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Die Erfindung betrifft eine Luftführungseinrichtung zum Führen von Luft zu einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Luftführungseinrichtung zum Führen von Luft zu einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2007 023 119 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Luftführungseinrichtung weist dabei einen Luftfilter zum Filtern der Luft auf. Hierdurch kann beispielsweise vermieden werden, dass in der Luft aufgenommene Partikel in die beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftwagens eindringen können. Die Luftführungseinrichtung umfasst ferner wenigstens einen Luftmassenmesser zum Erfassen einer Menge beziehungsweise Masse der den Luftfilter durchströmenden Luft, wobei der Luftmassenmesser üblicherweise auf einer Reinseite des Luftfilters, das heißt in Strömungsrichtung der Luft stromab des Luftfilters, angeordnet ist. Beispielsweise ist der Luftmassenmesser als Heißfilmluftmassenmesser (HFM) ausgebildet. Ferner umfasst die Luftführungseinrichtung wenigstens ein Leitelement zum Leiten der Luft. Mittels des Leitelements kann die Luft gezielt abgelenkt beziehungsweise abgeleitet werden, sodass eine vorteilhafte Strömung der Luft bewirkt werden kann. Die Luft wird von der Verbrennungskraftmaschine während ihres Betriebs angesaugt, sodass die Luftführungseinrichtung üblicherweise auch als Ansaugsystem oder Luftführungssystem bezeichnet wird.
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Ferner offenbart die
DE 20 2006 004 927 U1 ein Luftansaugsystem für eine Brennkraftmaschine, wobei das Luftansaugsystem mindestens einen Luftfilter mit einem Filtergehäuse und einem auswechselbaren Filtereinsatz, mindestens einen vom Filtergehäuse zur Brennkraftmaschine führenden Luftansaugkanal und mindestens einen im Luftströmungsweg liegenden Luftmassenmesser aufweist. Stromauf des Luftmassenmessers ist ein Luftströmungsgleichrichter zur Erzeugung einer möglichst turbulenzarmen Luftströmung im Bereich des Luftmassenmessers angeordnet. Ferner ist es vorgesehen, dass der Luftströmungsgleichrichter als Teil des Filtereinsatzes ausgebildet ist.
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Es hat sich gezeigt, dass es bei herkömmlichen Luftführungseinrichtungen zu unerwünschten Beeinträchtigungen der Funktion des Luftmassenmessers hinsichtlich der Erfassung der Menge beziehungsweise Masse der Luft kommen kann, woraus unerwünschte Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine und somit des Kraftwagens insgesamt resultieren können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Luftführungseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass unerwünschte Beeinträchtigungen der Funktion des Luftmassenmessers vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Luftführungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Luftführungseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass unerwünschte Beeinträchtigungen der Funktion des Luftmassenmessers vermieden werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass stromab des Luftfilters ein von der Luft durchströmbares Gitter angeordnet ist, welches in Richtung des Leitelements konvex ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das Gitter eine von der Luft durchströmbare Fläche aufweist, welche jedoch nicht eben, sondern gewölbt beziehungsweise konvex ausgebildet und dabei in Richtung des Leitelements gewölbt beziehungsweise konvex ausgebildet ist. Mit anderen Worten wölbt sich das Gitter zum Leitelement hin.
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Das Gitter ist dabei vorzugsweise ein sogenanntes Grobgitter, welches von der Luft durchströmbare Durchgangsöffnungen aufweist, die wesentlich größer als von der Luft durchströmbare Durchgangsöffnungen des Luftfilters sind. Mit anderen Worten weist der Luftfilter Durchgangsöffnungen insbesondere in Form von Poren auf, welche von der Luft durchströmbar sind. In der Luft aufgenommene Partikel, welche größer als die Durchgangsöffnungen des Luftfilters sind, bleiben an dem Luftfilter beziehungsweise an die Durchgangsöffnungen des Luftfilters begrenzenden Wandungen des Luftfilters hängen und werden somit aus der Luft gefiltert. Dabei sind die Durchgangsöffnungen des Gitters vorzugsweise größer als die Durchgangsöffnungen des Luftfilters. Durch das in Richtung des Leitelements konvexe Gitter kann insbesondere eine Durchmischung der das Gitter durchströmenden Luft realisiert werden, um dadurch beispielsweise den Leerlaufbereich der Verbrennungskraftmaschine zu stabilisieren.
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Dabei wurde gefunden, dass durch die Kombination des als Leitapparat fungierenden Leitelements mit dem Gitter eine besonders hohe Messgenauigkeit der durch den Luftmassenmesser zu bewirkenden Erfassung der Menge beziehungsweise Masse der Luft realisiert werden kann, insbesondere auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen, bei denen hohe Mengen an Schmutz, insbesondere Staub, und ein hoher Schneeeintrag in der Luft aufgenommen sind. Durch diese hohe Messgenauigkeit sind gegenüber herkömmlichen Luftführungseinrichtungen stabilere beziehungsweise verbesserte Motorbeziehungsweise Abgasapplikationen möglich, sodass die Emissionen gering gehalten werden können und ein verbesserter Bauteilschutz realisiert werden kann.
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Ferner ist es möglich, unerwünschte Strömungsverzüge und ein dadurch etwaig bewirktes Driftverhalten des Luftmassenmessers zumindest gering zu halten oder zu vermeiden. Außerdem kann ein Einfluss von Staub, Schmutz, Wasser und Schneeeintrag auf die nachgeschaltete, durch den Luftmassenmesser zu bewirkende Luftmassenmessung zumindest gering gehalten oder vermieden werden. Durch eine gezielte Auslegung des Leitelements und des Gitters sind praktisch keine Leistungseinbußen durch zusätzlichen Druckverlust in der Luftführungseinrichtung zu beklagen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis ist, dass es bei modernen Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, zu einem starken Schmutz- beziehungsweise Schneeeintrag in Luftführungseinrichtungen kommen kann, was insbesondere auf eine entsprechende Gestaltung des Vorbaus des jeweiligen Kraftwagens zurückzuführen ist. Dieser starke Schmutz- beziehungsweise Schneeeintrag kann zu einer schnellen Beladung des Luftfilters führen, welche für eine sehr schnelle Strömungsverschiebung in Richtung des Luftmassenmessers sorgen kann. Dies kann gegebenenfalls dann zu einer Fehlererkennung in der Steuerungssoftware zum Steuern beziehungsweise Regeln der Verbrennungskraftmaschine führen, wodurch wiederum ein Notlauf des Kraftwagens ausgelöst werden kann. Durch das konvexe Gitter, welches vorzugsweise dem Leitelement nachgeschaltet ist, kann dieses Driftverhalten neutralisiert beziehungsweise vermieden werden.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Gitter in Strömungsrichtung der Luft stromab des Leitelements angeordnet, das heißt dem Leitelement nachgeschaltet ist. Mittels des Leitelements kann generell eine hohe Messgenauigkeit des Luftmassenmessers realisiert werden, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Luftmassenmesser stromab des Gitters und stromab des Leitelements, das heißt dem Leitelement nachgeschaltet ist. Die hohe Messgenauigkeit kann dadurch realisiert werden, dass mittels des Leitelements ein zumindest im Wesentlichen homogenes Messfenster, insbesondere ohne Strömungsgradienten, für den Luftmassenmesser geschaffen werden kann. Durch schnelle Beladung des Luftfilters, beispielsweise mit Staub, Schmutz, Wasser und Schnee könnte allerdings die Strömungsgeschwindigkeit stark beeinflusst werden, wodurch wiederum die Durchströmung des Leitelements beeinflusst werden kann. Dadurch kann das Messergebnis des Luftmassenmessers beeinträchtigt werden. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz des konvexen Gitters ist es nun jedoch möglich, diesen Strömungsverzug besonders gering zu halten oder zu vermeiden, sodass unplausible Messergebnisse vermieden werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Luftführungseinrichtung zum Führen von Luft zu einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere Personenkraftwagens, mit einem Luftfilter zum Filtern der Luft, mit wenigstens einem Luftmassenmesser zum Erfassen einer Menge der den Luftfilter durchströmenden Luft, und mit wenigstens einem Leitelement zum Leiten der Luft, wobei stromab des Luftfilters ein von der Luft durchströmbares Gitter angeordnet ist, welches in Richtung des Leitelements konvex ausgebildet ist;
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2 eine schematische Vorderansicht des Gitters;
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3 eine schematische Seitenansicht des Gitters; und
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4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Luftführungseinrichtung in einem in 1 mit E bezeichneten Bereich.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Luftführungseinrichtung zum Führen von Luft zu einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildet und saugt während ihres Betriebs Luft an, welche mittels eines Ansaugtrakts zur Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zu Brennräumen wie beispielsweise Zylindern der Verbrennungskraftmaschine, geführt wird. Dabei ist die Luftführungseinrichtung 10 in dem Ansaugtrakt angeordnet und dient demzufolge zum Führen der Luft zur Verbrennungskraftmaschine.
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Die Luftführungseinrichtung 10 umfasst dabei einen im Ganzen mit 12 bezeichneten Luftfilter, welcher von der Luft durchströmbar ist. Mittels des Luftfilters 12 wird die Luft gefiltert. Hierzu umfasst der Luftfilter 12 beispielsweise ein Filtermaterial 14, welches von der Luft durchströmbare Durchgangsöffnungen und die Durchgangsöffnungen begrenzende Wandungen aufweist. In der Luft aufgenommene Partikel, welche größer als die Durchgangsöffnungen des Filtermaterials 14 sind, bleiben an dem Filtermaterial 14 beziehungsweise den Wandungen hängen, wodurch die Partikel mittels des Luftfilters 12 aus der Luft gefiltert werden.
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Die Luftführungseinrichtung 10 umfasst ferner wenigstens einen Luftmassenmesser 16, welcher beispielsweise als Heißfilmluftmassenmesser (HFM) ausgebildet ist. Mittels des Luftmassenmessers 16 wird eine Menge beziehungsweise Masse der den Luftfilter 12 durchströmenden Luft erfasst. Dies bedeutet, dass der Luftfilter 12 und der Luftmassenmesser 16 in einem gemeinsamen, von der Luft durchströmbaren Luftpfad angeordnet sind, wobei der Luftmassenmesser 16 bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch den Luftpfad stromab des Luftfilters 12 angeordnet ist.
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Wie besonders gut in Zusammenschau mit 4 erkennbar ist, ist in dem Luftpfad auch ein Leitelement 18 der Luftführungseinrichtung 10 angeordnet. Die Luft wird dabei mittels des als Leitapparat fungierenden Leitelements 18 gezielt abgelenkt beziehungsweise abgeleitet, sodass eine besonders vorteilhafte Strömung der Luft in dem Luftpfad bewirkbar ist. Dies bedeutet, dass das Leitelement 18 in dem Luftpfad angeordnet ist, wobei das Leitelement 18 stromab des Luftfilters 12 und stromauf des Luftmassenmessers 16 in dem Luftpfad angeordnet ist.
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Wie in Zusammenschau mit 4 erkennbar ist, weist das Leitelement 18 wenigstens zwei gegenüberliegend angeordnete und sich in Strömungsrichtung der Luft schräg zu dieser Strömungsrichtung aufeinander zu erstreckende Wandungen 20 auf, durch welche ein sich in Strömungsrichtung verjüngender und von der Luft durchströmbarer Strömungskanal beziehungsweise Strömungsquerschnitt gebildet ist.
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Um unerwünschte Beeinträchtigungen der Funktion des Luftmassenmessers 16 auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen zu vermeiden, umfasst die Luftführungseinrichtung 10 ein stromab des Luftfilters 12 angeordnetes und von der Luft durchströmbares Gitter 22, welches in Richtung des Leitelements 18 gewölbt und somit konvex ausgebildet ist. Das als Grobgitter fungierende Gitter 22 ist dabei in Strömungsrichtung der Luft stromab des Leitelements 18 im Luftpfad angeordnet, wobei der Luftmassenmesser 16 stromab des Gitters 22 angeordnet ist.
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Aus 2 und 3 ist besonders gut erkennbar, dass das Gitter 22 eine Vielzahl an von der Luft durchströmbaren Durchgangsöffnungen in Form von Maschen aufweist, von denen in 2 eine Masche beispielhaft mit 24 bezeichnet ist. Die vorigen und folgenden Ausführungen zur Masche 24 sind auch auf die anderen Maschen des Gitters 22 übertragbar. Aus 2 ist erkennbar, dass das Gitter 22 vorzugsweise eine Maschenweite von 2,7 Millimeter bis 3 Millimeter aufweist. Dabei weist die jeweilige Masche 24 Seitenlängen S1 uns S2 auf, die jeweils beispielsweise im Bereich von 2,7 Millimeter bis 3 Millimeter liegen. Dabei kann die jeweilige Masche 24 zumindest im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist das Gitter 22 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Draht, gebildet. Durch die genannte Maschenweite kann der Druckverlust in der Luftführungseinrichtung 10 gering gehalten werden. Darüber hinaus kann dadurch eine stabile Bauweise des Gitters 22 realisiert werden. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Draht, aus welchem das Gitter 22 vorzugsweise gebildet ist, eine Drahtstärke beziehungsweise Dicke von circa 0,5 Millimeter aufweist. Das Gitter 22 ist somit vorzugsweise durch ein Drahtgeflecht gebildet, welches vorzugsweise symmetrisch ausgebildet ist, sodass die jeweilige Masche 24 eine quadratische Form oder Rechteckform aufweist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass jeweilige Drahtlagen des Drahtgeflechts einen Winkel α von vorzugsweise 90 Grad zueinander aufweisen. Durch diese Ausführung kann ein bestmöglicher Effekt bezüglich der Strömungsstabilisierung und der Minimierung des Druckverlusts erreicht werden. Mit anderen Worten dient das Gitter 22 insbesondere dazu, die Strömung der Luft zu stabilisieren, um einen vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu ermöglichen. Ausführungen mit feineren beziehungsweise geringeren Maschenweiten und Drahtstärken, um die Strömung noch stärker zu stabilisieren, sind selbstverständlich denkbar, können jedoch gegebenenfalls zu höheren Druckverlusten führen.
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Auch können in speziellen Anwendungen oder Luftfilterausführungen ggf. asymmetrische verteilte Maschenweiten sinnvoll sein. Beispielsweise im mittleren Querschnittsbereich kann eine engere Maschenweite für die Signalstabilität der Luftmassenmessung (16) von Vorteil sein hat aber einen erhöhten Druckverlust zur Folge. Eine Aufweitung der Maschenweite zum Rand hin kann hier unter Umständen den Druckverlustanstieg reduzieren, ohne jedoch zu sehr die Signalstabilität zu beeinträchtigen.
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Aus 2 ist ferner erkennbar, dass das Gitter 22 außenumfangsseitig zumindest im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist und dabei einen Durchmesser AD aufweist, welcher ein Außendurchmesser ist. Das als Grobgitter fungierende Gitter 22 kann dabei kreisrund oder aber oval ausgebildet sein und weist vorzugsweise ein Verhältnis des Durchmessers AD zu seiner Bautiefe T (3) von 80 zu 30 auf. Die Bautiefe T erstreckt sich dabei in Strömungsrichtung der Luft.
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Ferner ist aus 2 und 3 erkennbar, dass das Gitter 22 mit einem Ring 25 verbunden ist, über welchen das Gitter 22 beispielsweise an einem Gehäuse 26 (1) der Luftführungseinrichtung 10 befestigbar ist. Der Ring 25 weist dabei eine in 3 mit d bezeichnete und in Strömungsrichtung der Luft verlaufende Dicke auf, welche vorzugsweise kleiner als 3 Millimeter ist. Die in 3 mit T bezeichnete Bautiefe ist auch in 1 mit T bezeichnet und erstreckt sich von einer Stelle B zu einer Stelle C in Strömungsrichtung der Luft. Ferner ist ein in Strömungsrichtung der Luft verlaufender Abstand zwischen dem Gitter 22 und dem als Leitapparat fungierenden Leitelement 20 mit U bezeichnet, wobei sich der Abstand U von der Stelle C zu einer Stelle D in Strömungsrichtung der Luft erstreckt. Der Abstand U beträgt dabei mindestens 45 Millimeter oder mehr. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verhältnis der Bautiefe T zu dem Abstand U 30 zu 45 beträgt.
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Es ist denkbar, dass das Gitter 22 als Einzelbauteil beziehungsweise Einsatzteil ausgeführt ist. Dabei ist das Gitter 22 als separat von dem Gehäuse 26 ausgebildetes Bauteil hergestellt, welches nach der Herstellung des Gitters 22 und nach der Herstellung des Gehäuses 26 mit dem Gehäuse 26 verbunden, insbesondere reversibel lösbar verbunden, wird. Das Gehäuse 26 ist dabei beispielsweise eine Luftfilterpatrone, die den Luftfilter 12 beziehungsweise das Filtermaterial 14 hält, insbesondere trägt. Alternativ zur von der Luftfilterpatrone separaten Ausgestaltung des Gitters 22 ist es denkbar, dass das Gitter 22 in die Luftfilterpatrone, insbesondere in einen Käfig der Luftfilterpatrone, integriert ist. Hierbei ist das Gitter 22 beispielsweise in die Luftfilterpatrone eingeschweißt, eingeklebt und/oder auf anderweitige Weise irreversibel lösbar verbunden. In 1 ist mit A ein Messeintritt des Luftmassenmessers 16 bezeichnet. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Messeintritt A einen möglichst großen Abstand zur Stelle C aufweist. In 1 ist ein sich in Strömungsrichtung der Luft erstreckender Abstand zwischen dem Messeintritt A und der Stelle B mit V bezeichnet, wobei der Abstand V mindestens 30 Millimeter beträgt. Der Abstand des Messeintritts A zur Stelle C beträgt vorzugsweise mindestens 60 Millimeter oder mehr.
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Aus 1 ist ferner erkennbar, dass der Luftmassenmesser 16 ein Messrohr 28 und ein Sensorelement 30 umfasst, mittels welchem die eigentliche Luftmassenmessung erfolgt. Das Messrohr 28 weist dabei einen Innendurchmesser auf, welcher auch als Messrohrdurchmesser bezeichnet wird. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verhältnis des Messrohrdurchmessers zu dem Abstand zwischen dem Messeintritt A und der Stelle C mindestens 1,3 oder mehr beträgt.
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Ferner ist aus 1 bis 4 erkennbar, dass sich das Gitter 22 zumindest über den überwiegenden, insbesondere vollständigen, von der Luft durchströmbaren Strömungsquerschnitt des Luftpfads erstreckt, sodass die gesamte, den Luftpfad durchströmende Luft durch das Gitter 22 hindurchströmt. Hierdurch kann die Gefahr von unerwünschten Beeinträchtigungen der Funktion des Luftmassenmessers 16 besonders gering gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Luftführungseinrichtung
- 12
- Luftfilter
- 14
- Filtermaterial
- 16
- Luftmassenmesser
- 18
- Leitelement
- 20
- Wandung
- 22
- Gitter
- 24
- Masche
- 25
- Ring
- 26
- Gehäuse
- 28
- Messrohr
- 30
- Sensorelement
- A
- Messeintritt
- B
- Stelle
- C
- Stelle
- D
- Stelle
- E
- Bereich
- S1
- Seitenlänge
- S2
- Seitenlänge
- T
- Bautiefe
- U
- Abstand
- V
- Abstand
- d
- Dicke
- AD
- Durchmesser
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007023119 A1 [0002]
- DE 202006004927 U1 [0003]
