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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansaugvorrichtung zum Ansaugen von Frischgas und zur Zuführung desselben zu einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung hin, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Ansaugvorrichtung ist zur Frischgas-Wirbelbildung in einer Brennkammer der Brennkraftmaschine geeignet und umfasst unter anderem:
- - ein im fertig montierten Zustand brennkraftmaschinenferneres Frischgas-Einlassende,
- - ein im fertig montierten Zustand brennkraftmaschinennäheres Frischgas-Auslassende,
- - ein zwischen dem Frischgas-Einlassende und dem Frischgas-Auslassende vorgesehener Frischgas-Wärmetauscher zur Übertragung von Wärmeenergie zwischen dem Frischgas und einem den Frischgas-Wärmetauscher durchströmenden Wärmetauschermedium,
- - eine einlassseitige Frischgasleitung zur Zuleitung von Frischgas vom Frischgas-Einlassende zum Frischgas-Wärmetauscher hin,
- - eine Mengen-Drosselvorrichtung, welche zur Veränderung der im Betrieb der Ansaugvorrichtung pro Zeiteinheit vom Frischgas-Einlassende zum Frischgas-Auslassende strömenden Frischgasmenge ausgebildet ist,
- - eine Mehrzahl von gesonderten auslassseitigen Frischgasleitungen, welche zur Zuleitung von Frischgas in Richtung vom Frischgas-Wärmetauscher zu den einzelnen Brennkammern der Brennkraftmaschine hin ausgebildet sind, wobei für jede durch die Ansaugvorrichtung mit Frischgas zu versorgende Brennkammer eine Frischgasleitungsgruppe mit wenigstens zwei gesonderten auslassseitigen Frischgasleitungen vorgesehen ist, und
- - eine Wirbel-Drosselanordnung, welche zur Veränderung der Frischgasmenge ausgebildet ist, die im Betrieb der Ansaugvorrichtung pro Zeiteinheit einen ersten Teil von auslassseitigen Frischgasleitungen einer jeden Frischgasleitungsgruppe durchströmt.
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Eine Frischgasmenge, die im Betrieb der Ansaugvorrichtung pro Zeiteinheit einen vom ersten Teil verschiedenen zweiten Teil von auslassseitigen Frischgasleitungen einer jeden Frischgasleitungsgruppe durchströmt, ist durch Betätigung der Mengen-Drosselvorrichtung veränderbar.
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Eine Ansaugvorrichtung mit den zuvor aufgezählten Merkmalen ist in Fahrzeugen der Marke Opel® und Chevrolet® und BMW® verwendet. Derartige Ansaugvorrichtungen werden beispielsweise hergestellt und vertrieben von den Firmen Magneti Marelli, Mann & Hummel oder auch Mahle.
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Um die Gemischbildung des zu zündenden Gemisches für die Brennkraftmaschine zu beeinflussen, kann bei den bekannten Ansaugvorrichtungen über eine Steuerung der Wirbel-Drosselanordnung der Frischgasstrom in die Brennkammern der Brennkraftmaschine so gesteuert werden, dass er in einem Extremfall über den ersten und den zweiten Teil der auslassseitigen Frischgasleitungen im Wesentlichen zu gleichen Teilen symmetrisch in die Brennkammer zugeleitet wird, was eine Wirbelbildung im Wesentlichen vermeidet. Im anderen Extremfall wird der erste Teil von auslassseitigen Frischgasleitungen durch die Wirbel-Drosselanordnung geschlossen bzw. ihr Strömungsquerschnitt minimiert, so dass das Frischgas ausschließlich oder wenigstens größtenteils über den zweiten Teil der auslassseitigen Frischgasleitungen den einzelnen Brennkammern asymmetrisch zugeführt wird, wodurch der Frischgasmengenstrom in die Brennkammern hinein einen um die Hubbewegungsachse des Kolbens herum wendelförmig verlaufenden Drall erhält. Dieses Wirbelbildungsverfahren wird häufig auch als „Swirl-Verfahren“ bezeichnet, im Gegensatz zu einem anderen, als „Tumble-Verfahren“ bezeichneten Wirbelbildungsverfahren, bei welchem ein Drall des Frischgases um eine zur Hubbewegungsachse im Wesentlichen orthogonale Achse erzeugt wird.
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Nachteilig an den bekannten Ansaugvorrichtungen ist, dass in jeder ersten auslassseitigen Frischgasleitung je eine Drosselklappe vorgesehen ist, was einen unerwünscht hohen Aufwand für Herstellung und Montage bedeutet. Dieser Aufwand wird durch den in der gattungsgemäßen Ansaugvorrichtung vorgesehenen Frischgas-Wärmetauscher noch erhöht, der in der Regel eine Ladeluftkühlung bereitstellt. Durch das Vorsehen der Ladeluftkühlung steht für die Realisierung der Wirbelbildung in der Ansaugvorrichtung nur äußerst begrenzt Bauraum zur Verfügung, da die Gesamtabmessungen der Ansaugvorrichtung wiederum durch den im Motorraum gegebenen Einbauraum vorgegeben sind.
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Eine gattungsgemäße Ansaugvorrichtung mi allen Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus der
DE 199 61 292 C2 bekannt. Diese Druckschrift offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem elektronischen Steuergerät für Einspritzung oder/und Zündung, wobei den Zylindern der Brennkraftmaschine Abgas einer Abgasleitung zuführbar ist. Mittels wenigstens eines Sensors werden zylinderselektive Lambdawerte ermittelt, wobei ausgehend von einem Vergleich zwischen dem Istwert und einem Sollwert eine Stellgröße für ein Stellglied vorgebbar ist, das den Anteil an rückgeführtem Abgas beeinflusst. Das Steuerungsverfahren umfasst ein Verfahren zur Laufruheregelung oder/und ein Verfahren zur Mengenausgleichsregelung, um eine Gleichstellung der Zylinder bezüglich ihres Drehzahlverhaltens zu bewirken, sodass jeder Zylinder das gleiche effektive Drehmoment abgibt oder jeden Zylinder die gleiche Kraftstoffmenge zugemessen wird.
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Aus der
DE 10 2010 036 592 A1 ist eine Vorrichtung zur Ladeluftkühlung bekannt, wobei in einem Gehäuse ein Ladeluftkühler angeordnet ist, und zwar derart, dass dem in dem Gehäuse angeordneten Ladeluftkühler zu kühlende Ladeluft über eine mehrere Zuluftanschlüsse aufweisende Zuluftkammer zuführbar ist. Die Zuluftkammer ist von dem Gehäuse bereitgestellt. Von dem in dem Gehäuse angeordneten Ladeluftkühler gekühlte Ladeluft ist über eine ausschließlich einen Abluftanschluss aufweisende Abluftkammer abführbar. Die Abluftkammer ist ebenfalls von dem Gehäuse bereitgestellt.
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Zum weiteren Hintergrund des Standes der Technik der Ladeluftkühlung wird beispielsweise verwiesen auf die
WO 2010/ 146 063 A1 oder auch auf die
DE 10 2009 050 258 B3 sowie die
JP S60- 88 821 A. Hinsichtlich einer alternativen Realisierung einer Wirbelbildung, allerdings ohne ein Klappensystem und ohne dabei offenbarte Ladeluftkühlung, sei die
DE 10 2005 052 422 A1 genannt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäße Ansaugvorrichtung bei gleicher Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Wirbelbildung und ihrer Einstellbarkeit sowie der Ladeluftkühlung in ihrem Aufwand für Herstellung und Montage zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ansaugvorrichtung mit allen Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Wie bei der gattungsgemäßen Ansaugvorrichtung der
DE 199 61 292 C2 sind auch bei der erfindungsgemäßen Ansaugvorrichtung ein erster Sammelleitungsabschnitt, von welchem alle ersten Teile der Frischgasleitungsgruppen zum Frischgas-Auslassende hin abzweigen, und ein zweiter Sammelleitungsabschnitt, von welchem alle zweiten Teile der Frischgasleitungsgruppen zum Frischgas-Auslassende hin abzweigen, ab einer Trennungsstelle stromabwärts bis zum Frischgas-Auslassende derart strömungsmechanisch voneinander getrennt, wobei von der Trennungsstelle bis zum Frischgas-Auslassende, der erste Sammelleitungsabschnitt und alle ersten Teile der Frischgasleitungsgruppen einen ersten Strömungsraum bilden und der zweite Sammelleitungsabschnitt und alle zweiten Teile der Frischgasleitungs gruppen einen zweiten Strömungsraum bilden. Die Wirbel-Drosselanordnung ist im ersten Sammelleitungsabschnitt und die Mengen-Drosselvorrichtung ist im zweiten Sammelleitungsabschnitt vorgesehen.
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Mit dieser Ausgestaltung der Ansaugvorrichtung ist es möglich, sowohl bei der Mengen-Drosselvorrichtung als auch bei der Wirbel-Drosselanordnung mit einer einzigen Drosseleinrichtung, etwa einer Drosselklappe, pro erstem bzw. zweitem Teil der Frischgasleitungsgruppen auszukommen. Der Frischgasmengenstrom in den einzelnen Teilen der Frischgasleitungsgruppen wird erfindungsgemäß also im Sammelleitungsabschnitt mengenmäßig verändert und erreicht die Teile der auslassseitigen Frischgasleitungen bereits durch die strömungstechnisch stromaufwärts gelegene Mengen-Drosselvorrichtung bzw. Wirbel-Drosselanordnung unmittelbar mengenmäßig eingestellt. Die angesprochene strömungsmechanische Trennung der Sammelleitungsabschnitte sowie der ersten und der zweiten Teile der Frischgasleitungsgruppen voneinander ist daher notwendig, um die durch die Mengen-Drosselvorrichtung und die Wirbel-Drosselanordnung jeweils erreichte Mengensteuerung/regelung bis zum Eintritt der so gebildeten Frischgasteilmengen in die Brennkammern aufrecht zu erhalten.
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Dabei sei Folgendes klargestellt:
- Wenn oben ausgesagt ist, dass die Wirbel-Drosselanordnung zur Veränderung der Frischgasmenge ausgebildet ist, die einen ersten Teil von auslassseitigen Frischgasleitungen durchströmt und wenn weiter ausgesagt ist, dass die einen vom ersten Teil verschiedenen zweiten Teil von auslassseitigen Frischgasleitungen durchströmende Frischgasmenge durch Betätigung der Mengen-Drosselvorrichtung veränderbar ist, so bedeutet dies im Umkehrschluss nicht, dass die Betätigung der Mengen-Drosselvorrichtung nicht auch eine Rückwirkung auf die den ersten Teil der Frischgasleitungen durchströmende Frischgasmenge hätte bzw. eine Betätigung der Wirbel-Drosselanordnung nicht auch eine Rückwirkung auf die den zweiten Teil der Frischgasleitungen durchströmende Frischgasmenge hätte. Dies gilt sowohl für den Stand der Technik wie auch für die vorliegende Erfindung. Denn der Frischgasmengenbedarf wird im Wesentlichen durch den Ansaugtakt der Zylinder der Brennkraftmaschine bestimmt. Um das Maß, um das die Frischgasmenge in einem Teil der auslassseitigen Frischgasleitungen durch Betätigung der zugeordneten Drosselvorrichtung bzw. Drosselanordnung verringert bzw. erhöht wird, wird die Frischgasmenge - abgesehen von strömungsbedingt unterschiedlichen Verlusten - im jeweils anderen Teil der Frischgasleitungen erhöht bzw. verringert.
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Vorzugsweise ist die Wirbel-Drosselanordnung dazu ausgebildet, den effektiven Strömungsquerschnitt des ersten Sammelleitungsabschnitts, aber nicht jenen des zweiten Sammelleitungsabschnitts zu verändern. Ebenso bevorzugt ist die Mengen-Drosselvorrichtung dazu ausgebildet, den effektiven Strömungsquerschnitt des zweiten Sammelleitungsabschnitts, aber nicht jenen des ersten Sammelleitungsabschnitts zu verändern.
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Die konstruktive Lösung der oben vorgestellten erfindungsgemäßen Ansaugvorrichtung führt dazu, dass dann, wenn eine Wirbelbildung gewünscht ist, mit der Wirbel-Drosselanordnung der effektive Strömungsquerschnitt des ersten Sammelleitungsabschnitts an der Anbringungsstelle der Wirbel-Drosselanordnung minimiert, vorzugsweise eine Strömung im ersten Sammelleitungsabschnitt unterbunden wird, und die gesamte Frischgasmengensteuerung/regelung durch Betätigung der Mengen-Drosselvorrichtung erfolgt.
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Dann jedoch, wenn keine Wirbelbildung gewünscht ist, erfolgt die Frischgasmengensteuerung/regelung durch gemeinsame und gleichzeitige Betätigung der Mengen-Drosselvorrichtung und der Wirbel-Drosselanordnung.
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Mit der erfindungsgemäßen Ansaugvorrichtung ist ein Betriebsverfahren ausführbar, gemäß welchem Verfahren dann, wenn eine Wirbelbildung in einer angeschlossenen Brennkraftmaschine erwünscht ist, eine Frischgasmengensteuerung/regelung ausschließlich durch Betätigung der Mengen-Drosselvorrichtung erfolgt, während die Wirbel-Drosselanordnung den Strömungsquerschnitt des ersten Sammelleitungsabschnitts an ihrer Anbringungsstelle minimiert, und bei welchem dann, wenn an der angeschlossenen Brennkraftmaschine keine Wirbelbildung gewünscht ist, eine Frischgasmengensteuerung/regelung durch gemeinsame Betätigung der Wirbel-Drosselanordnung und der Mengen-Drosselvorrichtung erfolgt.
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Vorteilhafterweise ist der Frischgas-Wärmetauscher möglichst nah am brennkraftmaschinennäheren Frischgas-Auslassende angeordnet, so dass das vom Frischgas-Wärmetauscher zur Brennkraftmaschine hin abströmende gekühlte Frischgas möglichst wenig Zeit der Brennkraftmaschine als Wärmequelle ausgesetzt ist und eine unerwünschte Rückerwärmung des zunächst gekühlten Frischgases vermieden werden kann.
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Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich die Trennungsstelle stromaufwärts des Frischgas-Wärmetauschers befindet, so dass die einlassseitige Frischgasleitung eine erste Teil-Frischgasleitung als Teil des ersten Sammelleitungsabschnitts aufweist und eine zweite einlassseitige Teil-Frischgasleitung als Teil des zweiten Sammelleitungsabschnitts aufweist, wobei die Wirbel-Drosselanordnung in der ersten Teil-Frischgasleitung und die Mengen-Drosselvorrichtung in der zweiten Teil-Frischgasleitung vorgesehen sind. Vorzugsweise befinden sich die erste und die zweite Teil-Frischgasleitung jeweils stromaufwärts des Frischgas-Wärmetauschers.
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Die Bildung gesonderter Strömungsräume, also des oben genannten ersten und zweiten Strömungsraums, wird erfindungsgemäß konstruktiv einfach dadurch gelöst, dass sich die Trennungsstelle stromaufwärts des Frischgas-Wärmetauschers befindet So kann ein den Frischgas-Wärmetauscher aufnehmendes Wärmetauscher-Gehäuse ein erstes Teilgehäuse aufweisen, das Teil des ersten Strömungsraums ist, und ein zweites Teilgehäuse aufweisen, das Teil des zweiten Strömungsraums ist.
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Das erste und das zweite Teilgehäuse können beispielsweise eine gemeinsame Trennwand aufweisen oder können vollständig separat voneinander ausgebildet sein.
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Um sicherzustellen, dass Frischgas in beiden Strömungsräumen gekühlt werden kann, kann vorgesehen sein, dass der Frischgas-Wärmetauscher wenigstens eine in Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums zwischen einem Wärmetauschermedium-Zufluss in das Wärmetauscher-Gehäuse hinein und einem Wärmetauschermedium-Abfluss aus dem Wärmetauscher-Gehäuse hinaus gelegene Wärmetauschfläche zum Austausch von Wärme zwischen dem Frischgas und dem Wärmetauschermedium aufweist, von der ein erster Abschnitt im ersten Teilgehäuse gelegen ist und von der ein mit dem ersten Abschnitt zusammenhängender zweiter Abschnitt in dem zweiten Teilgehäuse gelegen ist. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung teilen sich somit der erste und der zweite Strömungsraum die zwischen Wärmetauschermedium-Zufluss und Wärmetauschermedium-Abfluss gelegene Wärmetauscherfläche.
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Dies kann gemäß einer weiteren vorteilhaften konstruktiven Präzisierung dadurch realisiert sein, dass der Frischgas-Wärmetauscher wenigstens eine Leitung zum Transport des Wärmetauschermediums aufweist, welche einen sich im ersten Teilgehäuse erstreckenden ersten Leitungsabschnitt, einen sich im zweiten Teilgehäuse erstreckenden zweiten Leitungsabschnitt und einen den ersten und den zweiten Leitungsabschnitt verbindenden Verbindungsleitungsabschnitt aufweist, wobei ein Leitungsabschnitt aus erstem und zweitem Leitungsabschnitt den Wärmetauschermedium-Zufluss aufweist, und der jeweils andere Leitungsabschnitt den Wärmetauschermedium-Abfluss aufweist.
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Im Falle einer vorhandenen gemeinsamen Trennwand, welche das erste und das zweite Teilgehäuse voneinander strömungsmechanisch trennt, durchsetzt der Verbindungsleitungsabschnitt die gemeinsame Trennwand. Im Falle der gesonderten Ausbildung von erstem und zweitem Teilgehäuse des Wärmetauscher-Gehäuses durchsetzt der Verbindungsleitungsabschnitt je eine Gehäusewand eines Teilgehäuses.
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Alternativ kann zur Erhöhung der möglichen Kühlleistung oder/und zur Einstellung einer unterschiedlichen Kühlleistung in den beiden Teilgehäusen vorgesehen sein, dass der Frischgas-Wärmetauscher einen ersten und einen zweiten Teil-Frischgas-Wärmetauscher umfasst, von welchen jeder wenigstens eine in Strömungsrichtung der Wärmetauschermedium-Strömung zwischen einem Wärmetauschermedium-Zufluss in ein Teilgehäuse hinein und einem Wärmetauschermedium-Abfluss aus demselben Teilgehäuse hinaus gelegene Wärmetauschfläche zum Austausch von Wärme zwischen dem Frischgas und dem Wärmetauschermedium aufweist, wobei die Wärmetauschfläche des ersten Teil-Frischgas-Wärmetauschers als erste Wärmetauschfläche im ersten Teilgehäuse gelegen ist und die Wärmetauschfläche des zweiten Teil-Frischgas-Wärmetauschers als zweite Wärmetauschfläche im zweiten Teilgehäuse gelegen ist. Allerdings führt diese Ausführungsform gegenüber der zuvor Diskutierten zu deutlich höheren Herstellungskosten.
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Dann, wenn keine Wirbelbildung gewünscht ist, also in der Regel wenn sowohl im ersten als auch im zweiten Strömungsraum Frischgas zum Frischgas-Auslassende hin strömt, ist es für den Betrieb der Ansaugvorrichtung vorteilhaft, wenn eine Mengen-Betätigungsvorrichtung zur Betätigung der Mengen-Drosselvorrichtung und eine Wirbel-Betätigungsvorrichtung zur Betätigung der Wirbel-Drosselanordnung vorgesehen ist, wobei weiter vorteilhafterweise eine Synchronisierungsvorrichtung vorgesehen sein kann, die zur gleichsinnigen Synchronisierung der Betätigung der Mengen-Drosselvorrichtung und der Wirbel-Drosselanordnung in einem Betriebszustand ausgebildet ist, in dem Frischgas sowohl im ersten Strömungsraum als auch im zweiten Strömungsraum zum Frischgas-Auslassende hin strömt. Diese Synchronisierungsvorrichtung ermöglicht, dass pro Zeiteinheit in etwa gleiche Frischgasmengen durch jeden der beiden Strömungsräume hindurch zum Frischgas-Auslassende hin strömen.
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Dabei ist es in concreto ausreichend, wenn die Synchronisierungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, sicherzustellen, dass der Wert des Verhältnisses der an den jeweiligen Anbringungsorten der Mengen-Drosselvorrichtung und der Wirbel-Drosselanordnung zu einem Betriebszeitpunkt herrschenden Frischgasströmungsgeschwindigkeiten einem Wertebereich von nicht mehr als ±20 %, vorzugsweise von nicht mehr als ±10 %, besonders bevorzugt von nicht mehr als ±5 %, um den Wert des Verhältnisses der an den jeweiligen Anbringungsorten der Wirbel-Drosselanordnung und der Mengen-Drosselvorrichtung zum selben Betriebszeitpunkt vorhandenen Strömungsquerschnitte der jeweiligen Sammelleitungsabschnitte liegt. Da konstruktiv dafür Sorge getragen werden kann, dass der von der Brennkraftmaschine ausgehend vom Frischgas-Auslassende erzeugte Unterdruck in beiden Strömungsräumen etwa gleich groß ist, können sich die jeweils strömenden Frischgasströmungsgeschwindigkeiten an den Anbringungsorten der Mengen-Drosselvorrichtung bzw. der Wirbel-Drosselanordnung umgekehrt wie die Strömungsquerschnitte der jeweiligen Sammelleitungsabschnitte der Strömungsräume verhalten.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es stellt dar:
- 1 eine grobschematische Längsschnittansicht durch eine an eine Brennkraftmaschine anmontierte erfindungsgemäße Ansaugvorrichtung.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Ansaugvorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Diese Ansaugvorrichtung ist in strömungsmechanischer Verbindung mit einem Zylinder 12 einer Brennkraftmaschine 13, in dem ein Kolben 14 längs einer Hubbewegungsachse H beweglich aufgenommen ist. Der Kolben 14 ist über eine Pleuelstange 16 in an sich bekannter Weise mit einer Kurbelwelle verbunden. In den Brennraum bzw. in die Brennkammer 18 des Zylinders 12 kann Frischgas an zwei gesonderten Einlassventilen 20 und 22 vorbei eingeleitet werden.
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Die Ansaugvorrichtung 10 dient dazu, Frischgas in den Brennraum bzw. in die Brennkammer 18 und in weitere Brennräume von in 1 nicht dargestellten weiteren Zylindern der Brennkraftmaschine 13 zuzuführen.
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Die erfindungsgemäße Ansaugvorrichtung 10 weist an ihrem brennkraftmaschinenferneren Frischgas-Einlassende 24 eine Öffnung 26 auf, durch welche hindurch Frischgas in die Ansaugvorrichtung 10 hineinströmen kann (siehe den durch den Pfeil GF im Bereich der Öffnung 26 angedeuteten Gesamtfrischgasmengenstrom).
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Der zum Ansaugen des Frischgasmengenstroms benötigte Unterdruck wird durch den Kolben 14 während des Ansaugtaktes der Brennkraftmaschine 13 erzeugt.
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Die Ansaugvorrichtung 10 kann an ihrem dem Frischgas-Einlassende 24 in Strömungsrichtung GF der Frischgasmenge unmittelbar folgenden Eintrittsbereich eine gemeinsame Frischgasmengenleitung 28 aufweisen.
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An einer Trennungsstelle 30 trennt sich die gemeinsame Frischgasleitung auf in einen ersten Strömungsraum 32 und in einen zweiten Strömungsraum 34, welche strömungsmechanisch voneinander vollständig getrennt sind.
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Der erste Strömungsraum 32 umfasst dabei einen ersten Sammelleitungsabschnitt 36, in welchem der in den ersten Sammelraum 32 einströmende Teil der Frischgasmenge FM1 geführt ist, und eine Mehrzahl von auslassseitigen Frischgasleitungen 40, von welchen im dargestellten Beispiel jeweils eine vom Sammelleitungsabschnitt 36 zu einer zugeordneten Brennkammer 18 eines Zylinders 12 hinführt. Je nach Anzahl vorhandener Zylinder der Brennkraftmaschine können von dem ersten Sammelleitungsabschnitt 36 eine unterschiedliche, in der Regel der Zylinderanzahl entsprechende Anzahl von auslassseitigen Frischgasleitungen 40 abzweigen.
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Der zweite Strömungsraum 34 kann vorteilhafterweise im Wesentlichen analog oder sogar spiegelsymmetrisch zum ersten Strömungsraum 32 ausgebildet sein. Er kann daher einen zweiten Sammelleitungsabschnitt 38 umfassen, in dem der in den zweiten Strömungsraum 34 einströmende Teil FM2 der Gesamtfrischgasmenge GF zur Brennkraftmaschine hin geleitet wird. Von diesem zweiten Sammelleitungsabschnitt 38 zweigen wiederum auslassseitige Frischgasleitungen 42 zu den einzelnen Brennräumen 18 der Zylinder 20 der Brennkraftmaschine ab, wobei - ebenso wie für die auslassseitigen Frischgasleitungen 40 - für jede Brennkammer 18 wenigstens eine auslassseitige Frischgasleitung 42 vorgesehen ist. In den auslassseitigen Frischgasleitungen 40 und 42 wird somit jeweils nur noch der auf den jeweiligen Zylinder entfallende Teil FMZ1 bzw. FMZ2 der den ersten und den zweiten Sammelleitungsabschnitt 32 bzw. 34 durchströmenden Frischgasteilmengen FM1 und FM2 hindurch geleitet.
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Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass in der Nähe der Einlassventile 20 bzw. 22 in an sich bekannter Weise eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die auslassseitigen Frischgasleitungen 40 und 42 vorgesehen sein kann. Im Falle der Realisierung eines Direkteinspritzverfahrens an der Brennkraftmaschine 13 kann der Kraftstoff jedoch auch unmittelbar in die Brennkammer 18 eingespritzt werden.
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Am Frischgas-Auslassende 44 der Ansaugvorrichtung 10 sind im dargestellten Beispiel die Einlassventile 20 und 22 angeordnet. Während also im dargestellten Beispiel das Frischgas-Einlassende 24 der Ansaugvorrichtung 10 lediglich eine Einlassöffnung 26 aufweisen kann, können am Frischgas-Auslassende 44 für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine wenigstens zwei Auslassöffnungen vorgesehen sein.
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In der Ansaugvorrichtung 10 ist ein Frischgas-Wärmetauscher 46 vorgesehen, um das der Brennkraftmaschine 13 zugeführte Frischgas zu kühlen.
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Der Frischgas-Wärmetauscher 46 kann eine den ersten und den zweiten Strömungsraum 32 bzw. 34, genauer den ersten und den zweiten Sammelleitungsabschnitt 36 bzw. 38 strömungsmechanisch voneinander trennende Trennwand 48 durchsetzen. Beispielsweise kann der Frischgas-Wärmetauscher 46 über eine Wärmetauschermedium-Zuführleitung 50 mit Wärmetauschermedium versorgt werden, das über eine Wärmetauschermedium-Abführleitung 52 nach Aufnahme von Wärmeenergie aus dem Frischgas vom Frischgas-Wärmetauscher wieder abgeführt werden kann.
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In einer ersten Ausführungsform kann die Wärmetauschermedium-Zuführleitung 50 im Bereich eines Teilgehäuses 54 der Ansaugvorrichtung vorgesehen sein, welches einen der Strömungsräume, hier: den ersten Strömungsraum 32, definiert. Ebenso kann die Wärmetauschermedium-Abführleitung 52 im Bereich des Teilgehäuses 56 vorgesehen sein, welches den jeweils anderen Strömungsraum, hier: den zweiten Strömungsraum 34, definiert. In diesem Falle wird stets der vollständige Frischgas-Wärmetauscher 46 von Wärmetauschermedium durchströmt.
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Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass jeder Strömungsraum aus erstem und zweitem Strömungsraum 32 bzw. 34 einen eigenen Teil-Frischgas-Wärmetauscher aufweist, dem jeweils Wärmetauschermedium zugeführt und aus welchem dieses wieder abgeführt wird. Diese alternative Ausführungsform ist in 1 strichliniert durch die zusätzliche Wärmetauschermedium-Abführleitung 51 und die zusätzliche Wärmetauschermedium-Zuführleitung 53 angedeutet. In diesem Falle können nur die im jeweiligen Strömungsraum gelegenen Teil-Frischgas-Wärmetauscher 46a oder 46b gesondert voneinander betrieben werden. Hierzu kann dem Teil-Frischgas-Wärmetauscher 46a erforderlichenfalls Wärmetauschermedium über die Wärmetauschermedium-Zuführleitung 50 zugeführt und aus diesem über die Wärmetauschermedium-Abführleitung 51 abgeführt werden. Entsprechendes gilt für den Teil-Frischgas-Wärmetauscher 46b und die zugehörigen Leitungen 53 und 52.
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Der Frischgas-Wärmetauscher 46 ist im dargestellten Beispiel stromabwärts der Trennungsstelle 30 aber stromaufwärts der auslassseitigen Frischgasleitungen 40 und 42 vorgesehen.
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Es sei nachgetragen, dass im dargestellten Beispiel für jede Brennkammer 18 eine auslassseitige Frischgasleitung 40 und eine auslassseitige Frischgasleitung 42 eine der Brennkammer 18 zugeordnete Frischgasleitungsgruppe 58 bildet.
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Die beiden auslassseitigen Frischgasleitungen 40 und 42 dienen im vorliegenden Fall einer Beeinflussung der Bildung eines zündfähigen Gemisches in der Brennkammer 18. Dies funktioniert in an sich bekannter Weise wie folgt:
- Wird Frischgas sowohl über die auslassseitige Frischgasleitung 40 wie auch über die auslassseitige Frischgasleitung 42 in die Brennkammer 18 zugeführt, strömt das Frischgas verhältnismäßig symmetrisch in die Brennkammer 18 ein, so dass es zu keiner nennenswerten Wirbelbildung beim Eintritt des Frischgasstroms in die Brennkammer 18 kommt. Dann jedoch, wenn Frischgas nur über eine der Leitungen, hier: auslassseitige Frischgasleitung 42, in die Brennkammer 18 einströmt, erfolgt der Zustrom von Frischgas in die Brennkammer 18 mit einer Asymmetrie, die ausreicht, dass es beim Einströmen des Frischgases in die Brennkammer 18 zu einer wendelförmigen Wirbelbildung mit der Hubbewegungsachse H des Kolbens 14 als der Wendelachse kommt. Diese Art von Wirbelbildung wird auch als „Swirl-Verfahren“ bezeichnet.
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Zum Zweck der Beeinflussung der Weiterbildung weist die Ansaugvorrichtung 10 eine Mengen-Drosselvorrichtung 60 und eine Wirbel-Drosselanordnung 62 auf.
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Die Mengen-Drosselvorrichtung 60 ist dabei im zweiten Sammelleitungsabschnitt 38 vorgesehen, vorteilhafterweise stromaufwärts des Frischgas-Wärmetauschers 46. An dieser Stelle kann mit einer einzigen Vorrichtung, etwa einer Drosselklappe (in 1 ist beispielhaft eine Schmetterlingsklappe 64 gezeigt), der effektive Strömungsquerschnitt des zweiten Strömungsraums 34 und damit der durch diesen hindurch strömende Frischgasmengenstrom FM2 verändert werden.
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Vorteilhaft ist in der erfindungsgemäßen Ansaugvorrichtung die Wirbel-Drosselanordnung 62 ebenfalls im Sammelleitungsabschnitt, allerdings hier im ersten Sammelleitungsabschnitt 36 angeordnet, bevorzugt wiederum stromaufwärts des Frischgas-Wärmetauschers 46. Somit reicht auch für die Veränderung des Frischgasmengenstroms FM1 im ersten Strömungsraum 32 eine einzige Vorrichtung zur Realisierung der Wirbel-Drosselanordnung 62 aus. Dies kann wiederum eine Schmetterlingsklappe 64 sein, die mit jener der Mengen-Drosselvorrichtung 60 identisch sein kann. Die Schmetterlingsklappen 64 der Mengen-Drosselvorrichtung 60 bzw. der Wirbel-Drosselanordnung 62 können in an sich bekannter Weise um Klappenachsen K60 bzw. K62 drehbar sein, die im dargestellten Beispiel orthogonal zur Zeichenebene von 1 verlaufen.
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Ist in der Brennkammer 18 der Brennkraftmaschine eine Wirbelbildung des Frischgases zur Unterstützung der Bildung eines zündfähigen Gemisches erwünscht, wird der effektive Strömungsquerschnitt im ersten Sammelleitungsabschnitt 36 durch die Wirbel-Drosselanordnung 62 an deren Anbringungsstelle minimiert, so dass Frischgas nahezu ausschließlich oder sogar tatsächlich ausschließlich durch den zweiten Strömungsraum 34 am Einlassventil 22 vorbei in die Brennkammer 18 unter der oben beschriebenen Wirbelbildung einströmt. Die Regulierung der Brennkraftmaschine 13 zugeführten Frischgasmenge erfolgt in diesem Falle ausschließlich über die Mengen-Drosselvorrichtung 60.
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Ist dagegen keine Wirbelbildung in der Brennkammer 18 gewünscht, dann werden im dargestellten Beispiel die Wirbel-Drosselanordnung 62 und die Mengen-Drosselvorrichtung 60 im Wesentlichen synchron bewegt, um zu gewährleisten, dass in etwa gleiche Frischgasmengenteile FM1 und FM2 die jeweiligen Strömungsräume 32 und 34 durchströmen, so dass Frischgas an den Einlassventilen 20 und 22 vorbei in etwa symmetrisch bezüglich der Hubbewegungsachse H des Kolbens 14 in die Brennkammer 18 einströmt.
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Hierzu können die in 1 nicht dargestellten jeweiligen Betätigungsvorrichtungen zur Betätigung der Wirbel-Drosselanordnung 62 und der Mengen-Drosselvorrichtung 60 durch eine Synchronisationsvorrichtung, dies kann ein kuppelbares mechanisches Synchronisationsgetriebe oder eine elektronische Synchronisationssteuerung sein, für den Betriebszustand einer Wirbelvermeidung synchronisiert sein.
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Mit der hier vorgestellten Ansaugvorrichtung 10 kann der Aufwand der Fertigung und Montage zur Bildung einer Ansaugvorrichtung, die zur Wirbelbildung in Brennkammern und zur Ladeluftkühlung geeignet ist, verglichen mit jenen Modellen des Standes der Technik, erheblich gesenkt werden.
