DE102014106314A1

DE102014106314A1 - Einlassvorrichtung für eine Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014106314A1
Application number: DE102014106314.7A
Authority: DE
Inventors: Francesco Maltoni; Jeroen Slotman; Frank Haubner
Original assignee: FEV GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2014-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2015-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einlassvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine (100), insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, aufweisend einen Sammler (10) für das Sammeln eines Gases und einen Einlasskanal (14) für das Zuführen des gesammelten Gases zu einem Einlass (101) in die Brennkraftmaschine (100), wobei der Einlasskanal (14) einen ersten Kanalabschnitt (15), der sich zwischen einem ersten Auslass (11) des Sammlers (10) und dem Einlass (101) erstreckt, und einen zweiten Kanalabschnitt (16), der sich zwischen einem zweiten Auslass (12) des Sammlers (10) und einem dritten Auslass des Sammlers (13) erstreckt, aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine (100), aufweisend einen Brennraum (102) und eine Einlassvorrichtung (1) für das Zuführen von gesammeltem Gas aus einem Sammler (10) zu einem Einlass (101).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einlassvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, aufweisend einen Sammler für das Sammeln eines Gases und einen Einlasskanal für das Zuführen des gesammelten Gases zu einem Einlass in die Brennkraftmaschine, wobei der Einlasskanal einen ersten Kanalabschnitt, der sich zwischen einem ersten Auslass des Sammlers und dem Einlass erstreckt, und einen zweiten Kanalabschnitt, der sich zwischen einem zweiten Auslass des Sammlers und einem dritten Auslass des Sammlers erstreckt, aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen Brennraum und eine Einlassvorrichtung für das Zuführen von gesammeltem Gas aus einem Sammler zu einem Einlass.
Einlassvorrichtungen für Brennkraftmaschinen sind grundsätzlich bekannt. So weisen diese üblicherweise einen Sammler bzw. ein Sammelvolumen auf, welches in der Lage ist, Gas aus einer Zuführöffnung zu sammeln. Bei diesem Gas handelt es sich insbesondere um Luft oder ein Luftgemisch, welches durch die Einlassvorrichtung einem Brennraum der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt wird. Dabei kann es sich z. B. um die Zufuhrluft für die Verbrennung handeln. Bei bekannten Einlassvorrichtungen ist es ebenfalls bereits üblich, dass unterschiedliche Kanallängen durch unterschiedliche Kanalabschnitte eines Einlasskanals zur Verfügung gestellt werden, welche in Abhängigkeit der jeweiligen Lastsituation der Brennkraftmaschine geschaltet werden können.
Beispielsweise zeigen die DE 197 17 272 A1 , die DE 198 19 931 B4 sowie die EP 1 674 691 B1 jeweils eine solche Einlassvorrichtung mit einer Schaltbarkeit zwischen einem langen und einem kurzen Kanalabschnitt des Einlasskanals. Die Verlängerung des Einlasskanals wird dabei jeweils durch zusätzliche Kanalstücke erreicht, die innerhalb des Sammelvolumens angeordnet sind und gegebenenfalls für eine Verlängerung des Einlasskanals zugeschaltet werden können. Dies führt dazu, dass je nach Lastsituation eine unterschiedliche Länge und dementsprechend eine an die jeweilige Lastsituation angepasste Länge des Einlasskanals zur Verfügung gestellt werden kann. Insbesondere wird es auf diese Weise möglich, eine sich ausbildende Welle hinsichtlich der Frequenz der Welle an die entsprechende Lastsituation anzupassen. Insbesondere erfolgt die Anpassung derart, dass ein Wellenberg mit einer Öffnung eines entsprechendes Einlassventils in die Brennkammer der Brennkraftmaschine zusammenfällt um so eine Druckerhöhung und damit eine vergrößerte Eindringmenge des gesammelten Gases in die Brennkammer der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Jedoch sind die dafür notwendigen Wellenlängen für ein solches Zusammenfallen abhängig von der jeweiligen Lastsituation. Durch die Schaltbarkeit der Länge der einzelnen Kanalabschnitte kann nun eine Anpassung an den jeweiligen Lastfall der Brennkraftmaschine erfolgen.
Nachteilhaft bei bekannten Einlassvorrichtungen ist es jedoch zum einen, dass durch die Anordnung der zusätzlichen Kanalstücke im Sammelvolumen des Sammlers dieses einen großen Bauraum benötigt. Eine kompakte Bauweise einer Brennkraftmaschine mit einer derartigen Einlassvorrichtung wird dadurch zumindest erschwert, wenn nicht sogar verhindert. Des Weiteren sind oftmals Kanalstücke vorgesehen, die verschiedene Öffnungsquerschnitte aufweisen. Bei einer Verlängerung eines Einlasskanals durch Kanalstücke mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten kann es jedoch zu Turbulenzen und Verwirbelungen im der Brennkraftmaschine zugeführten Gas bzw. zu einem unerwünschten Druckverlust kommen, wodurch ein Strömungswiderstand des gesamten Einlasskanals erhöht wird. Dies wirkt sich beispielsweise wiederum erniedrigend auf die Menge an Gas aus, die durch eine derartige Einlassvorrichtung einer Brennkraftmaschine zugeführt werden kann, wodurch Leistungseinbußen der Brennkraftmaschine eintreten können.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einlassvorrichtung sowie eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die geringen Bauraumbedarf aufweisen und in einfacher und kostengünstiger Weise eine Anpassung an unterschiedliche Lastsituationen der Brennkraftmaschine für die Einlassvorrichtung gewährleisten.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Einlassvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Einlassvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, aufweisend einen Sammler für das Sammeln eines Gases und einen Einlasskanal für das Zuführen des gesammelten Gases zu einem Einlass in die Brennkraftmaschine, wobei der Einlasskanal einen ersten Kanalabschnitt, der sich zwischen einem ersten Auslass des Sammlers und dem Einlass erstreckt, und einen zweiten Kanalabschnitt, der sich zwischen einem zweiten Auslass des Sammlers und einem dritten Auslass des Sammlers erstreckt, aufweist. Eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsvorrichtung für ein fluidkommunizierendes Verbinden des ersten Kanalabschnitts mit dem zweiten Kanalabschnitt mit einem zwischen zumindest einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbaren Anschlusskanal vorgesehen ist, wobei der Anschlusskanal mit einer ersten Kanalöffnung und einer zweiten Kanalöffnung ausgebildet ist, und wobei der Anschlusskanal in seiner ersten Position den ersten Auslass zum Sammler freigibt und in seiner zweiten Position den ersten Auslass über die erste Kanalöffnung und die zweite Kanalöffnung mit dem zweiten Auslass fluidkommunizierend verbindet.
Eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung für eine Brennkraftmaschine wird insbesondere bei Kraftfahrzeugen eingesetzt. Eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung stellt, wie bei bekannten Einlassvorrichtungen üblich, eine Schaltbarkeit zwischen zumindest zwei wirksamen Längen eines Einlasskanals zur Verfügung. Ist im Folgenden von einem kurzen bzw. einem langen Einlasskanal die Rede, wird jeweils auf die für die Zuführung von Gas zum Einlass wirksame Länge des Einlasskanals Bezug genommen. Jedoch wird hier im Gegensatz zu den bekannten Lösungen eine Verbindung von Kanalabschnitten zur Verfügung gestellt. Dies wird dadurch erzielt, dass ein erster wirksamer Einlasskanal als erster Kanalabschnitt sich zwischen dem ersten Auslass des Sammlers und dem Einlass erstreckt. Darüber hinaus ist ein zweiter Kanalabschnitt vorgesehen, welcher sich zwischen einem zweiten Auslass des Sammlers und einem dritten Auslass des Sammlers erstreckt. Dieser zweite Kanalabschnitt ist insbesondere bevorzugt fest mit dem Sammler am zweiten und am dritten Einlass verbunden. Die Verbindung wird durch die Verbindungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung ermöglicht. Die Verbindungsvorrichtung weist dafür einen Anschlusskanal auf, der mit einer ersten und einer zweiten Kanalöffnung ausgebildet ist. Selbstverständlich sind die beiden Kanalöffnungen des Anschlusskanals miteinander fluidkommunizierend verbunden. Besonders bevorzugt kann der Anschlusskanal als Rohrstück ausgebildet sein.
Der Anschlusskanal der Verbindungsvorrichtung ist bewegbar gelagert, insbesondere im Inneren eines Sammelvolumens des Sammlers. Dabei kann der Anschlusskanal erfindungsgemäß zumindest zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegt werden. In der ersten Position gibt der Anschlusskanal den ersten Auslass zum Sammler hin frei. Das bedeutet, dass dann der wirksame Einlasskanal im Wesentlichen durch den ersten Kanalabschnitt gebildet ist. Gas aus dem Sammelvolumen des Sammlers kann über den ersten Auslass in den ersten Kanalabschnitt des Einlasskanals einströmen und wird von diesem zum Einlass und damit in einen Brennraum der Brennkraftmaschine geleitet. Ferner ist der Anschlusskanal in seiner ersten Position bevorzugt derart angeordnet, dass neben dem ersten auch der zweite und der dritte Auslass durch den Kanalabschnitt freigegeben sind. Eine Behinderung eines Gasflusses durch einen der drei Auslässe kann dadurch vermieden werden.
Befindet sich der Anschlusskanal in seiner zweiten Position, sind der erste Auslass und der zweite Auslass des Sammlers über die erste Kanalöffnung und die zweite Kanalöffnung miteinander fluidkommunizierend verbunden. Der wirksame Einlasskanal ist dadurch verlängert. Er ist dann im Wesentlichen durch den zweiten Kanalabschnitt, den Anschlusskanal und den ersten Kanalabschnitt gebildet. Gas strömt, wenn sich der Kanalabschnitt in seiner zweiten Position befindet, aus dem Sammelvolumen des Sammlers über den dritten Auslass in den zweiten Kanalabschnitt ein und wird von diesem zum zweiten Auslass geleitet. Durch die fluidkommunizierende Verbindung, die durch den Kanalabschnitt zwischen dem zweiten Auslass und dem ersten Auslass hergestellt wird, strömt das Gas im Anschluss aus dem zweiten Auslass über die zweite Kanalöffnung in den Anschlusskanal, anschließend über die erste Kanalöffnung und den ersten Auslass in den ersten Kanalabschnitt und schließlich aus dem ersten Kanalabschnitt in den Einlass und damit in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Somit wird mit dem Anschlusskanal in seiner ersten Position ein kurzer wirksamer Einlasskanal, mit dem Anschlusskanal in seiner zweiten Position ein langer wirksamer Einlasskanal zur Verfügung gestellt. Durch die Verwendung eines Anschlusskanals kann dabei insbesondere ein langer wirksamer Einlasskanal bereitgestellt werden, der über seine gesamte Länge nur einen geringen Strömungswiderstand aufweist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der erste und der zweite Kanalabschnitt sowie der Anschlusskanal einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweisen. Auch können die Oberflächen des ersten und des zweiten Kanalabschnitt sowie des Anschlusskanals für einen geringen Strömungswiderstand ausgebildet, beispielsweise beschichtet sein. Die Längen der einzelnen Elemente des Einlasskanals, insbesondere des ersten und des zweiten Kanalabschnitts, sind dabei bevorzugt auf verschiedene Lastbereiche eines Betriebs der Brennkraftmaschine, insbesondere auf Wellenlängen von Druckschwankungen des zugeführten Gases bei diesen Lastbereichen, abgestimmt. Dadurch, dass nur der Anschlusskanal insbesondere nicht der komplette zweite Kanalabschnitt zur Umschaltung zwischen den beiden Längen des Einlasskanals bewegt werden muss, kann eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung besonders kompakt aufgebaut sein und weist einen geringen Bauraumbedarf auf.
Neben der Reduktion der des Bauraumbedarfs, insbesondere durch die doppelte Nutzung des ersten Kanalabschnitts für einen kurzen und einen langen Einlasskanal und der Vermeidung einer notwendigen Bewegung des zweiten Kanalabschnitts innerhalb eines Sammelvolumens des Sammlers, wird ein weiterer Vorteil durch eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung erzielt. Dieser bezieht sich insbesondere auf den Kurzschluss des zweiten Kanalabschnitts, wenn sich der Anschlusskanal in seiner ersten Position befindet. Der zweite und der dritte Auslass sind in diesem Zustand des Sammlers nicht verschlossen, so dass durch den zweiten Kanalabschnitt das Sammelvolumen des Sammlers vergrößert ist. So wird es auf diese Weise möglich, dass Wellen, welche im Sammler angeregt werden, durch den Kurzschluss im zweiten Kanalabschnitt gedämpft werden. Mit anderen Worten würden solche angeregten Wellen, die auch in den zweiten Kanalabschnitt durch den zweiten oder den dritten Auslass eindringen können, sich dort durch den entstehenden Kurzschluss totlaufen bzw. sich gegenseitig aufheben. Somit führt dieser Kurzschluss des zweiten Kanalabschnitts bei einem Anschlusskanal in seiner ersten Position zu einer Dämpfungssituation bzw. einer Beruhigung ungewollter Wellen. Mit anderen Worten kann durch eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung eine saubere Trennung der sich ausbildenden Wellentypen bei gleichzeitiger Vergrößerung des Volumens des Sammlers zur Verfügung gestellt werden.
Unter dem Gas, welches in dem Sammler der Einlassvorrichtung gesammelt wird, ist insbesondere Luft bzw. ein Luftgemisch zu verstehen. Dieses Luftgemisch wird als Verbrennungsluft dem Brennraum der Brennkraftmaschine über den Einlass zugeführt. Dabei kann der Einlass direkt ein Einlassventil aufweisen, um ein schaltbares Zuführen zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung vorgesehen sein, dass in der zweiten Position des Anschlusskanals durch ein Anlegen, insbesondere durch ein zumindest abschnittsweise überlappendes Anlegen, der ersten Kanalöffnung an den ersten Auslass und der zweiten Kanalöffnung an den zweiten Auslass der erste Auslass mit dem zweiten Auslass fluidkommunizierend verbunden ist. Ein derartiges Anlegen stelle eine besonders einfache Art und Weise dar, eine fluidkommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Auslass über die erste Kanalöffnung und die zweite Kanalöffnung mit dem zweiten Auslass herzustellen. Durch ein, zumindest teilweises, Überlappen des Anschlusskanals mit dem ersten Kanalabschnitt und/oder des Anschlusskanals mit dem zweiten Kanalabschnitt beim Anlegen kann ferner sichergestellt werden, dass Ungenauigkeiten beim Anlegen nicht zu einem Verlust der fluidkommunizierenden Verbindung führen. Das Überlappen kann dabei bevorzugt entlang der Richtung des Gasflusses durch den Einlasskanal, von dem der erste und der zweite Kanalabschnitt sowie der Anschlusskanal Elemente sind, vorliegen. Ein noch sichereres fluidkommunizierendes Verbinden der einzelnen Elemente des Einlasskanals ist dadurch möglich.
Auch kann eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung dahingehend ausgebildet sein, dass zumindest eine Dichtungsvorrichtung vorgesehen ist, durch die die fluidkommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Auslass über die erste Kanalöffnung und die zweite Kanalöffnung zum zweiten Auslass abgedichtet ist. Durch eine derartige Dichtungsvorrichtung ist ein insbesondere verlustfreies Strömen von Gas im Einlasskanal ermöglicht, unabhängig von der Länge des Einlasskanals. Insbesondere kann ein Ausströmen von Gas aus dem Einlasskanal an den Verbindungsstellen zwischen dem zweiten Kanalabschnitt und dem Anschlusskanal sowie zwischen dem Anschlusskanal und dem ersten Kanalabschnitt dadurch verhindert werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung kann ferner vorgesehen sein, dass die zumindest eine Dichtungsvorrichtung korrespondierende Dichtungsflächen am ersten Auslass und der ersten Kanalöffnung und/oder am zweiten Auslass und der zweiten Kanalöffnung umfasst. Die Dichtungsflächen können dabei bevorzugt derart vorgesehen sein, dass sie aneinander anliegen, wenn sich der Anschlusskanal in seiner zweiten Position befindet. Korrespondierend im Sinne der Erfindung bedeutet dabei, dass sich die Dichtwirkung der beiden korrespondierenden Dichtflächen bevorzugt ergänzen bzw. dass die korrespondierenden Dichtflächen aufeinander abgestimmt sind. So kann beispielsweise am Anschlusskanal als Dichtfläche ein Kunststoffelement, beispielsweise ein Dichtungsring, und am ersten Auslass eine entsprechend geformte Dichtfläche vorgesehen sein, in die das Kunststoffelement zum Eingriff gebracht werden kann. Eine besonders gute Dichtwirkung kann dadurch erreicht werden.
Auch kann eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung derart ausgebildet sein, dass zumindest eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, die zum Führen und/oder Zentrieren des Anschlusskanal bei seiner Bewegung von der ersten Position in die zweite Position und/oder in seiner zweiten Position ausgebildet ist. Eine Führungsvorrichtung kann dabei am ersten oder zweiten Auslass des Sammlers, an der ersten oder der zweiten Kanalöffnung des Anschlusskanals oder an mehreren dieser Positionen angeordnet sein. Durch eine derartige Führungsvorrichtung kann insbesondere erreicht werden, dass der Anschlusskanal bei seiner Bewegung in seine zweite Position bzw. in seiner zweiten Position geführt ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine ideale Positionierung des Anschlusskanals in seiner zweiten Position eingenommen wird, ergänzend zu einer Genauigkeit, die durch eine Lagerung und/oder ein Antrieb für die Bewegung des Anschlusskanals ermöglicht werden kann. Gleichzeitig können die Lagerung und/oder der Antrieb einfacher ausgestaltet sein, da diese durch das Vorhandensein einer Führungsvorrichtung mit geringeren Genauigkeitsanforderungen ausgebildet werden können. Eine weitere Vereinfachung durch eine Verringerung der Komplexität einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung kann dadurch erreicht werden. Darüber hinaus können selbstverständlich die Führungsvorrichtung und die korrespondierende Gegenfläche derart ausgebildet sein, insbesondere zueinander einen derartig kleinen Winkel, bevorzugt einen Winkel kleiner 7°, einschließen, so dass der Anschlusskanal in seiner zweiten Position selbstgehemmt gehalten ist. Eine besonders gute und sichere Positionierung des Anschlusskanals in seiner zweiten Position kann dadurch erreicht werden.
Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung vorgesehen sein, dass eine Vorspannvorrichtung vorgesehen ist, die zum Drücken des Anschlusskanals mit einer Vorspannkraft, insbesondere einer Dichtkraft, in seine zweite Position ausgebildet ist. Eine derartige Vorspannvorrichtung kann dabei bevorzugt in einen Antrieb des Anschlusskanals integriert und/oder diesem zugeordnet sein. Selbstverständlich kann die Vorspannvorrichtung auch durch den Antrieb gebildet sein. Dadurch, dass die Vorspannvorrichtung zum Drücken des Anschlusskanals mit einer Vorspannkraft in seine zweite Position ausgebildet ist, kann die Abdichtung der fluidkommunizierenden Verbindungen zwischen dem ersten Auslass und der ersten Kanalöffnung sowie zwischen dem zweiten Auslass und der zweiten Kanalöffnung nochmals verbessert werden.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung kann ferner vorgesehen sein, dass eine Flächennormale einer Öffnungsebene der ersten Kanalöffnung und eine Flächennormale einer Öffnungsebene der zweiten Kanalöffnung einen Winkel kleiner als 180°, bevorzugt ca. 135°, einschließen. Die Öffnungsebenen stellen dabei insbesondere die Ebenen dar, die zumindest im Wesentlichen durch die erste bzw. die zweite Kanalöffnung gebildet werden. Bei einer Kanalöffnung, die nicht eben ist und beispielsweise eine gebogene Form aufweist, kann eine über die Kanalöffnung gemittelte Ebene als Öffnungsebene verwendet werden. Insbesondere kann auch eine Ebene als Öffnungsebene verwendet werden, deren Flächennormale mit der zu erwartenden Strömungsrichtung des Gases im Anschlusskanal im Bereich der Kanalöffnung parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel ist. Dadurch, dass die Flächennormalen der Öffnungsebenen einen Winkel kleiner als 180°, bevorzugt ca. 135°, einschließen, ist der Anschlusskanal keilförmig ausgebildet. Dadurch ist es ermöglicht, dass der Anschlusskanal in seiner zweiten Position gleichzeitig sowohl mit seiner ersten Kanalöffnung an den ersten Auslass als auch mit seiner zweiten Kanalöffnung an den zweiten Auslass durch die Vorspannvorrichtung angedrückt werden kann. Insbesondere bei einem eingeschlossenen Winkel von ca. 135° ist dies besonders einfach und kraftsparend möglich. Eine besonders gute Dichtwirkung durch das Andrücken kann dadurch besonders einfach erreicht werden. Es ist insbesondere nur eine Vorspannvorrichtung nötig, da diese zum gleichzeitigen Abdichten beider Verbindungspunkte, einer zwischen dem ersten Auslass und der ersten Kanalöffnung und der zweite zwischen dem zweiten Auslass und der zweiten Kanalöffnung, durch Andrücken des Anschlusskanals ausgebildet ist.
Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung vorgesehen sein, dass bei einer Bewegung des Anschlusskanals aus seiner ersten Position in seine zweite Position das Anlegen der ersten Kanalöffnung an den ersten Auslass und der zweiten Kanalöffnung an den zweiten Auslass gleichzeitig oder zumindest im Wesentlichen gleichzeitig erfolgt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Einlasskanal, der zum Zuführen von Gas aus dem Sammler zum Einlass der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, zu jeder Zeit eine definierte Länge aufweist. So wird der Einlasskanal, wenn sich der Anschlusskanal in seiner ersten Position oder in einer Position, die nicht die zweite Position ist, befindet, im Wesentlichen durch den ersten Kanalabschnitt gebildet. Nur, wenn sich der Anschlusskanal in seiner zweiten Position befindet, wird der Einlasskanal im Wesentlichen durch den zweiten Kanalabschnitt, den Anschlusskanal und den ersten Kanalabschnitt gebildet. Ein Zwischenzustand, bei dem der Anschlusskanal mit einer seiner Kanalöffnungen bereits am entsprechenden Auslass des Sammlers anliegt und die andere Kanalöffnung zum Inneren des Sammlers noch frei liegt, können dadurch vermieden werden. Eine besonders gute Abstimmung der einstellbaren Längen des Einlasskanals auf die verschiedenen Lastanforderungen der Brennkraftmaschine kann dadurch ermöglicht werden.
Besonders bevorzugt kann eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung ferner dahingehend ausgebildet sein, dass der erste Auslass und die erste Kanalöffnung und/oder der zweite Auslass und die zweite Kanalöffnung einen gleichen oder zumindest im Wesentlichen gleichen Öffnungsquerschnitt aufweisen. Als Öffnungsquerschnitt ist dabei gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere sowohl die Form der Öffnung als auch die Fläche bzw. Größe der Öffnung zu verstehen. Der erste Auslass und die erste Kanalöffnung sowie der zweite Auslass und die zweite Kanalöffnung liegen jeweils aneinander an, wenn sich der Anschlusskanal in seiner zweiten Position befindet. Durch gleiche Öffnungsquerschnitte dieser jeweils korrespondierenden Öffnungen können Sprünge im Innenquerschnitt des Einlasskanals an diesen Stellen verhindert werden. Derartige Sprünge würden sich negativ auf das Flussverhalten des Gases im Einlasskanal auswirken, da durch derartige Sprünge Verwirbelungen und Turbulenzen im Gas entstehen können. Besonders gute Strömungseigenschaften eines Einlasskanals, insbesondere unabhängig vom Schaltzustand der Einlassvorrichtung, können somit erreicht werden.
Darüber hinaus kann bei einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung ferner vorgesehen sein, dass die Verbindungsvorrichtung zur Lagerung des Anschlusskanals bei einer Rotationsbewegung des Anschlusskanals zwischen der ersten Position und der zweiten Position eine Lagerungsvorrichtung, insbesondere einen Drehbolzen und/oder eine Gelenkkupplung, aufweist. Durch eine derartige Lagerungsvorrichtung kann eine sichere und insbesondere reproduzierbare Positionierung des Anschlusskanals besonders einfach sichergestellt werden. Der Anschlusskanal wird durch die Lagerungsvorrichtung gelagert und insbesondere auch gehalten. Bei einer Drehbewegung und/oder einer Translationsbewegung kann insbesondere durch eine als Drehbolzen und/oder Gelenkkupplung ausgebildete Lagerungsvorrichtung sichergestellt werden, dass die Bewegung des Anschlusskanals bei jeder Schaltbewegung gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich ist. Eine besonders hohe Zuverlässigkeit und eine niedrige Ausfallrate einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung kann dadurch erreicht werden.
Ferner kann eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung dahingehend ausgebildet sein, dass der erste Auslass und/oder der zweite Auslass und/oder der dritte Auslass trichterförmig ausgebildet sind. Trichterförmig im Sinne der Erfindung bedeutet dabei, dass der Öffnungsquerschnitt des jeweiligen Auslasses, insbesondere bezüglich der Fläche, zumindest abschnittsweise größer ist, als der entsprechende Kanalabschnitt, dessen Ende der jeweilige Auslass bildet. Besonders bevorzugt ist dabei, dass der Auslass vollumfänglich trichterförmig ausgebildet ist. Durch eine derartige Trichterform eines Auslasses kann der Strömungswiderstand für ein- bzw. ausströmendes Gas gesenkt werden. Eine noch bessere und effizientere Zuführung von Gas durch eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung kann dadurch erreicht werden. Selbstverständlich können dabei die trichterförmig ausgebildeten Einlässe auch als Führungsvorrichtungen und/oder Dichtungsvorrichtungen ausgebildet sein und somit Führungs- bzw. Dichtfunktionen bereitstellen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen Brennraum und eine Einlassvorrichtung für das Zuführen von gesammeltem Gas aus einem Sammler zu einem Einlass. Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Dementsprechend bringt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert worden sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den einzelnen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:
1a eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung mit einem Anschlusskanal in seiner ersten Position,
1b die Ausführungsform der 1a in vergrößerter Darstellung mit dem Anschlusskanal in einer Zwischenposition und
1c die Ausführungsform der 1a mit dem Anschlusskanal in seiner zweiten Position.
Die 1a, 1b und 1c zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung 1, die in einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 100 verwendet ist. Die 1a, 1b und 1c werden daher im Folgenden unter gegenseitiger Bezugnahme beschrieben.
Bei der gezeigten erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung 1 kann Gas durch eine Zuführöffnung 17 in den Sammler 10 einströmen und wird dann durch den Einlasskanal 14 weitergeleitet. Dabei befindet sich in 1a der Anschlusskanal 21 der Verbindungsvorrichtung 20 in seiner ersten Position 50. Der Einlasskanal 14 wird somit im Wesentlichen durch den ersten Kanalabschnitt 15 gebildet, der sich vom ersten Auslass 11 des Sammlers 10 zum Einlass 101 im Brennraum 102 der Brennkraftmaschine 100 erstreckt. Hier ist ein Ventil zu erkennen, welches den Einlass 101 in definierter Weise zum Brennraum 102 öffenbar macht. Der Brennraum 102 ist in den 1a und 1c angeschnitten abgebildet und zeigt eine mögliche Anordnungsposition einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung 1 bezüglich weiterer Bestandteile einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 100. Die Länge des Einlasskanals 14 in dieser Schaltstellung der erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung 1 ist dabei derart gewählt, dass sich Wellen im Gas ausbilden, die für einen Betrieb der Brennkraftmaschine 100 bei hoher Leistung, und damit bei hohen Drehzahlen, vorteilhaft ist. Der zweite Kanalabschnitt 16 ist durch den zum Sammler 10 hin geöffneten zweiten 12 und dritten 13 Auslass kurzgeschlossen. Dies hat den Vorteil, dass der zweite Kanalabschnitt 16 zum einen das Sammelvolumen des Sammlers 10 vergrößert und gleichzeitig durch den Kurzschluss seiner durch die Auslässe 12, 13 gebildeten Enden ungewollte und schädliche Schwingungswellen im Gas gedämpft werden.
Der Anschlusskanal 21 der Verbindungsvorrichtung 20 kann aus seiner ersten Position 50 in seine zweite Position 60 bewegt werden. Dafür ist in der erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung 1 insbesondere eine als Drehbolzen 27 ausgebildete Lagerungsvorrichtung 26 vorgesehen. Bei einer Bewegung zwischen seinen Positionen 50, 60 wird der Anschlusskanal 21 in der vorliegenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung 1 um den Drehbolzen 27 gedreht. Selbstverständlich sind in anderen Ausführungsformen auch eine translatorische und/oder eine Kombination aus Drehbewegung und Translationsbewegung des Anschlusskanals 21 denkbar. Der Anschlusskanal 21 ist als Rohrstück ausgebildet. In 1b ist der Anschlusskanal 21 in einer Zwischenposition, also einer Position zwischen seiner ersten Position 50 und seiner zweiten Position 60 gezeigt. Die erste Kanalöffnung 30 ist noch nicht vollständig am ersten Auslass 11 des Sammlers und die zweite Kanalöffnung 40 noch nicht vollständig am zweiten Auslass 12 des Sammlers angeordnet. Die fluidkommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Auslass 11 über die erste Kanalöffnung 30 und die zweite Kanalöffnung 40 mit dem zweiten Auslass 12 ist noch nicht hergestellt. Deutlich sichtbar ist, dass die Flächennormalen 32, 42 der Öffnungsebenen 31, 41 der beiden Kanalöffnungen 30, 40 einen Winkel kleiner 180° einschließen. Der Anschlusskanal 21 ist somit keilförmig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass durch eine einzige Kraft beide Kanalöffnungen 30, 40 gleichzeitig gegen den jeweiligen Auslass 11, 12 gedrückt werden können. Eine besonders einfache und gleichzeitig gute Abdichtung der fluidkommunizierenden Verbindung, die durch den Anschlusskanal 21 zwischen dem ersten Auslass 11 und dem zweiten Auslass 12 herstellbar ist, ist dadurch ermöglicht. Für eine weitere Steigerung der Abdichtung ist in der gezeigten Ausführungsform die erfindungsgemäße Einlassvorrichtung 1 mit einer als korrespondierende Dichtungsflächen 23 ausgebildete Dichtungsvorrichtung 22 versehen. Die Dichtungsvorrichtung 22 ist hierbei nur am ersten Auslass 11 und an der ersten Kanalöffnung 30 gezeigt. Selbstverständlich kann eine derartige Dichtungsvorrichtung 22 auch am zweiten Auslass 12 und an der zweiten Kanalöffnung 40 vorgesehen sein. Die Dichtungsflächen können dabei als einfache Oberflächen der Auslässe 11, 12 bzw. der Kanalöffnungen 30, 40, aber selbstverständlich auch als separate Bauteile wie beispielsweise Kunststoffringe oder ähnliches ausgebildet sein Zusätzlich kann die Abdichtung dabei durch eine Vorspannvorrichtung 25 unterstützt werden. Durch diese Vorspannvorrichtung 25 kann dabei insbesondere eine als Dichtkraft wirkende Vorspannkraft erzeugt werden, die den Anschlusskanal 21 gegen den ersten 11 und den zweiten Auslass 12 drückt. Eine derartige Vorspannvorrichtung 25 kann dabei bevorzugt beispielsweise in einen Antrieb der Verbindungsvorrichtung 20 integriert oder diesem zumindest zugeordnet sein. Auch sind in der gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung 1 am ersten Einlass 11 Führungsvorrichtungen 24 vorgesehen. Durch diese Führungsvorrichtungen 24 wird der Anschlusskanal 21 bei seiner Bewegung in seine zweite Position 60 bzw. in seiner zweiten Position 60 geführt bzw. gehalten. Eine Steigerung der Genauigkeit der durchgeführten Bewegung des Anschlusskanals 21 kann dadurch erreicht werden. Selbstverständlich können derartige Führungsvorrichtungen 24 auch am zweiten Auslass 12 und/oder an den Kanalöffnungen 30, 40 vorgesehen sein. Des Weiteren ist insbesondere in 1b zu erkennen, dass insbesondere der erste 11 und der dritte Auslass 13 trichterförmig ausgebildet sind. Durch diese trichterförmige Ausgestaltung kann insbesondere ein Einströmen von Gas in diese Auslässe 11, 13 erleichtert werden, da dadurch Verwirbelungen und/oder Turbulenzen vermieden oder zumindest vermindert werden können. Die Effizienz einer erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung 1 bei der Zuleitung von Gas zu einem Einlass 101 eines Brennraums 102 einer Brennkraftmaschine 100 kann dadurch nochmals gesteigert werden.
In 1c befindet sich der Anschlusskanal 21 in seiner zweiten Position 60. Eine fluidkommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Auslass 11 über die erste Kanalöffnung 30 und die zweite Kanalöffnung 40 zum zweiten Auslass 12 ist hergestellt. Durch die Vorspannvorrichtung 25 und die Dichtungsvorrichtung 22 kann eine Abdichtung dieser fluidkommunizierenden Verbindung sichergestellt werden. Der Einlasskanal 14 wird somit im Wesentlichen nun durch den zweiten Kanalabschnitt 16, den Anschlusskanal 21 und den ersten Kanalabschnitt 15 gebildet. Die Länge des Einlasskanals 14 in dieser Schaltstellung der erfindungsgemäßen Einlassvorrichtung 1 ist dabei derart gewählt, dass sich Wellen im Gas ausbilden, die für einen Betrieb der Brennkraftmaschine 100 bei hohem Drehmoment, und damit bei niedrigen Drehzahlen, vorteilhaft ist. Gas kann wiederum durch eine Zuführöffnung 17 in den Sammler 10 einströmen und wird dann durch den Einlasskanal 14 weitergeleitet, wobei das Gas jetzt durch den dritten Auslass 13 in den Einlasskanal 14 einströmt. Eine erfindungsgemäße Einlassvorrichtung 1 stellt somit eine besonders einfache und kompakte Vorrichtung dar, um eine Zuführung von Gas zu einem Einlass 101 eines Brennraums 102 einer Brennkraftmaschine 100 zu schaffen, wobei die Länge des Einlasskanals 14 veränderbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Einlassvorrichtung
10: Sammler
11: erster Auslass
12: zweiter Auslass
13: dritter Auslass
14: Einlasskanal
15: erster Kanalabschnitt
16: zweiter Kanalabschnitt
17: Zuführöffnung
20: Verbindungsvorrichtung
21: Anschlusskanal
22: Dichtungsvorrichtung
23: Dichtungsfläche
24: Führungsvorrichtung
25: Vorspannvorrichtung
26: Lagerungsvorrichtung
27: Drehbolzen
30: erste Kanalöffnung
31: Öffnungsebene der erste Kanalöffnung
32: Flächennormale der Öffnungsebene der erste Kanalöffnung
40: zweite Kanalöffnung
41: Öffnungsebene der zweiten Kanalöffnung
42: Flächennormale der Öffnungsebene der zweiten Kanalöffnung
50: erste Position
60: zweite Position
100: Brennkraftmaschine
101: Einlass
102: Brennraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19717272 A1 [0003]
DE 19819931 B4 [0003]
EP 1674691 B1 [0003]

Claims

Einlassvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine (100), insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, aufweisend einen Sammler (10) für das Sammeln eines Gases und einen Einlasskanal (14) für das Zuführen des gesammelten Gases zu einem Einlass (101) in die Brennkraftmaschine (100), wobei der Einlasskanal (14) einen ersten Kanalabschnitt (15), der sich zwischen einem ersten Auslass (11) des Sammlers (10) und dem Einlass (101) erstreckt, und einen zweiten Kanalabschnitt (16), der sich zwischen einem zweiten Auslass (12) des Sammlers (10) und einem dritten Auslass des Sammlers (13) erstreckt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsvorrichtung (20) für ein fluidkommunizierendes Verbinden des ersten Kanalabschnitts (15) mit dem zweiten Kanalabschnitt (16) mit einem zwischen zumindest einer ersten Position (50) und einer zweiten Position (60) bewegbaren Anschlusskanal (21) vorgesehen ist, wobei der Anschlusskanal (21) mit einer ersten Kanalöffnung (30) und einer zweiten Kanalöffnung (40) ausgebildet ist, und wobei der Anschlusskanal (21) in seiner ersten Position (50) den ersten Auslass (11) zum Sammler (10) freigibt und in seiner zweiten Position (60) den ersten Auslass (11) über die erste Kanalöffnung (30) und die zweite Kanalöffnung (40) mit dem zweiten Auslass (12) fluidkommunizierend verbindet.
Einlassvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Position (60) des Anschlusskanals (21) durch ein Anlegen, insbesondere durch ein zumindest abschnittsweise überlappendes Anlegen, der ersten Kanalöffnung (30) an den ersten Auslass (11) und der zweiten Kanalöffnung (40) an den zweiten Auslass (12) der erste Auslass (11) mit dem zweiten Auslass (12) fluidkommunizierend verbunden ist.
Einlassvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Dichtungsvorrichtung (22) vorgesehen ist, durch welche die fluidkommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Auslass (11) über die erste Kanalöffnung (30) und die zweite Kanalöffnung (40) zum zweiten Auslass (12) abgedichtet ist.
Einlassvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Dichtungsvorrichtung (22) korrespondierende Dichtungsflächen (23) am ersten Auslass (11) und der ersten Kanalöffnung (30) und/oder am zweiten Auslass (12) und der zweiten Kanalöffnung (40) umfasst.
Einlassvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Führungsvorrichtung (24) vorgesehen ist, die zum Führen und/oder Zentrieren des Anschlusskanals (21) bei seiner Bewegung von der ersten Position (50) in die zweite Position (60) und/oder in seiner zweiten Position (60) ausgebildet ist.
Einlassvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspannvorrichtung (25) vorgesehen ist, die zum Drücken des Anschlusskanals (21) mit einer Vorspannkraft, insbesondere einer Dichtkraft, in seine zweite Position (60) ausgebildet ist.
Einlassvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flächennormale (32) einer Öffnungsebene (31) der ersten Kanalöffnung (30) und eine Flächennormale (42) einer Öffnungsebene (41) der zweiten Kanalöffnung (40) einen Winkel kleiner als 180°, bevorzugt ca. 135°, einschließen.
Einlassvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bewegung des Anschlusskanals (21) aus seiner ersten Position (50) in seine zweite Position (60) das Anlegen der ersten Kanalöffnung (30) an den ersten Auslass (11) und der zweiten Kanalöffnung (40) an den zweiten Auslass (12) gleichzeitig oder zumindest im Wesentlichen gleichzeitig erfolgt.
Einlassvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Auslass (11) und die erste Kanalöffnung (30) und/oder der zweite Auslass (12) und die zweite Kanalöffnung (40) einen gleichen oder zumindest im Wesentlichen gleichen Öffnungsquerschnitt aufweisen.
Einlassvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung (20) zur Lagerung des Anschlusskanals (21) bei einer Rotationsbewegung des Anschlusskanals (21) zwischen der ersten Position (50) und der zweiten Position (60) eine Lagerungsvorrichtung (26), insbesondere einen Drehbolzen (27) und/oder eine Gelenkkupplung, aufweist.
Einlassvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Auslass (11) und/oder der zweite Auslass (12) und/oder der dritte Auslass (13) trichterförmig ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine (100), aufweisend einen Brennraum (102) und eine Einlassvorrichtung (1) für das Zuführen von gesammeltem Gas aus einem Sammler (10) zu einem Einlass (101), dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassvorrichtung (1) die Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.