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Die Erfindung betrifft einen Luftverteiler gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Ansaugsystem mit einem solchen Luftverteiler.
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Derartige Luftverteiler sind aus dem allgemeinen Stand der Technik, insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau, bereits hinlänglich bekannt. Darüber hinaus kann ein solcher Luftverteiler der
DE 10 2009 016 436 A1 als bekannt entnommen werden. Der Luftverteiler wird für eine beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine verwendet, welche eine Mehrzahl von Brennräumen, insbesondere in Form von Zylindern, aufweist. Der Luftverteiler weist dabei wenigstens einen Luftkanal auf, welcher von den Brennräumen zuzuführender Luft durchströmbar ist. Der Luftkanal weist je Brennraum wenigstens eine Ausströmöffnung auf, über welche dem jeweiligen Brennraum die den Luftkanal durchströmende Luft zuführbar ist. Mit anderen Worten kann die den Luftkanal durchströmende Luft über die jeweiligen Ausströmöffnungen aus dem Luftverteiler ausströmen und in die jeweiligen Brennräume einströmen.
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Da moderne Verbrennungskraftmaschinen mit wenigstens einem Abgasturbolader ausgestattet sind, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft versorgt wird, und da das Versorgen der Verbrennungskraftmaschine mit mittels des Verdichters verdichteter Luft auch als „Aufladen” und die verdichtete Luft als „Ladeluft” bezeichnet wird, wird der Luftverteiler üblicherweise auch als „Ladeluftverteiler” oder als „Ladeluftgehäuse” bezeichnet.
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Herkömmlicherweise wird der Luftverteiler in einem Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine verwendet. Dieses Ansaugsystem ist von der den Brennräumen zuzuführenden Luft durchströmbar. Das Ansaugsystem umfasst den Luftverteiler sowie wenigstens eine separat vom Luftverteiler ausgebildete Abgasrückführleitung. Darüber hinaus umfasst das Luftsystem üblicherweise – wie der
DE 10 2009 016 436 A1 zu entnehmen ist – eine separat von der Abgasrückführleitung und separat vom Luftverteiler ausgebildete Luftleitung, welche auch als „Luftrohr” oder als „Ladeluftrohr” bezeichnet wird. Die Luftleitung ist von der Luft durchströmbar und mit dem Luftverteiler fluidisch verbunden, so dass die die Luftleitung durchströmende Luft aus der Luftleitung aus- und in den Luftverteiler einströmen kann. Bei einem solchen herkömmlichen Ansaugsystem ist ferner vorgesehen, dass die Abgasrückführleitung fluidisch mit der Luftleitung verbunden ist. Hierzu weist die Luftleitung einen entsprechenden Anschluss auf, über welchen die Abgasrückführleitung mit der Luftleitung fluidisch verbunden werden kann. Die Abgasrückführleitung weist wenigstens einen Abgasrückführkanal auf, welcher von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Der Abgasrückführkanal der Abgasrückführleitung mündet dabei stromauf des Luftverteilers und insbesondere stromauf des Luftkanals des Luftverteilers in die Luftleitung.
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Dadurch strömt das die Abgasrückführleitung durchströmende Abgas zunächst in die Luftleitung ein und vermischt sich in der Luftleitung mit der die Luftleitung durchströmenden Luft. Die die Luftleitung durchströmende Luft nimmt das in die Luftleitung eingeführte Abgas mit, so dass das Abgas in die Brennräume transportiert wird. Hierdurch ist eine sogenannte Abgasrückführung dargestellt, im Rahmen derer Abgas von einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine zu dem Ansaugsystem und in dieses rückgeführt wird.
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Es hat sich gezeigt, dass die übliche Ausgestaltung des Luftverteilers und des Ansaugsystems zu einem hohen technischen Aufwand sowie zu einem hohen Kostenaufwand führt, insbesondere bei der Herstellung von unterschiedlichen Ausführungsformen beziehungsweise Bauvarianten der Verbrennungskraftmaschine und/oder des Luftverteilers. Der Luftverteiler beziehungsweise jeweilige Ausführungsformen des Luftverteilers wird beziehungsweise werden beispielsweise an unterschiedliche Applikationen, das heißt Anwendungen angepasst, so dass sich die unterschiedlichen Ausführungsformen des Luftverteilers in Abhängigkeit von der jeweiligen Applikation technisch beziehungsweise konstruktiv unterscheiden. Üblicherweise müssen für jede dieser Applikationen aufwendige thermodynamische Abstimmungen durchgeführt werden. Darüber hinaus ist eine Mechanik-Erprobung erforderlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Luftverteiler sowie ein Ansaugsystem zu schaffen, mittels welchen sich der technische Aufwand und der Kostenaufwand insbesondere bei der Darstellung von unterschiedlichen Ausführungsformen für unterschiedliche Applikationen des Luftverteilers gering halten lassen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Luftverteiler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Ansaugsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Luftverteiler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem sich der technische Aufwand und der Kostenaufwand insbesondere bei der Darstellung von unterschiedlichen Ausführungsformen des Luftverteilers besonders gering halten lassen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich zumindest innerhalb eines Teilbereichs des Luftkanals ein Abgasrückführkanal erstreckt, welcher von der den Luftkanal des Luftverteilers zuzuführenden Luft zuführendem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Mit anderen Worten ist in den Luftverteiler ein Abgasrückführkanal integriert, mittels welchem Abgas rückgeführt wird.
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Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass eine üblicherweise separat vom Luftverteiler ausgebildete Abgasrückführleitung nicht in ein üblicherweise separat vom Luftverteiler und von der Abgasrückführleitung ausgebildetes Luftrohr stromauf des Luftverteilers mündet, sondern die separat vom Luftverteiler ausgebildete Abgasrückführleitung kann zumindest im Wesentlichen direkt in den Abgasrückführkanal des Luftverteilers einmünden. In der Folge kann das üblicherweise vorgesehene und einen Anschluss für die Abgasrückführleitung aufweisende Luftrohr entfallen, so dass auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen des Luftverteilers beziehungsweise Ansaugsystems der Verbrennungskraftmaschine jeweilige, unterschiedliche Varianten des Luftrohrs mit dem Anschluss entfallen können.
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Mittels des erfindungsgemäßen Luftverteilers ist es somit möglich, den Aufwand zur Durchführung von thermodynamischen Abstimmungen, Mechanik-Erprobungen und/oder weiteren Testprozessen ebenso wie die Anzahl an unterschiedlichen Varianten von Leitungen beziehungsweise Rohren besonders gering zu halten. Darüber hinaus ermöglicht der erfindungsgemäße Luftverteiler ein besonders vorteilhaftes Packaging insbesondere in einem Motorraum eines Kraftwagens, da eine besonders bauraumgünstige Integration des Abgasrückführkanals in den Luftverteiler geschaffen ist.
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Unter „Packaging” ist dabei die Anordnung von Komponenten von Bauteilen und Aggregaten im Motorraum zu verstehen.
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Zur Erfindung gehört auch ein Ansaugsystem für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einem erfindungsgemäßen Luftverteiler und mit einer separat vom Luftverteiler ausgebildeten und mit dem Luftverteiler verbundenen Abgasrückführleitung. Die Abgasrückführleitung weist wenigstens einen von dem Abgas durchströmbaren, weiteren Abgasrückführkanal auf, der insbesondere zumindest im Wesentlichen direkt in den ersten Abgasrückführkanal des Luftverteilers einmündet. Hierdurch kann der Bauraumbedarf des Ansaugsystems besonders gering gehalten werden, da beispielsweise ein separat von der Abgasrückführleitung und separat vom Luftverteiler ausgebildetes und einen Anschluss für die Abgasrückführleitung aufweisendes Luftrohr, in das der weitere Abgasrückführkanal der Abgasrückführleitung üblicherweise einmündet, nicht vorgesehen und nicht erforderlich ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Luftverteilers sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ansaugsystems anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines Ansaugsystems einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einem Luftverteiler, welcher wenigstens einen von Luft durchströmbaren Luftkanal aufweist, wobei sich zumindest innerhalb eines Teilbereichs des Luftkanals ein Abgasrückführkanal erstreckt, welcher von rückzuführendem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist;
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2 eine schematische und perspektivische Vorderansicht des Luftverteilers;
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3 eine schematische und perspektivische Unteransicht des Luftverteilers;
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4 eine schematische und perspektivische Schnittansicht des Luftverteilers;
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5 eine schematische und perspektivische Rückansicht des Luftverteilers; und
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6 eine schematische und transparente Vorderansicht des Luftverteilers.
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1 zeigt ausschnittsweise ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Ansaugsystem für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Die Verbrennungskraftmaschine ist als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und dient zum Antreiben des Kraftwagens. Bei dem Kraftwagen handelt es sich beispielsweise um einen Nutzkraftwagen, wobei die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern. Vorliegend umfasst die Verbrennungskraftmaschine sechs Zylinder.
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Das Ansaugsystem 10 umfasst einen Luftverteiler in Form eines Ladeluftgehäuses 12, welches zum Verteilen von Luft auf die Zylinder dient. Wie beispielsweise aus 4 erkennbar ist, weist das Ladeluftgehäuse 12 einen Luftkanal 14 auf, welcher von den Zylindern zuzuführender Luft durchströmbar ist.
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Die Verbrennungskraftmaschine umfasst beispielsweise wenigstens einen Abgasturbolader mit einer in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Turbine und einem im Ansaugsystem 10 angeordneten Verdichter. Der Abgastrakt ist von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar, wobei die Turbine mittels des Abgases antreibbar ist. Der Verdichter ist von der Turbine antreibbar und dient zum Verdichten von der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft. Dadurch kann im Abgas enthaltene Energie genutzt werden, um die Luft zu verdichten. Hierdurch lässt sich ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine darstellen. Die verdichtete Luft wird üblicherweise auch als „Ladeluft” bezeichnet und wird über den Luftverteiler (Ladeluftgehäuse 12) den Zylindern zugeführt.
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Aus 4 und 5 ist erkennbar, dass der Luftkanal 14, welcher von der verdichteten Luft durchströmbar ist, je Zylinder eine Ausströmöffnung 16 aufweist. Über die Ausströmöffnungen 16 ist dem jeweiligen Zylinder die den Luftkanal 14 durchströmende, verdichtete Luft zuführbar. Mit anderen Worten kann die verdichtete Luft aus dem Luftkanal 14 über die Ausströmöffnungen 16 aus- und in die Zylinder einströmen.
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Um nun den technischen Aufwand und den Kostenaufwand insbesondere bei der Darstellung von unterschiedlichen Ausführungsformen des Ansaugsystems 10 und/oder des Ladeluftgehäuses 12 besonders gering zu halten, ist es vorgesehen, dass sich zumindest innerhalb eines Teilbereichs 18 des Luftkanals 14 ein Abgasrückführkanal 20 erstreckt, welcher von der Luft zuzuführendem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist.
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Mit anderen Worten ist bei der Verbrennungskraftmaschine eine sogenannte Abgasrückführung vorgesehen. Hierbei wird Abgas aus dem Abgastrakt abgezweigt und zu dem Ansaugsystem 10 rückgeführt, wobei das rückgeführte Abgas in das Ansaugsystem 10 eingeleitet wird. Dadurch vermischt sich die den Zylindern zuzuführende Luft mit dem rückgeführten Abgas, so dass das Abgas in den Zylindern als Inertgas wirken kann.
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Aus 1 ist erkennbar, dass zur Durchführung der Abgasrückführung eine separat vom Ladeluftgehäuse 12 ausgebildete Abgasrückführleitung 22 vorgesehen ist. Die Abgasrückführleitung 22 weist einen in 1 nicht erkennbaren, weiteren Abgasrückführkanal auf, welcher von dem rückzuführenden Abgas durchströmbar ist.
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Aus 2 ist erkennbar, dass das Ladeluftgehäuse 12 einen Verbindungsflansch 24 aufweist. Über diesen Verbindungsflansch 24 ist die Abgasrückführleitung 22 mit dem Ladeluftgehäuse 12 verbunden. Hierzu sind Schrauben 26 vorgesehen, mittels welchen die Abgasrückführleitung 22 mit dem Verbindungsflansch 24 verschraubt und dadurch verbunden ist. Hierbei ist der erste Abgasrückführkanal 20 des Ladeluftgehäuses 12 fluidisch mit dem weiteren Abgasrückführkanal der Abgasrückführleitung 22 verbunden, so dass das den weiteren Abgasrückführkanal durchströmende Abgas aus dem weiteren Abgasrückführkanal aus- und in den ersten Abgasrückführkanal 20 einströmen kann. Mit anderen Worten ist es bei dem Ansaugsystem 10 vorgesehen, dass das Abgas direkt in das Ladeluftgehäuse 12 eingedüst wird. Dadurch ist beispielsweise ein separat von der Abgasrückführleitung 22 und separat vom Ladeluftgehäuse 12 ausgebildetes und einen Anschluss für die Abgasrückführleitung 22 aufweisendes Ladeluftrohr, unter dessen Vermittlung bei herkömmlichen Ansaugsystemen eine Abgasrückführleitung mit einem Ladeluftgehäuse fluidisch verbunden ist, nicht vorgesehen und nicht erforderlich.
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Dadurch können auch bei unterschiedlichen Varianten des Ansaugsystems 10 unterschiedliche Varianten eines solchen Ladeluftrohrs vermieden werden. Darüber hinaus ist die Durchmischung des rückgeführten Abgases mit der Luft infolge der direkten Eindüsung des rückgeführten beziehungsweise rückzuführenden Abgases auch bei unterschiedlichen Varianten des Ansaugsystems 10 zumindest im Wesentlichen gleich, so dass der Aufwand zur Durchführung von thermodynamischen Abstimmungen sowie zur Durchführung von etwaigen weiteren Testprozessen besonders gering gehalten werden kann. Darüber hinaus kann der Bauraumbedarf des Ansaugsystems 10 gering gehalten werden, da der Abgasrückführkanal 20 in das Ladeluftgehäuse 12 integriert ist.
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Aus 4 ist erkennbar, dass das Ladeluftgehäuse 12 im Teilbereich 18 und somit zumindest nahezu zur Hälfte doppelwandig ausgeführt ist. Hierbei erstreckt sich der erste Abgasrückführkanal 20 im Bereich von drei Ausströmöffnungen 16. Im Rahmen dieser Doppelwandigkeit ist vorgesehen, dass der Luftkanal 14 und der Abgasrückführkanal 20 durch ein und dieselbe Wandung 28 des Ladeluftgehäuses 12 begrenzt sind. Mit anderen Worten begrenzt die Wandung 28 auf einer ersten Seite den Luftkanal 14 und auf einer der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite den Abgasrückführkanal 20. Dabei ist das Ladeluftgehäuse 12 einstückig ausgebildet.
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Aus 4 ist erkennbar, dass sich der Abgasrückführkanal 20 bezogen auf die Bildebene von 4 von einem linken, vorderen Ende auf Höhe des ersten Zylinders zumindest im Wesentlich bis hin zur Mitte erstreckt.
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Besonders gut aus 2 bis 4 und 6 ist erkennbar, dass das Ladeluftgehäuse 12 eine in den Luftkanal 14 mündende Anschlussöffnung 30 aufweist. Über die Anschlussöffnung 30 ist der Luftkanal 14 mit einem Luftkanal eines separat vom Ladeluftgehäuse 12 und separat von der Abgasrückführleitung 22 ausgebildeten Luftrohrs fluidisch verbindbar. Der Luftkanal des Luftrohrs ist von der Luft durchströmbar, wobei die Luft infolge der fluidischen Verbindung aus dem Luftkanal des Luftrohrs aus- und in den Luftkanal 14 über die Anschlussöffnung 30 einströmen kann. Wie aus einer Zusammenschau von 3 und 4 erkennbar ist, weist der Abgasrückführkanal 20 in einer die Anschlussöffnung 30 in Umfangsrichtung begrenzenden Wandung 32 des Ladeluftgehäuses 12 zwei Ausströmöffnungen 34, 36 auf. Über diese Ausströmöffnungen 34 und 36 ist der die Anschlussöffnung 30 durchströmenden Luft das über die Ausströmöffnungen aus dem Abgasrückführkanal 20 ausströmende Abgas zuführbar. Besonders gut aus 6 ist erkennbar, dass sich der Abgasrückführkanal 20 zumindest im Wesentlichen ringförmig um die Anschlussöffnung 30 herum in der Wandung 32 erstreckt und über die Ausströmöffnungen 34, 36 in die Anschlussöffnung 30 einmündet. Die Luft durchströmt die Anschlussöffnung 30 beispielsweise in einer ersten Strömungsrichtung, wobei das Abgas in einer jeweiligen zweiten Strömungsrichtung über die Ausströmöffnungen 34 und 36 aus dem Abgasrückführkanal 20 ausströmt. Die jeweilige zweite Strömungsrichtung verläuft dabei zumindest im Wesentlichen senkrecht zur ersten Strömungsrichtung, so dass sich eine besonders vorteilhafte Durchmischung des Abgases mit der Luft realisieren lässt.
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Die Anschlussöffnung 30 stellt einen Ladelufteinlass dar, an welchem das Abgas eingedüst wird. Diese Eindüsung ist dabei so gewählt, dass sie das Abgas mit der Luft ohne übermäßige Turbulenzen mischt, also gegebenenfalls statt zu mischen gleichmäßig schichtet und somit das Abgas zumindest im Wesentlichen gleichmäßig auf alle Zylinder verteilt. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Durchmischung des Abgases mit der Luft auch auf einer kurzen Mischstrecke realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009016436 A1 [0002, 0004]
