wasserabscheidungsfunktion nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 198 55 992 A1 ist eine Luftführungsvorrichtung bekannt, die im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnet ist und über die den Zylindern der Brennkraftmaschine Verbrennungsluft zuzuführen ist. In die Luftführungsvorrichtung ist ein Wasserabscheider integriert, der dazu dient, Wasser aus dem herangeführten Luftstrom abzuscheiden. Die Luftführungsvorrichtung weist in einem Gehäuse mehrere parallel angeordnete Abscheidelamellen auf, zwischen denen Strömungskanäle gebildet sind, wobei zur Umlenkung des Luftstroms die Abscheidelamellen mit einem abgekröpften Abschnitt versehen sind, so dass die mit Feuchtigkeit beladene Luft unter einem Winkel auf eine Lamelleninnenwand trifft, an der sich Wassertröpfchen anlagern können. Das abgeschiedene Wasser wird über einen Sammelkanal im unteren Bereich der Luftführungsvorrichtung ausgetragen.
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Eine Luftführungsvorrichtung wird auch in der
EP 0 541 016 A beschrieben, die zur Luftführung im Gehäuse Luftleitbleche aufweist, die an der Gehäuseinnenwand befestigt sind. Die Luftleitbleche sind gekrümmt ausgeführt und in der Weise zueinander angeordnet, dass die herangeführte Verbrennungsluft mehrfache Umlenkungen erfährt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Luftführungsvorrichtung für die einer Brennkraftmaschine zuzuführende Verbrennungsluft so auszubilden, dass eine wirkungsvolle Abscheidung des in der Luft enthaltenen Wasseranteils gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Luftführungsvorrichtung wird in Fahrzeugen mit Brennkraftmaschine eingesetzt und dient dazu, Umgebungsluft in Richtung der Zylinder der Brennkraftmaschine zu leiten und zugleich Wasser in Partikel- oder Gasform, das im Luftstrom mitgeführt wird, in effizienter Weise abzuscheiden. Die Luftführungsvorrichtung weist hierfür in einem Gehäuse Strömungsleitelemente zur gerichteten Strömungsführung der Luft innerhalb des Gehäuses auf. Die Strömungsleitelemente lenken den Luftstrom an eine oder mehrere Abscheidewände, an denen das im Luftstrom enthaltene Wasser abgeschieden wird. Bei den Prallwänden handelt es sich vorzugsweise um die Gehäuseinnenwand; gegebenenfalls kommen aber auch zusätzliche Prallwände in Betracht, die im Gehäuseinnenraum angeordnet sind. Das abgeschiedene Wasser wird im Gehäuse über einen definierten Strömungsweg, der beispielsweise als ein Strömungskanal ausgebildet ist, geführt und aus dem Gehäuse abgeleitet.
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Um die Effizienz der Wasserabscheidung zu erhöhen, ist mindestens ein Strömungsleitelement beweglich im Gehäuse gehalten. Das bewegliche Strömungsleitelement beeinflusst die Strömungsführung im Gehäuse und kann den Luftstrom in einer definierten Weise gegen eine Prallwand leiten, an der die Wasserabscheidung stattfindet. So ist es beispielsweise möglich, einen möglichst großen Anteil des Luftstroms auf einen verhältnismäßig kleinen Bereich einer Prallwand, insbesondere an der Innenwand des Gehäuses zu lenken, so dass aufgrund der erhöhten Konzentration ein besserer Abscheidegrad erreicht wird. Über das bewegliche Luftleitelement kann die Luftströmung im Vergleich zu einem unbeweglich angeordneten Luftleitelement in verbesserter Weise auf eine gewünschte Stelle innerhalb des Gehäuses geleitet werden, an der die Abscheidung erfolgen soll.
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Grundsätzlich kommen sowohl passive als auch aktive Ausführungen des Luftleitelementes in Betracht. Bei passiven Ausführungen wird auf einen Aktuator zur Verstellung des Luftleitelementes verzichtet; vielmehr wird die Position des Luftleitelementes im Gehäuse allein als Reaktion auf Kräfte eingestellt, die auf das Luftleitelement wirken, insbesondere Strömungskräfte des vorbeigeführten Luftstroms. Es findet somit bei passiven Ausführungen eine gegenseitige Beeinflussung von Luftströmung und Stellung des Luftleitelementes statt.
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Bei aktiven Ausführungen ist dem Luftleitelement ein Aktuator zugeordnet, über den die Stellung des Luftleitelementes im Gehäuse einstellbar ist. Der Aktuator kann in an sich bekannter Weise elektrisch, elektromagnetisch, hydraulisch, pneumatisch oder in sonstiger Weise ausgebildet sein. Vorteilhafterweise erfolgt die Einstellung des Luftleitelementes über den Aktuator in einer geregelten Weise, indem über einen Sensor eine Zustandsgröße gemessen wird, die der Positionseinstellung des Luftleitelementes zugrunde gelegt wird. Bei dem Sensor handelt es sich insbesondere um einen Luftmassenmesser, über den der Luftmassenstrom gemessen wird, welcher durch das Gehäuse geführt wird. Grundsätzlich möglich ist aber auch eine ungeregelte bzw. gesteuerte Einstellung des Luftleitelementes, bei der auf einen Sensor und eine geregelte Rückführung verzichtet werden kann.
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Es kommen verschiedene Möglichkeiten für ein bewegliches Strömungsleitelement in Betracht. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist das Strömungsleitelement um eine Dreh- bzw. Schwenkachse schwenkbar im Gehäuse gelagert. Grundsätzlich kommen aber sowohl rotatorische als auch translatorische bzw. gemischt rotatorischtransiatorische Bewegungen des Strömungsleitelementes im Gehäuse in Betracht.
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Bei schwenkbeweglicher Lagerung kann es zweckmäßig sein, die Schwenkachse des Strömungsleitelementes als einen Zuganker auszuführen, der sich zwischen beabstandeten Gehäusewandungen des Gehäuses erstreckt und diese miteinander verbindet. In dieser Ausführung stabilisiert der Zuganker das Gehäuse und erlaubt zugleich die Schwenkbewegung des Strömungsleitelementes. Der Zuganker ist hierbei zweckmäßigerweise fest im Gehäuse angeordnet, wobei das Strömungsleitelement um den gehäusefesten Zuganker verschwenken kann. Möglich sind aber auch eine drehbare Lagerung des Zugankers im Gehäuse und eine feste Verbindung zwischen dem Strömungsleitelement und dem Zuganker.
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Das Strömungsleitelement kann in sich starr ausgebildet und in vorbeschriebener Weise gegenüber dem Gehäuse beweglich gelagert sein. Zusätzlich oder alternativ kommt aber auch eine verformbare Ausführung des Strömungsleitelementes in Betracht, indem das Strömungsleitelement zumindest teilweise aus einem nachgiebigen Material mit hoher Biegsamkeit besteht, beispielsweise aus Gummi, und sich unter der Einwirkung äußerer Kräfte verformt. Die Verformung kann sowohl plastisch als auch elastisch sein. Derartige biegsame Strömungsleitelemente eignen sich insbesondere für passive Ausführungen, wobei auch Strömungsleitelemente in Betracht kommen, deren Position über einen Aktuator eingestellt wird. Bei passiven Ausführungen genügt es, das Strömungsleitelement gehäusefest anzuordnen und die Bewegung allein über die Biegsamkeit des Strömungsleitelementes zu ermöglichen. Darüber hinaus sind auch Ausführungen möglich, bei denen biegsame Strömungsleitelemente zusätzlich beweglich im Gehäuse gehalten sind, beispielsweise um eine Schwenkachse zu verschwenken sind.
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Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung sind mehrere, bewegliche Strömungsleitelemente im Gehäuse angeordnet, die zueinander beabstandet sind und es dadurch ermöglichen, eine zielgerichtete Strömung über eine definierte Wegstrecke innerhalb des Gehäuses einzustellen. Möglich sind Ausführungen, bei denen sämtliche Strömungsleitelemente im Gehäuse beweglich bzw. verstellbar gehalten sind als auch Ausführungen, bei denen nur ein Teil der Strömungsleitelemente beweglich bzw. verstellbar ausgeführt ist.
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Sofern mehrere beweglich gehaltene Strömungsleitelemente vorgesehen sind, die eine kinematische Bewegung ausführen, beispielsweise um eine Schwenkachse im Gehäuse gelagert sind, kommen sowohl Ausführungen in Betracht, bei denen die Strömungsleitelemente kinematisch gekoppelt sind als auch Ausführungen, bei denen die Strömungsleitelemente unabhängig voneinander verstellbar sind. Bei kinematischer Kopplung sind sowohl passive als auch aktive Ausführungen möglich.
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Das bewegliche Strömungselement kann sowohl innerhalb des Gehäuses mit Abstand zur Anströmseite angeordnet sein als auch Teil eines Eintrittsgitters bilden, das im Bereich der Anströmseite des Gehäuses angeordnet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Darstellung eine Luftführungsvorrichtung, über die Luft aus der Umgebung einer Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei die Luftführungsvorrichtung mit einer Wasserabscheidefunktion versehen ist,
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2 die Luftführungsvorrichtung in einer Ansicht von vorne,
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3 einen Schnitt durch die Luftführungsvorrichtung, mit mehreren im Gehäuse beweglich gehaltenen Strömungsleitelementen,
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4 einen Schnitt durch das Gehäuse der Luftführungsvorrichtung in einer werteren Ebene,
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5 bis 7 in schematischer Darstellung das Gehäuse der Luftführungsvorrichtung mit einer Reihe von Strömungsleitelementen, die schwenkbeweglich im Gehäuse gehalten sind.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 und 2 ist eine Luftführungsvorrichtung 1 dargestellt, über die Umgebungsluft in einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine geführt wird, wobei in der Luftführungsvorrichtung 1 auch Wasser abgeschieden wird, das im herangeführten Luftstrom enthalten ist. Die Luftführungsvorrichtung 1 befindet sich an einem Fahrzeug, beispielsweise im seitlichen Bereich eines Nutzfahrzeugs. Die Fahrtrichtung ist mit „F” gekennzeichnet, die Anströmung der Luftführungsvorrichtung an der Anströmseite 6 erfolgt in diesem Beispiel entgegengesetzt zur Fahrtrichtung F. Die Anströmung der Luftführungsvorrichtung kann alternativ gleichgerichtet oder in einem beliebigen Winkel, beispielsweise in einem Winkel von 90°, zur Fahrtrichtung F erfolgen.
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Die Luftführungsvorrichtung 1 weist in einem Gehäuse 2 an der Anströmseite 6 ein Eintrittsgitter mit einer Mehrzahl übereinander angeordneter Abscheidelamellen 3 auf, zwischen denen Strömungskanäle für das Heranführen der Verbrennungsluft gebildet sind.
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Teil des Gehäuses 2 ist ein rechteckiger Rahmen 4, in welchem die Abscheidelamellen 3 gelagert sind. Die Abscheidelamellen weisen, wie 2 zu entnehmen, gegenüber einer Vertikalen bzw. Lotrechten, die mit dem Gewichtskraftsvektor übereinstimmt, einen Neigungswinkel α auf, der in einem Winkelbereich zwischen 30° und 60° liegt und insbesondere zumindest annähernd 45° beträgt. Zweckmäßigerweise besitzen sämtliche Abscheidelamellen 3 innerhalb des Rahmens 4 des Gehäuses 2 den gleichen Neigungswinkel α.
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Die Abscheidelamellen 3 können zusätzlich unter einem Anstell- bzw. Öffnungswinkel im Rahmen 4 des Gehäuses 2 gehalten sein und an der Anströmseite nach außen abfallen. Der umlaufende Rahmen 4 weist Längsseiten auf, die zumindest annähernd parallel liegen.
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Der Neigungswinkel α, unter dem die Abscheidelamellen 3 im Gehäuse 2 gehalten sind, ist fest vorgegeben und kann nicht verändert werden. Der Anstell- bzw. Öffnungswinkel kann dagegen gegebenenfalls einstellbar ausgeführt sein, indem die Abscheidelamellen 3 entlang einer Achse verschwenkbar sind, die parallel zur Lamellenlängsachse verläuft. Zum Einstellen des gewünschten Anstell- bzw. Öffnungswinkels können Aktuatoren vorgesehen sein, wobei gegebenenfalls ein gemeinsamer Aktuator für die gemeinsame Einstellung des Öffnungs- bzw. Anstellwinkels sämtlicher Abscheidelamellen dient.
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Wie 3 zu entnehmen, erstreckt sich der Strömungsweg im Gehäuse 2 nach Art eines knieförmigen Rohres über einen 90°-Winkel, wobei die Anströmseite 6 in einer lotrechten Ebene liegt und die über die Anströmseite 6 einströmende Luft in einem 90° Winkel nach unten gelenkt wird. Die Innenwand 2a des Gehäuses 2 dient als Prallwand zur Abscheidung von Wasser, welches im Luftstrom mitgeführt wird. Die abgeschiedenen Wassertröpfchen 7 strömen entlang der Innenwand 2a nach unten ab und werden über einen als Schälkragen ausgebildeten Austrittsbereich 8 ausgeleitet.
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Um die Strömungsführung der in das Gehäuse 2 eingeleiteten Luft zu beeinflussen, sind im Inneren des Gehäuses 2 mehrere Strömungsleitelemente 9 angeordnet. Die Strömungsleitelemente 9 sind beweglich im Inneren des Gehäuses 2 gehalten, wobei sich die Position der Strömungsleitelemente in Abhängigkeit der Strömungsverhältnisse einstellt. Die Strömungsleitelemente 9 weisen jeweils eine Schwenkachse 10 auf, über die die Strömungsleitelemente am Gehäuse 2 gelagert sind. Es kommen sowohl Ausführungen in Betracht, bei denen die Strömungsleitelemente 9 um ihre Schwenkachse 10 im Gehäuse 2 verschwenkbar sind bzw. gemeinsam mit der Schwenkachse 10 gegenüber dem Gehäuse rotieren können, als auch Ausführungen, bei denen das Strömungsleitelement 9 aus einem weichen Material mit hoher Biegsamkeit besteht, beispielsweise aus Gummi, und sich unter der Wirkung der Luftströmung biegt. Des Weiteren sind Kombinationen von schwenkbeweglichen Lagerungen der Strömungsleitelemente mit einer Ausführung aus weichem, biegsamem Material möglich. Die Strömungsleitelemente sind passiv ausgebildet, sie stellen ihre Position allein aufgrund der auf sie wirkenden Kräfte ein, also der Gewichtskraft und der aus den Strömungsverhältnissen resultierenden Kräfte. Die Strömungsleitelemente 9 bewirken, dass die Luftströmung auf einen definierten, begrenzten Bereich an der Innenwand 2a mit hoher Konzentration auftrifft, wodurch der Wasserabscheidegrad verbessert wird.
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Alternativ zu einer passiven Ausführung der Strömungsleitelemente 9 kommt auch eine aktive Ausführung in Betracht, bei der die Strömungsleitelemente um ihre Schwenkachsen 10 mittels eines Aktuators verstellt werden. Sowohl bei aktiver als auch bei passiver Ausführung mit schwenkbeweglicher Lagerung ist es möglich, mehrere Strömungsleitelemente 9 kinematisch zu koppeln, so dass die kinematisch gekoppelten Strömungsleitelemente eine gemeinsame Stellbewegung ausführen. In Betracht kommt aber auch eine voneinander unabhängige Einzellagerung der Strömungsleitelemente 9.
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Wie 4 zu entnehmen, können die Schwenkachsen 10 der Strömungsleitelemente als Zuganker ausgebildet sein, der sich zwischen gegenüberliegenden Gehäusewandungen des Gehäuses 2 erstreckt und diese miteinander verbindet.
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In den 5 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Luftführungsvorrichtung 1 dargestellt. Im Bereich der Anströmseite 6 befindet sich am Gehäuse 2 ein Eintrittsgitter mit einer Mehrzahl übereinander angeordneter Strömungsleitelemente 9, die jeweils um eine Schwenkachse 10 schwenkbar im Gehäuse 2 gelagert sind. Die Strömungsleitelemente 9 sind in sich starr ausgebildet und können, wie ein Vergleich der 5 und 6 zu entnehmen, um die jeweilige Schwenkachse 10 verschwenkt werden. Möglich ist sowohl eine gekoppelte Verstellung sämtlicher Strömungsleitelemente 9, so wie dies in den 5 und 6 dargestellt ist, als auch eine teilweise Verstellung bzw. unterschiedliche Einstellung von Strömungsleitelementen 9 (7).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19855992 A1 [0002]
- EP 0541016 A [0003]
