DE102014218552B3 - Ansaugluftsystem für einen Saugmotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ansaugluftsystem (1) für einen Saugmotor eines Kraftfahrzeugs. Das Ansaugluftsystem (1) umfasst einen Ansaugluftschlauch (2) zur Anordnung zwischen einem Lufteinlass und einem Drosselventil (13) oder einem Ansaugkrümmer des Saugmotors. Erfindungsgemäß ist ein Kühlluftelement (3) vorgesehen, welches mediumleitend, bevorzugt luftleitend mit dem Ansaugluftschlauch (2) verbunden ist. Das Kühlluftelement (3) ist dazu ausgebildet, einem durch den Ansaugluftschlauch (2) strömenden Hauptluftstrom (A) bedarfsweise einen Anteil an dem Hauptluftstrom (A) gegenüber kühlerer ggf. gefilterter Umgebungsluft (B) zuzuführen. Weiterhin ist die Erfindung auf ein entsprechend ausgestattetes Kraftfahrzeug gerichtet.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ansaugluftsystem für einen Saugmotor eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
• Die Zusammenfassung der JPH04-334752 A offenbart einen Ansaugluftschlauch in welchem ein Kühlluftschlauch mündet. In dem Kühlluftschlauch ist ein Ventil angeordnet. Durch den Kühlluftschlauch wird von einer Klimaanlage gekühlte Luft in dem Ansaugluftschlauch geleitet, wenn das Ventil geöffnet ist. So wird die dem Verbrennungsmotor zugeführte Luft gekühlt. Allerdings wird die Luft in einer Klimaanlage gekühlt.
• Der DE 10 2011 084 797 A1 ist eine KFZ-Luftführungskanalstruktur entnehmbar, wobei ein Haupt- als auch Nebenluftfilterkanal an verschiedenen Mündungsorten in ein Luftfiltergehäuse münden. An dem Nebenluftfilterkanal ist ein Funktionsluftkanal angeschlossen. An einem Innenwandabschnitt des Funktionsluftkanals ist eine Prallplatte vorgesehen, an welcher Flüssigkeitströpfchen auftreffen.
• Die US 3 684 257 A befasst sich mit einem Vergaser. Dem Vergaser wird Luft zugeführt, wobei einer Hauptluftleitung erwärmte Luft zugeführt wird, die z.B. in der Nähe eines Abgaskrümmers in eine Zuführleitung gelangt.
• Der US 3 868 058 A ist ebenfalls entnehmbar, dass ungewärmte und gewärmte Luftströme in einem Gehäuse zusammengeführt werden, wobei der zu erwärmende Luftstrom eine Kammer durchströmt, welche an einem Abgaskrümmer angeordnet ist.
• Aus der DE 102 33 408 A1 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, der eine Außenluft-Ansaugleitung und eine in dieser mündenden Innenluft-Ansaugleitung aufweist. Eine Wechselklappe kann die Einmündung so verschließen, dass dem Verbrennungsmotor entweder Außenluft oder Innenluft zugeführt wird.
• In der DE 197 30 188 A1 ist eine Vorrichtung zum Vermeiden des Wassereintritts in ein in einer Frischluftansaugleitung einer Brennkraftmaschine angeordnetes Luftfiltergehäuse. In der Frischluftansaugleitung ist rohluftseitig im Bereich einer zwischen einem Einlaufteil und einem Filterzuführteil der Frischluftansaugleitung einmündender Motorraumansaugleitung eine Umschaltklappe zum Umschalten des Ansaugweges alternativ durch das Einlaufteil oder die Motorraumansaugleitung angeordnet. An einem Boden des Luftfiltergehäuses ist eine Wasserauffangwanne mit einem gegen die Kraft einer Feder unter der Last von sich in der Wasserauffangwanne sammelnden Wassers ausschwenkbaren Bodenteil angeordnet. Das Bodenteil ist derart mit der Umschaltklappe verbunden, dass bei Ausschwenken des Bodenteils die Umschaltklappe einen Durchlass von der Motorraumansaugleitung zum Luftfilter freigibt und gleichzeitig den Luftdurchgang vom Einlaufteil zum Luftfilter sperrt.
• Mit der DE 26 24 210 A1 wird eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von gemischverdichtenden Brennkraftmaschine bekannt. Mittels einer schwenkbaren Steuerklappe wird ein Warmluftkanal abgeschlossen und gleichzeitig ein Kaltluftkanal aufgesteuert. Es ist ein in der Kaltluft ausgesetzter Thermostat vorgesehen, der über einen bewegbaren Anschlag den Schwenkbereich der Steuerklappe in der den Warmluftkanal abschließenden Richtung festlegt.
• Die US 3 913 544 A offenbart eine Vorrichtung zum Steuern der Temperatur der Einlassluft eines Verbrennungsmotors. Die Vorrichtung weist eine bewegbare Ventilklappe auf, mit welcher das Verhältnis aufgewärmter Luft zur Umgebungsluft einstellbar ist. Vorgesehen ist ein temperaturgesteuertes Mittel, welches die Ventilklappe bei einem Kaltstart auch bei plötzlichen negativen Ereignissen innerhalb der Einlassleitung in der Heiz- oder zumindest in der Teilheizposition belässt.
• In der JPS61-33958 U ist eine Ventilklappe offenbart, welche eine Öffnung in einer Leitung öffnet oder verschließt. So kann auch aufgewärmte Luft durch die Öffnung in besagte Leitung gelangen. Die Ventilklappe ist über Messwerte steuerbar, welche an der Leitung aufgenommen werden.
• Verbrennungsmotoren werden im Wesentlichen nach der Art ihrer Füllung mit einem zündfähigen Gemisch aus Verbrennungsluft und Kraftstoff unterschieden. So können diese als sogenannter Ladermotor oder als Saugmotor ausgebildet sein. Bei einem Ladermotor erfolgt die vorherige aktive Verdichtung (Aufladung) der Verbrennungsluft durch einen Kompressor oder Lader, wie beispielsweise einen Turbolader. Demgegenüber wird die Verbrennungsluft bei einem Saugmotor nur aufgrund des durch die Hubbewegungen der Kolben entstehenden Unterdruckes passiv angesaugt und gelangt somit unverdichtet in den Verbrennungsprozess. Die Zufuhr des Kraftstoffes kann dabei entweder zentral und somit vor dem Eintritt in den Brennraum oder aber direkt in den Brennraum hinein erfolgen. Hinsichtlich der Einleitung der Verbrennung werden sowohl Lader- als auch Saugmotoren letztlich noch in Fremdzünder (Benzinmotor) oder Selbstzünder (Dieselmotor) unterteilt.
• Bei Ladermotoren ist es bekannt, deren die Verbrennungsluft leitendes Luftsystem mit einem zusätzlichen Ladeluftkühler auszustatten. Hierdurch soll die aufgrund ihrer Komprimierung zwangsläufig erhitzte Verbrennungsluft wieder abgekühlt werden. Auf diese Weise kann die Menge an Sauerstoff pro m³ angesaugter Verbrennungsluft wieder gesteigert werden, was sich positiv auf die Verbrennung und damit auf die Leistung des Ladermotors auswirkt. Demgegenüber besteht bei Saugmotoren keine solche Notwendigkeit, da hierbei keine vorherige Komprimierung und damit nachteilige aktive Erhitzung der Verbrennungsluft stattfindet.
• Aufgrund der zunehmend komplexeren und mitunter mit nur wenig zur Verfügung stehendem Bauraum auskommenden Ausgestaltungen heutiger Saugmotoren wurde in der Praxis beobachtet, dass deren Ansaugluft trotz fehlender Komprimierung mitunter hohe Temperaturen aufweisen kann. Dies liegt im Wesentlichen an der Zuleitung der Verbrennungsluft durch das Ansaugluftsystem hindurch bis hin zu dem Saugmotor. Hierbei kommt es mitunter zwangsläufig zu einem Kontakt mit im Betrieb erhitzten Bereichen. Ein typischer Weg der angesaugten Verbrennungsluft führt diese beispielsweise von einem Lufteinlass-System (welches im Folgenden der Einfachheit wegen als Lufteinlass bezeichnet wird) durch ein Ansaugluftsystem – einen Ansaugluftschlauch, eine Luftfiltereinrichtung hindurch, eventuell vorbei an einem Resonator und die Fortführung des Ansaugluftschlauches – bis hin zu einem Ansaugkrümmer oder direkt zu einem Drosselventil.
• Zwar sind die meisten Saugmotoren mit einem Sensor zur Temperaturmessung der Verbrennungsluft ausgestattet, allerdings können der daraufhin angepasste Verbrennungsvorgang und die Gemischaufbereitung die sich aus der zu warmen Verbrennungsluft ergebenden Nachteile nicht vollends ausgleichen. So kann auch die Motorsteuereinheit (ECU/PCM) trotz ihres grundsätzlichen Bestrebens zur Einstellung der optimalen Verbrennungsleistung nicht durchgehend verhindern, dass die Leistung des Saugmotors aufgrund zu heißer Verbrennungsluft mitunter spürbar herabgesetzt ist.
• Hiernach wird deutlich, dass die Leistungsfähigkeit von Saugmotoren, bei einer zu hohen Temperatur der angesaugten Verbrennungsluft unmittelbar vor ihrer Verbrennung, in unerwünschter Weise reduziert sein kann. Etwaige zusätzliche Einbauten analog eines Ladeluftkühlers in das Ansaugluftsystem würden nur einen weiteren unvorteilhaften Widerstand mit sich bringen, welchem keine kompensierende Beschleunigung der Verbrennungsluft durch einen Lader entgegensteht. Demnach wäre die Leistungsfähigkeit des Saugmotors dann insgesamt herabgesetzt. Angesichts der bisherigen Ausführungsformen derzeitiger Ansaugluftsysteme von Saugmotoren bieten diese daher durchaus noch Raum für Verbesserungen.
• Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ansaugluftsystem für einen Saugmotor dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Leistungsfähigkeit des Saugmotors weitestgehend unabhängig von schwankenden und insbesondere zu hohen Temperaturen der angesaugten Verbrennungsluft vor ihrem Eintritt in den wenigstens einen Brennraum des Saugmotors ist.
• Diese Aufgabe wird vorliegend durch ein Ansaugluftsystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
• Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
• Gemäß der Erfindung wird nachfolgend ein Ansaugluftsystem für einen Saugmotor aufgezeigt, welches sich für einen in einem Kraftfahrzeug angeordneten Saugmotor eignet.
• Hiernach umfasst das Ansaugluftsystem einen Ansaugluftschlauch zur Leitung der zuvor angesaugten Verbrennungsluft. Der Ansaugluftschlauch kann ein Schlauch, Rohr, Kanal oder ein anderes geeignetes Profil sein, und wird im Folgenden der Einfachheit halber als Ansaugschlauch bezeichnet. Der Ansaugluftschlauch bzw. das Luftansaugsystem ist dazu vorgesehen, zwischen einem Lufteinlass und einem Drosselventil des Saugmotors angeordnet zu werden. Alternativ hierzu kann der Ansaugluftschlauch auch zwischen einer Luftfiltereinrichtung und einem Ansaugkrümmer angeordnet werden. In jedem Fall ist besagter Ansaugluftschlauch dazu ausgebildet, eine mediumleitende, bevorzugt eine luftleitende Verbindung zwischen einem Lufteinlass und dem Saugmotor herzustellen. Demnach kann dem Saugmotor durch den Ansaugluftschlauch hindurch mittels Luftfilter bereits gefilterte Verbrennungsluft zugeführt werden.
• Es ist ein Kühlluftschlauch vorgesehen, welcher mediumleitend, bevorzugt luftleitend mit dem Ansaugluftschlauch verbunden ist. Der Kühlluftschlauch kann ein Schlauch, Rohr, Kanal oder ein anderes geeignetes Profil sein. Der Kühlluftschlauch ist dazu ausgebildet, der durch den Ansaugluftschlauch hindurch strömenden Verbrennungsluft bei Bedarf zumindest einen Anteil an, bezogen auf die Verbrennungsluft, kühlerer Umgebungsluft beizumischen. Mit anderen Worten dient der Kühlluftschlauch dazu, einem durch den Ansaugluftschlauch hindurch strömenden Hauptluftstrom der Verbrennungsluft, bedarfsweise einen Anteil an Umgebungsluft zuzuführen. Dabei kann die Umgebungsluft zunächst die vorhandene Luftfiltereinrichtung oder eine andere Luftfiltereinrichtung durchströmen, so dass die dem Hauptluftstrom zugeführte Umgebungsluft vor dem Beimischen gefiltert wird. Möglich ist aber auch, die Umgebungsluft ungefiltert zuzuführen, wobei günstiger Weise vorgesehen sein kann, die Umgebungsluft dann in die besagte Luftfiltereinrichtung oder in einen Luftfilterkasten oder sogar vor der besagten Luftfiltereinrichtung dem Hauptluftstrom beimischend zuzuführen. Wesentlich hierbei ist, dass der zuzuführende Anteil an Umgebungsluft gegenüber dem Hauptluftstrom kühler ist. Dies wird erreicht, indem die Umgebungsluft, möglichst direkt (ohne Aufheizpotential) und bevorzugt entfernt von erhitzten Bereichen innerhalb des Motorraumes, angesaugt und durch den Kühlluftschlauch hindurch in den Ansaugluftschlauch eingeleitet wird.
• Die Anordnung stellt somit ein Bypass-System gegenüber der regulären Leitung der Verbrennungsluft zur Verfügung. Der sich hieraus ergebende Vorteil liegt in der nunmehr möglichen bedarfsweisen Temperatursenkung des den Ansaugluftschlauch passierenden Hauptluftstroms an Verbrennungsluft. Auf diese Weise kann die Verbrennungsluft noch vor ihrem Eintritt in den Verbrennungsprozess abgekühlt und/oder auf ein gewünschtes Temperaturniveau gebracht werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Leistungsfähigkeit des Saugmotors nunmehr weitestgehend unabhängig von schwankenden und insbesondere zu hohen Temperaturen der angesaugten Verbrennungsluft vor ihrem Eintritt in den oder die Brennräume des Saugmotors ist.
• Bei einem warmen Motor wird so der Wirkungsgrad des Motors erhöht und die Temperatur des Kühlmittels sinkt. Beides führt zu einer Kraftstoffeinsparung und besseren Abgaswerten. Zudem wird oder werden so die mit dem Kraftfahrzeug fahrenden Personen vor einem möglichen Leistungsverlust des Saugmotors in Fällen oder Zeitabschnitten zu hoher Temperaturen der Verbrennungsluft bewahrt. Gleichzeitig kann so ein über eine Klimaanlage einstellbarer möglicher Klimakomfort innerhalb des Kraftfahrzeugs auch unter heißen Umgebungsbedingungen geliefert werden. Weiter ist es möglich, dass für hauptluftführende Bauteile und deren Umgebung kostengünstigere Abdichtungen verwendet werden können.
• Derzeit bekannte Ansaugluftsysteme können dies nicht leisten. So wird bei zu heißen Umgebungstemperaturen im ersten Schritt ein möglicherweise vorhandener Klimakompressor zunächst abgeschaltet. Im zweiten Schritt beginnt dann die Motorkalibrierung mit der Drosselung der Motorleistung.
• Eine Leistungsminderung durch die Motorkalibrierung bleibt bei der Erfindung zielführend aus. Die Motorkalibrierung würde im Falle einer Leistungsminderung zuerst die Klimaanlage abschalten, denn die für die Zulassung (Homologierung) des Fahrzeugs erforderliche Zugkraft für ein spezifiziertes zulässiges Gesamtgewicht sollte möglichst erhalten bleiben. Mit der Erfindung bleibt diese Zugkraft bei eingeschalteter Klimaanlage erhalten, da durch den Bypass, also durch die Zuführung der bevorzugt kühleren Luft, keine zu heiße Ansaugluft die Motorleistung reduziert.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens kann ferner eine Ansaugvorrichtung vorgesehen sein, welche mediumleitend, also bevorzugt luftleitend mit dem Kühlluftschlauch verbunden ist. Diese Ansaugvorrichtung ist dann dazu vorgesehen, die zum Herunterkühlen der Verbrennungsluft notwendige Umgebungsluft anzusaugen und sodann in den Kühlluftschlauch zu leiten. Besonders bevorzugt kann die Ansaugvorrichtung hierzu an einem, dem Ansaugluftschlauch gegenüberliegenden Ende des Kühlluftschlauches angeordnet sein. Hierdurch kann sich der Kühlluftschlauch zwischen dem Ansaugluftschlauch und der Ansaugvorrichtung erstrecken. Durch die Ansaugvorrichtung kann eine kontrollierte und insbesondere lokaldefinierte Entnahme an Umgebungsluft erfolgen, welche durch deren Beimengung zu dem Hauptluftstrom dem bedarfsweisen Abkühlen der Verbrennungsluft dient.
• Die Erfindung sieht vor, dass besonders bevorzugt ein Kühlluftsteuerelement, in der bevorzugten Ausgestaltung als Kühlluftventil oder Kühlluftklappe mit Bestandteil des erfindungsgemäßen Ansaugluftsystems ist. Das Kühlluftsteuerelement wird im Folgenden der Einfachheit wegen als Kühlluftventil bezeichnet. Das Kühlluftventil dient im Wesentlichen der kontrollierten Zugabe oder Vorenthaltung der gegenüber dem Hauptluftstrom kühleren Umgebungsluft zu der Verbrennungsluft. Das Kühlluftventil kann auch ein Eindringen von Feststoffen wie z.B. Wasser, Schnee, Staub usw. vermeiden, indem dieses geschlossen bleibt oder wird. Auch kann das Kühlluftventil unterhalb einer kritischen Außentemperatur (z.B. unterhalb von 30°C) geschlossen bleiben oder werden. So können, wenn erforderlich, beispielsweise „Snow-Impact“-Einflüsse, Nässe, aber auch zu kalte Temperaturen vermieden werden. Selbstverständlich kann das Kühlluftventil auch so ausgestaltet sein, dass dieses neben einem quasi An- oder Abschalten der Zufuhr an Umgebungsluft auch entsprechende Zwischenstellungen einnehmen kann. Auf diese Weise ist eine gezielte Dosierung der Menge der dem Hauptluftstrom zuzuführenden Umgebungsluft möglich.
• Hierzu kann das Kühlluftventil in vorteilhafter Weise zwischen dem Kühlluftschlauch und der Ansaugvorrichtung angeordnet sein. Für die angestrebte Funktion kann das Kühlluftventil dabei entsprechend mediumleitend, also bevorzugt luftleitend mit dem Kühlluftschlauch und der Ansaugvorrichtung verbunden sein. Auf diese Weise ist die Umgebungsluft in Abhängigkeit der Schaltstellung des Kühlluftventils über die Ansaugvorrichtung und durch das Kühlluftventil hindurch in den Kühlluftschlauch leitbar. Neben dem so ermöglichten Ein- und Ausschalten einer möglichen Zufuhr an kühlerer Umgebungsluft kann je nach Ausgestaltung des Kühlluftventils so auch eine Einstellung der Strömungsmenge an kühlerer Umgebungsluft zu dem Hauptluftstrom innerhalb des Ansaugluftschlauches erfolgen.
• In diesem Zusammenhang wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Kühlluftventil als Kolbenventil ausgebildet ist. Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann das Kühlluftventil auch ein Kolbenventil umfassen. Aufgrund des Kolbenventils kann über eine Manipulation des wenigstens einen darin befindlichen Kolbens das Öffnen und Schließen des Kühlluftventils gegenüber der strömenden Umgebungsluft erfolgen. Je nach Stellung des Kolbens können somit auch der Strömungsquerschnitt und damit die Menge der durch das Kühlluftventil strömenden kühleren Umgebungsluft geregelt sein, so wie das Öffnen/Schließen weiterer Bypässe.
• Dabei sieht die Erfindung weiterhin vor, dass das Kühlluftventil mit einem Aktuator gekoppelt sein kann. Aufgrund einer Ansteuerung des Aktuators kann so das Kühlluftventil entsprechend betätigt werden.
• Nach einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Ansaugluftsystems kann das Kühlluftventil derart angesteuert sein, dass dessen Betätigung in Abhängigkeit der Temperatur des Hauptluftstroms erfolgt. Hiernach kann das Kühlluftventil bei Überschreitung einer zuvor festgelegten Schwelle für die jeweilige Temperatur des Hauptluftstroms zumindest teilweise geöffnet werden. Wie zuvor bereits erwähnt, ist bei Unterschreiten der Schwelle ein zumindest teilweises oder gar vollständiges Schließen möglich.
• Besonders bevorzugt kann hierzu die ohnehin vorhandene Motorsteuereinheit (ECU/PCM) und insbesondere deren Sensor zur Temperaturmessung der Verbrennungsluft bzw. des Kühlmittels im Vorfeld der Verbrennung zur Regelung des Kühlluftventils genutzt werden.
• Hierzu kann beispielsweise eine geeignete Regeleinheit genutzt werden. Diese kann dazu ausgebildet sein, erfasste Kalibrierungsdaten für den Saugmotor zu überwachen. Die Kalibrierungsdaten können Aufschluss darüber geben, ob ein möglicher Leistungsabfall des Saugmotors aufgrund von zu heißer Verbrennungsluft bevorsteht oder bereits eingetreten ist. Als Folge einer Erfassung von Daten, die auf einen anstehenden oder eingetretenen Leistungsabfall des Saugmotors aufgrund einer zu hohen Temperatur der Verbrennungsluft hindeuten, ist dann das Bypass-System entsprechend öffenbar. Auf diese Weise wird der zu heißen Verbrennungsluft kühlere Umgebungsluft zugeführt, so dass die Leistung des Saugmotors entweder nicht abfällt oder wieder ansteigt.
• Alternativ oder in Ergänzung zum vorgenannten kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, einen Luftströmungszustand innerhalb des Ansaugluftsystems zu überwachen. Hieraus lassen sich ebenfalls Anzeichen für einen bevorstehenden oder bereits eingetretenen Leistungsabfall des Saugmotors aufgrund einer zu hohen Temperatur der Verbrennungsluft ableiten. Als Folge einer Erfassung von Daten, die auf einen anstehenden oder eingetretenen Leistungsabfall des Saugmotors aufgrund einer zu hohen Temperatur der Verbrennungsluft hindeuten, ist dann das Bypass-System in angemessener Weise öffenbar, um dem zu heißen Hauptluftstrom der Verbrennungsluft kühlere Umgebungsluft zuzuführen.
• Um die in der Motorsteuereinheit zu verarbeitenden Daten zu nutzen, kann die Regeleinheit eine Signalbox mit umfassen. Besagte Signalbox kann dann zur Kopplung mit der Motorsteuereinheit (ECU/PCM) des Saugmotors dienen. Dies ist insofern vorteilhaft, als dass alle wichtigen Daten zum Betrieb des Saugmotors innerhalb der Motorsteuereinheit zusammenlaufen. Auf Basis dieser Daten nimmt die Motorsteuereinheit in der Regel die notwendigen Einstellungen für eine optimale Verbrennungsleistung des Saugmotors vor. Durch die direkte Kopplung der Signalbox mit der Motorsteuereinheit stehen dieser nun ebenfalls die ohnehin bereits erfassten Daten zur Verfügung, so dass etwaige auf einen bevorstehenden oder bereits eingetretenen Leistungsabfall des Saugmotors aufgrund zu heißer Verbrennungsluft hindeutenden Daten direkt für eine Ansteuerung des Bypass-Systems über die Regeleinheit nutzbar sind.
• So können in vorteilhafter Weise bereits vorhandene Systeme und/oder Daten direkt von der Regeleinheit genutzt werden, ohne dass es einer zusätzlichen Anordnung entsprechender Sensoren bedarf.
• Die Regeleinheit kann ein Schaltelement umfassen, welches mit der Signalbox gekoppelt ist. Eine Kopplung meint hierbei, dass das Schaltelement aufgrund einer Vorgabe durch die Signalbox ansteuerbar ist. Auf diese Weise kann auf Basis einer Schaltstellung des besagten Schaltelements das Bypass-System öffenbar und/oder schließbar sein. Bei dem Schaltelement kann es sich beispielsweise um ein Relais handeln, dessen Schaltstellung durch anlegen oder entfernen einer Schaltspannung durch die Regeleinheit manipulierbar ist. Selbstverständlich kann das Schaltelement auch derart aufgebaut sein, dass über dieses eine stufenlose Regelung des Öffnungsgrades innerhalb des Bypass-Systems ermöglicht sein kann.
• In Kombination mit dem Schaltelement kann das Kühlluftventil des Bypass-Systems auf Basis einer Schaltstellung des Schaltelements öffenbar und/oder schließbar sein. Hierdurch kann bei Bedarf Umgebungsluft durch das Bypass-System hindurch in den Hauptluftstrom eingeleitet werden. Über einen solchen Bedarf entscheidet bevorzugt die Signalbox der Regeleinheit, welche dann das Schaltelement ansteuern kann, woraufhin das Kühlluftventil aufgrund der Schaltstellung des Schaltelements geöffnet und/oder geschlossen wird. Auch können Signale eines Regensensors genutzt werden.
• Grundsätzlich kann besagte Regeleinheit rein elektronisch aufgebaut sein. Alternativ hierzu ist auch ein rein mechanischer Aufbau für die Regeleinheit denkbar. Selbstverständlich kann die Regeleinheit auch einen gemischten Aufbau aus elektronischen und mechanischen Komponenten besitzen, was vorliegend als halbmechanisch bzw. semi-mechanisch verstanden wird.
• Erfindungsgemäß besitzt das Kühlluftventil eine Entwässerungseinrichtung, um etwaiges aus der angesaugten Umgebungsluft anfallendes Wasser aufzufangen und aus dem Kühlluftventil heraus abzuleiten. In vorteilhafter Weise erfolgt das Ablassen des angefallenen Wassers dabei kontrolliert, beispielsweise über ein Einweg-Ventil nach dem Prinzip der Schwerkraft über eine dünnhäutige Gummi-Kunststoff-Membrane.
• Nach einer weiteren Entwicklung der Erfindung ist angedacht, dass die Ansaugvorrichtung des Ansaugluftsystems im Wesentlichen trichterförmig ausgebildet sein kann, wobei noch Abscheidezonen für Fremdstoffe wie z.B. Wasser, Staub oder Schnee vorgesehen sein können. Auch kann die Ansaugvorrichtung verschließbar ausgeführt sein um besagte Fremdstoffe fernzuhalten, ohne bei der kritischen Temperatur verschlossen zu sein. Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann die Ansaugvorrichtung auch ein zumindest trichterförmiges Bauteil umfassen. Aufgrund der Trichterform wird ein möglichst geringer Widerstand für die rein passiv anzusaugende Umgebungsluft erreicht. Dabei wird die Umgebungsluft unterdruckbedingt durch den Trichter an- und durch diesen hindurchgesaugt. Dank der Trichterform werden etwaige Störungen im Einströmbereich der Umgebungsluft wirksam reduziert oder gar verhindert. Aufgrund der sich erst mit zunehmender Tiefe in die Trichterform in Strömungsrichtung hinein erhöhenden Strömungsgeschwindigkeit der Umgebungsluft wird zudem eine mögliche Geräuschentwicklung weitestgehend reduziert.
• Da die größte Menge an Verbrennungsluft auch weiterhin über den Hauptluftstrom innerhalb des Ansaugluftschlauches gelangt, kann die Menge an hinzu mischbarer Kühlluft in Form der Umgebungsluft entsprechend gering sein. Vor diesem Hintergrund sieht eine Weiterentwicklung vor, dass der Kühlluftschlauch einen gegenüber dem Ansaugluftschlauch kleineren Innendurchmesser besitzen kann. Die durchströmbare Querschnittsfläche des Kühlluftschlauches kann beispielsweise von 10 % bis 90 % der durchströmbaren Querschnittsfläche des Ansaugluftschlauches betragen. Die durchströmbare Querschnittsfläche des Kühlluftschlauches kann aber auch größer, insbesondere größer als die des Ansaugluftschlauches sein. Insofern kann die Luftmenge durch das Bypass-System, also insbesondere durch den Kühlluftschlauch anteilig größer werden.
• Das nunmehr vorgestellte erfindungsgemäße Ansaugluftsystem ermöglicht eine von schwankenden und insbesondere zu hohen Temperaturen der angesaugten Verbrennungsluft weitestgehend unabhängige Leistungsfähigkeit des so ausgestatteten Saugmotors. Denkbar ist, dass hierzu auch die mitunter für den Innenraum des Kraftfahrzeugs aktiv gekühlte Luft herangezogen wird, sofern eine geeignete Klimatisierungsvorrichtung vorhanden ist.
• Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
• 1 ein erfindungsgemäßes Ansaugluftsystem in einer Seitendarstellung,
• 2 eine zusätzliche Ventilanordnung des erfindungsgemäßen Ansaugluftsystems aus 1 sowie
• 3 eine funktionale Übersicht zur vorgesehenen Anordnung des erfindungsgemäßen Ansaugluftsystems aus 1 zusammen mit der Ventilanordnung aus 2 bei einem Saugmotor.
• In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
• 1 ist die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ansaugluftsystems 1 zu entnehmen. Das Ansaugluftsystem 1 ist zur Verwendung für einen nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor in Form eines Saugmotors vorgesehen. Bei besagtem Saugmotor kann es sich bevorzugt um einen zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs dienenden Saugmotor handeln.
• Das Ansaugluftsystem 1 umfasst einen Ansaugluftschlauch 2 mit Luftfilter und ein erfindungswesentliches Kühlluftelement 3, welches als Rohr, Schlauch, Profil oder dergleichen ausgeführt sein kann, und welches im Folgenden der Einfachheit halber als Kühlluftschlauch 3 bezeichnet wird. Dabei ist der Ansaugluftschlauch 2 dazu vorgesehen, zwischen einem nicht näher dargestellten Lufteinlass und einem hier ebenfalls nicht gezeigten Drosselventil oder wahlweise einem Ansaugkrümmer des Saugmotors angeordnet zu werden. In dieser Anordnung dient der Ansaugluftschlauch 2 dann der Leitung eines Hauptluftstroms A an Verbrennungsluft hin zu dem Saugmotor. Wie in 1 beispielhaft ersichtlich besitzt der Kühlluftschlauch 3 einen dem Ansaugluftschlauch 2 gegenüber kleineren Innendurchmesser.
• Mit Blick auf den Kühlluftschlauch 3 ist erkennbar, dass dieser bis dahin als Bypass zu dem Ansaugluftschlauch 2 mediumleitend, also bevorzugt luftleitend mit dem Ansaugluftschlauch 2 bzw. Luftansaugsystem verbunden ist. In dieser Anordnung ist der Kühlluftschlauch 3 dazu bestimmt, dem im Betrieb des Saugmotors durch den Ansaugluftschlauch 2 strömenden Hauptluftstrom A bei Bedarf einen Anteil an Umgebungsluft B zuzuführen. Wesentlich hierbei ist, dass besagte Umgebungsluft B hierfür eine dem Hauptluftstrom A gegenüber niedrigere Temperatur aufweist. Auf diese Weise kann der durch den Ansaugluftschlauch 2 durchströmende Hauptluftstrom A gekühlt werden. Dabei kann die Umgebungsluft zunächst eine nicht näher gezeigte Luftfiltereinrichtung durchströmen, so dass die dem Hauptluftstrom A zugeführte Umgebungsluft vor dem Beimischen gefiltert wird. Möglich ist aber auch, die Umgebungsluft ungefiltert zuzuführen, wobei günstiger Weise vorgesehen sein kann, die Umgebungsluft dann in die besagte Luftfiltereinrichtung oder in einen Luftfilterkasten oder sogar vor der besagten Luftfiltereinrichtung dem Hauptluftstrom A beimischend zuzuführen.
• Besonders bevorzugt ist der Kühlluftschlauch 3 an einem – in Bezug auf die Strömungsrichtung des Hauptluftstromes A – vor einem nicht näher gezeigten Luftmassenmesser gelegenen Bereich an den Ansaugluftschlauch 2 angebunden. Auf diese Weise werden etwaige Unstimmigkeiten und damit einhergehende Fehleinstellungen des Verbrennungsprozesses aufgrund nicht oder falsch erfasster Luftmassen der zugeführten Umgebungsluft wirksam verhindert. Mit anderen Worten kann so die Summe der Luftmassen und damit auch die mögliche über den Kühlluftschlauch 3 zusätzlich zugeführte Umgebungsluft B sicher gemessen werden.
• 2 zeigt ein Kühlluftventil 4, welches vorliegend ein im Wesentlichen T-förmiges Gehäuse 5 besitzt. Das Gehäuse 5 des Kühlluftventils 4 besitzt eine Ausgangsseite 7, welche mit dem Kühlluftschlauch 3 mediumleitend, also bevorzugt luftleitend verbunden ist. Auf einer der Ausgangsseite 7 gegenüber liegenden Seite des Gehäuses 5 ist eine Eingangsseite 6 vorgesehen. Das Kühlluftventil 4 dient der Regelung des dem Hauptluftstrom A in 1 zuführbaren Stroms an kühlerer Umgebungsluft B. Hierzu ist das Kühlluftventil 4 als Kolbenventil ausgebildet, welches einen zwischen der Eingangsseite 6 und der Ausgangsseite 7 angeordnetes Kolbenelement 8 besitzt. Das Kolbenelement 8 ist über einen nicht näher gezeigten Aktuator derart in einer Längsrichtung x verschieblich innerhalb des Gehäuses 5 geführt, dass die mediumleitende Verbindung zwischen der Eingangsseite 6 und der Ausgangsseite 7 entsprechend veränderbar bis vollständig verschließbar ist. Das Gehäuse 5 kann auch, wenn strömungs- und/oder package-optimiert, anders als T-förmig ausgebildet sein.
• Die in 2 rechts gelegene Eingangsseite 6 des Kühlluftventils 4 ist mit einer Ansaugvorrichtung 9 mediumleitend, also bevorzugt luftleitend verbunden. Die Ansaugvorrichtung 9 ist dazu vorgesehen, die Umgebungsluft B anzusaugen und durch das Gehäuse 5 des Kühlluftventils 4 hindurch in den Kühlluftschlauch 3 zu leiten. Insofern ist das Kühlluftventil 4 zwischen dem Kühlluftschlauch 3 und der Ansaugvorrichtung 9 angeordnet und mediumleitend, also bevorzugt luftleitend mit diesem verbunden. Insbesondere durch die Manipulation des Kolbenelements 8 kann so die Umgebungsluft B in Abhängigkeit der Schaltstellung des Kühlluftventils 4 über die Ansaugvorrichtung 9 und durch das Kühlluftventil 4 hindurch in den Kühlluftschlauch 3 geleitet werden. Wie zu erkennen, ist die Ansaugvorrichtung 9 an ihrem der Eingangsseite 6 gegenüberliegenden freien Ende 10 trichterförmig ausgestaltet.
• In Verlängerung des Kolbenelements 8 ist auf einer Unterseite des Gehäuses 5 zusätzlich eine Entwässerungseinrichtung 11 angeordnet. Die Entwässerungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, um etwaiges aus der angesaugten Umgebungsluft B angefallenes und nicht näher gezeigtes Wasser aus dem Gehäuse 5 des Kühlluftventils 4 abzuleiten.
• 3 zeigt die Kombination aus dem Ansaugluftsystems 1 der 1 und dem Kühlluftventil 4 aus 2. Dieser schematisch funktionalen Übersicht ist die angedachte Einbaulage und Verbindung dieser Komponenten untereinander zu entnehmen. Hierzu ist der Ansaugluftschlauch 2 bzw. Luftfilter an seinem in Strömungsrichtung gelegenen Ende 12 mit einem Drosselventil 13 des nicht näher gezeigten Saugmotors mediumleitend, also bevorzugt luftleitend verbunden.
• Hiernach kann nun dem durch den Ansaugluftschlauch 2 hindurch in das Drosselventil 13 einströmenden Hauptluftstrom A bei Bedarf kühlere Umgebungsluft B beigemischt werden. Diese wird über die Ansaugvorrichtung 9 angesaugt und anschließend durch das Kühlluftventil 4 und den sich daran anschließenden Kühlluftschlauch 3 in den Ansaugluftschlauch 2 eingeleitet.
• Besonders bevorzugt erfolgt die Ansteuerung des Kolbenelements 8 des Kühlluftventils 4 dabei in Abhängigkeit der Temperatur des Hauptluftstrom A. So kann das Kühlluftventil 4 bei Überschreitung einer festgelegten Temperatur des Hauptluftstrom A zumindest teilweise durch Verlagerung des Kolbenelements 8 geöffnet werden, um eine Beimischung kühlerer Umgebungsluft B zu ermöglichen.
• Ein Betrieb des Ansaugluftsystems 1 über eine nicht näher gezeigte Regeleinheit könnte derart erfolgen, dass diese insbesondere über das Kühlluftventil 4 mit dem Ansaugluftsystem 1 gekoppelt ist. So könnte ein das Kühlluftventil 4 ansteuernder Aktuator in Bezug auf seine Stellungen von der Regeleinheit angesteuert werden.
• Ein beispielhafter Aufbau besagter Regeleinheit könnte zunächst eine notwendige Energieversorgung seiner einzelnen elektrischen Komponenten vorsehen. Die dann bevorzugt Gleichstrom führende Energieversorgung könnte eine entsprechende Plus-Leitung und eine entsprechende Minus-Leitung umfassen, mit denen die einzelnen Komponenten der Regeleinheit stromführend verbunden sind.
• Die Regeleinheit könnte in vorteilhafter Weise mit der Motorsteuereinheit des Saugmotors gekoppelt sein. Die bereits vorhandene Motorsteuereinheit überwacht in der Regel den Verbrennungsprozess des nicht gezeigten Saugmotors und nimmt die notwendigen Einstellungen für dessen optimale Verbrennungsleistung vor. Die Kopplung der Regeleinheit mit der Motorsteuereinheit könnte über eine direkt mit dieser gekoppelten Signalbox erfolgen. Dabei könnte die Signalbox entweder über die Motorsteuereinheit mit Energie versorgt werden oder aber mittels geeigneter Verbindungsleitungen an die Energieversorgung angekoppelt sein.
• Durch die direkte Kopplung der Signalbox mit der Motorsteuereinheit stünden der Regeleinheit (bzw. zunächst der Signalbox) dann die bereits erfassten und an die Motorsteuereinheit übertragenen Daten direkt zur Verfügung. Hierdurch wäre die Überwachung von Kalibrierungsdaten für den Saugmotor ermöglicht. Weiterhin könnte auf diese Weise auch der jeweilige Luftströmungszustand innerhalb des Ansaugluftsystems 1 überwacht werden.
• Ziel der Überwachung durch die Signalbox wäre die Nutzung etwaiger auf einen bevorstehenden oder bereits eingetretenen Leistungsabfall des Saugmotors aufgrund zu heißer Verbrennungsluft hindeutender Daten, auf deren Basis dann eine Ansteuerung des Bypass-Systems des Ansaugluftsystem 1 vornehmbar wäre. Auf diese Weise könnte dem durch den Ansaugluftschlauch 2 des Ansaugluftsystems 1 strömenden Hauptluftstrom A an Verbrennungsluft bedarfsweise ein Anteil an, dem Hauptluftstrom A gegenüber kühlerer Umgebungsluft B, durch das Öffnen des Bypass-Systems 4; näherhin des Kühlluftventils 4, zugeführt werden.
• Hierzu könnte die Regeleinheit weiterhin ein Schaltelement umfassen, welches über Verbindungsleitungen mit der Energieversorgung verbunden wäre. Weiterhin könnte das Schaltelement mit der Signalbox gekoppelt sein. Besagte Kopplung meint, dass das Schaltelement über ein Signal der Signalbox dann entsprechend ansteuerbar wäre. Dies könnte über eine physikalische Leitung oder eine drahtlose Verbindung wie beispielsweise eine Funkübertragung zwischen der Signalbox und dem Schaltelement erfolgen. In jedem Fall wäre hierbei vorgesehen, dass auf Basis einer Schaltstellung des Schaltelements das Bypass-System entsprechend öffenbar und/oder schließbar wäre.
• Dabei könnte das Schaltelement als ein Relais ausgebildet sein oder ein solches umfassen. Bevorzugt könnte das Schaltelement dabei ein umlegbares Unterbrecherelement besitzen, über welches eine Verbindungsleitung der beiden den Aktuator mit der Energieversorgung koppelnden Verbindungsleitungen entsprechend stromleitend oder unterbrochen sein könnte. Sofern dann die Schaltstellung des Schaltelements eine stromleitende Verbindung des Aktuators über die dann geschlossene Verbindungsleitung mit der Energieversorgung herstellt, würde das Kolbenelement 8 des Kühlluftventils entsprechend manipuliert. Durch die daraus resultierende Verlagerung des Kolbenelements 8 könnte so das Kühlluftventil 4 in geeigneter Form geöffnet und/oder geschlossen werden, was das Öffnen und/oder Schließen des Bypass-Systems meint.
• Hierdurch könnte als Folge einer Erfassung von auf einen anstehenden oder eingetretenen Leistungsabfall hindeutenden Daten des nicht dargestellten Saugmotors aufgrund einer zu hohen Temperatur der Verbrennungsluft das Bypass-System zu dem Ansaugluftschlauch 2 des Ansaugluftsystems 1 geöffnet werden. So wird dem durch den Ansaugluftschlauch 2 strömenden Hauptluftstrom A bedarfsweise ein Anteil kühlerer Umgebungsluft B durch das Bypass-System hindurch zugeführt.
• In einer Richtung kann auch eine hier nicht dargestellte Feder auf das Kolbenelement wirken. So kann das System bei Ausfall der elektrischen Steuerung in eine Failsafe-Position gebracht werden.
• Bezugszeichenliste

1

Ansaugluftsystem

2

Ansaugluftschlauch von 1

3

Kühlluftelement von 1

4

Kühlluftventil von 1

5

Gehäuse von 4

6

Eingangsseite von 4

7

Ausgangsseite von 4

8

Kolbenelement von 4

9

Ansaugvorrichtung von 4

10

freies Ende von 9

11

Entwässerungseinrichtung von 4

12

Ende von 2

13

Drosselventil

A

Hauptluftstrom

B

Umgebungsluft

x

Längsrichtung

Claims (9)

1. Ansaugluftsystem für einen Saugmotor, eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Ansaugluftschlauch (2) zur Anordnung zwischen einem Lufteinlass und einem Drosselventil (13) oder einem Ansaugkrümmer des Saugmotors, wobei ein Kühlluftschlauch (3) luftleitend mit dem Ansaugluftschlauch (2) verbunden ist, und einem durch den Ansaugluftschlauch (2) strömenden Hauptluftstrom (A) bedarfsweise einen Anteil an, dem Hauptluftstrom (A) gegenüber kühlerer, Umgebungsluft (B) zuführt, wobei ein Kühlluftventil (4) zwischen dem Kühlluftschlauch (3) und einer Ansaugvorrichtung (9) angeordnet und luftleitend mit diesen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlluftventil (4) eine Entwässerungseinrichtung (11) besitzt, welche aus angesaugter Umgebungsluft (B) anfallendes Wasser aus dem Kühlluftventil (4) ableitet.
2. Ansaugluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugvorrichtung (9) luftleitend mit dem Kühlluftelement (3) verbunden ist, wobei die Ansaugvorrichtung (9) dazu vorgesehen ist, Umgebungsluft (B) anzusaugen und in den Kühlluftschlauch (3) zu leiten.
3. Ansaugluftsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Umgebungsluft (B) in Abhängigkeit der Schaltstellung des Kühlluftventils (4) über die Ansaugvorrichtung (9) und durch das Kühlluftventil (4) hindurch in den Kühlluftschlauch (3) leitbar ist.
4. Ansaugluftsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlluftventil (4) als Kolbenventil ausgebildet ist.
5. Ansaugluftsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlluftventil (4) durch einen ansteuerbaren Aktuator zu betätigen ist.
6. Ansaugluftsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlluftventil (4) in Abhängigkeit der Temperatur des Hauptluftstrom (A) betätigt ist, wobei das Kühlluftventil (4) bei Überschreitung einer festgelegten Temperatur des Hauptluftstromes (A) zumindest teilweise öffenbar ist.
7. Ansaugluftsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugvorrichtung (4) trichterförmig ausgebildet.
8. Ansaugluftsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftschlauch (3) einen gegenüber dem Ansaugluftschlauch (2) kleineren, gleichgroßen oder größeren Innendurchmesser besitzt.
9. Ansaugluftsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftschlauch (3) so angeordnet ist, dass dem durch den Ansaugluftschlauch (2) strömenden Hauptluftstrom (A) bedarfsweise ein Anteil an, dem Hauptluftstrom (A) gegenüber kühlerer und durch eine Luftfiltereinrichtung gefilterter Umgebungsluft (B) zugeführt wird.

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