DE102015114223A1

DE102015114223A1 - Luftansaugsystem

Info

Publication number: DE102015114223A1
Application number: DE102015114223.6A
Authority: DE
Inventors: Eric R. Tucker; Steven A. Kornburger
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-09-08
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2016-03-10
Also published as: US20160069307A1; US9677514B2

Abstract

Ein Luftansaugsystem zur Zuführung gleicher Mengen von Verbrennungsluft zu einer Brennkraftmaschine weist eine Luftkastenanordnung auf, die ein Gehäuse umfasst, welches eine Filterkammer definiert, die dafür ausgelegt ist, eine Luftfilteranordnung, einen Lufteinlass, der Frischluft in das Gehäuse und die Filterkammer einlässt, sowie Auslässe, die sich von dem Gehäuse erstrecken, aufzunehmen. Die Luftfilteranordnung umfasst weiterhin ein Filtermedium, das zwischen dem Lufteinlass und den Auslässen angeordnet ist, um eine Filterluftkammer an einer Anströmseite des Filtermediums und eine Trennwand zu definieren, die sich über die Filterluftkammer hinweg erstreckt, um durch das Filtermedium hindurchströmende, gefilterte Frischluft in zwei Strömungspfade aufzuteilen, wobei die aufgeteilten Strömungspfade durch die Auslässe hindurch aus dem Gehäuse und der Filterluftkammer austreten.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen Luftansaugsysteme für Brennkraftmaschinen und im Spezielleren einen Luftfilter zur Zuführung von gefilterter Verbrennungsluft zu Doppeleinlassöffnungen eines Motors.
HINTERGRUND
Die Zuführung von Verbrennungsluft zu einer Brennkraftmaschine erfolgt über ein Ansaugsystem, das in der Regel ein Luftreinigungssystem mit einem Luftfilter umfasst, der dazu dient, Feststoffpartikel und andere Verunreinigungsstoffe zu entfernen und daran zu hindern, in den Motor und in andere kritische Bauteile desselben zu gelangen. Luftfilter sind dafür konzipiert, dass ihre Auswirkung auf die Luftströmung auf ein Mindestmaß zurückgeführt ist, und sie dienen in der Regel einem einzigen Funktionszweck: der Reinigung der Verbrennungsluft.
Bei modernen Brennkraftmaschinen kommen Sensoren, wie etwa Masseluftstromsensoren (MAF-Sensoren) zum Einsatz, um die Menge an Verbrennungsluft zu bestimmen, die durch das Ansaugsystem hindurch in den Motor gelangt. Bei Motoren mit zwei Turboladern muss der Strom an Verbrennungsluft sorgfältig gemessen und zugeführt werden, da ansonsten die Motorleistung in Mitleidenschaft gezogen wird. Es kann zu Anfälligkeiten bei der Vorbelastung der Einlassstutzen von Ansaugsystemen kommen, wenn die Stutzen von ungleicher Länge sind. Wird nur ein Luftkasten zur Speisung von zwei Stutzen verwendet, so kann es in den Kanälen (z. B. im Leerlauf) zu geringen Luftströmungen und raschen Zustandsänderungen kommen, wodurch die Masseluftstromsensoren keine Messwerte mehr aufnehmen und so eine Messung verhindert wird.
Vom Standpunkt der Unterbringung und aus einer Kostenperspektive heraus ist es wünschenswert, nur einen Luftkasten zu verwenden, jedoch ohne dass dadurch eine Leistungsbeeinträchtigung des Ansaugsystems erfolgt.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Brennkraftmaschinensystem ein Luftansaugsystem, das ein Ansaugrohr umfasst, welches Frischluft zur Zuführung zu einer Luftkastenanordnung sammelt, welche eine Luftfilteranordnung enthält, die dazu dient, Verunreinigungsstoffe aus der Frischluft zu entfernen, bevor diese stromabwärts anderen Bauteilen des Brennkraftmaschinensystems zugeführt wird. Die Luftkastenanordnung umfasst ein Gehäuse, welches eine Filterkammer definiert, die dafür ausgelegt ist, die Luftfilteranordnung, einen Lufteinlass, der die Frischluft von dem Ansaugrohr in das Gehäuse und die Filterkammer einlässt, sowie Auslässe, die durch das Gehäuse hindurch öffnen, aufzunehmen. Die Luftfilteranordnung umfasst weiterhin ein Filtermedium, das zwischen dem Lufteinlass und den Auslässen angeordnet ist, um eine Filterluftkammer an einer Anströmseite des Filtermediums und eine Trennwand zu definieren, die sich über die Filterluftkammer hinweg erstreckt, um durch das Filtermedium hindurchströmende, gefilterte Frischluft in zwei Strömungspfade aufzuteilen, wobei die aufgeteilten Strömungspfade durch die Auslässe aus dem Gehäuse und der Filterluftkammer austreten.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Brennkraftmaschinensystem ein Luftansaugsystem, welches ein Ansaugrohr umfasst, das Frischluft zur Zuführung zu einer Luftkastenanordnung sammelt, welche eine Luftfilteranordnung enthält, die dazu dient, Verunreinigungsstoffe aus der Frischluft zu entfernen, bevor diese stromabwärts anderen Bauteilen des Brennkraftmaschinensystems zugeführt wird. Die Luftkastenanordnung umfasst ein Gehäuse, welches eine Filterkammer definiert, die dafür ausgelegt ist, die Luftfilteranordnung, einen Lufteinlass, der die Frischluft von dem Ansaugrohr in das Gehäuse und die Filterkammer einlässt, sowie Auslässe, die durch das Gehäuse hindurch öffnen, aufzunehmen. Die Luftfilteranordnung umfasst weiterhin ein Filtermedium, das zwischen dem Lufteinlass und den Auslässen angeordnet ist, um eine Filterluftkammer an einer Anströmseite des Filtermediums und eine Trennwand zu definieren, die sich über die Filterluftkammer hinweg erstreckt, um durch das Filtermedium hindurchströmende, gefilterte Frischluft in zwei Strömungspfade aufzuteilen. Die aufgeteilten Strömungspfade treten durch die Auslässe aus dem Gehäuse und der Filterluftkammer aus, wobei die Trennwand einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist und sich von einer Wand desselben nach außen erstreckt und so eine Anbringstelle für die Luftfilteranordnung bereitstellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Luftansaugsystem zur Zuführung gleicher Mengen von Verbrennungsluft zu Zwillingsturboladern einer Brennkraftmaschine eine Luftkastenanordnung auf, die ein Gehäuse umfasst, welches eine Filterkammer definiert, die dafür ausgelegt ist, eine Luftfilteranordnung, einen Lufteinlass, der Frischluft in das Gehäuse und die Filterkammer einlässt, sowie Auslässe, die durch das Gehäuse hindurch öffnen, aufzunehmen. Die Luftfilteranordnung umfasst weiterhin ein Filtermedium, das zwischen dem Lufteinlass und den Auslässen angeordnet ist, um eine Filterluftkammer an einer Anströmseite des Filtermediums und eine Trennwand zu definieren, die sich über die Filterluftkammer hinweg erstreckt, um durch das Filtermedium hindurchströmende, gefilterte Frischluft in zwei Strömungspfade aufzuteilen, wobei die aufgeteilten Strömungspfade durch die Auslässe aus dem Gehäuse und der Filterluftkammer austreten.
Die obigen Merkmale und Vorteile, sowie andere Merkmale und Vorteile der Erfindung, erschließen sich mit größerer Deutlichkeit aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Details werden in lediglich beispielhafter Weise in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen ersichtlich, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein Brennkraftmaschinensystem ist, welches Merkmale der Erfindung verkörpert;
2 eine auseinandergenommene, isometrische Ansicht einer dem Motorsystem aus 1 entstammenden Luftkastenanordnung ist, welche Merkmale der Erfindung verkörpert;
3 eine Schattendraufsicht auf die Luftkastenanordnung aus 2 ist;
4 eine Schattendraufsicht auf eine andere Ausführungsform der Luftkastenanordnung aus 2 ist;
5 eine Schattendraufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Luftkastenanordnung aus 2 ist;
6 eine auseinandergenommene, isometrische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer dem Motorsystem aus 1 entstammenden Luftkastenanordnung ist, welche Merkmale der Erfindung verkörpert.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die nachfolgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und es sollen dadurch die vorliegende Offenbarung, deren Anwendung oder deren Nutzungsbereiche nicht eingeschränkt werden. Es versteht sich, dass einander entsprechende Bezugszahlen über die Zeichnungen hinweg gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben. Der hier verwendete Begriff 'Fahrzeug' ist nicht nur auf ein Automobil, einen Lastkraftwagen, einen Transporter oder einen sportlichen Geländewagen (SUV) beschränkt, sondern schließt jedes selbstfahrende oder gezogene Beförderungsmittel ein, das zum Transport einer Last geeignet ist.
In 1, auf welche nun Bezug genommen wird, umfasst gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ein Brennkraftmaschinensystem 10 einen Motorblock 12, Ansaugkrümmer 14 und Auspuffkrümmer 16. Gemäß dem veranschaulichten Motorsystem handelt es sich bei dem Motor um einen Motor mit V-Bauweise, es ist jedoch anzumerken, dass dies lediglich Beispielzwecken dient und dass andere Auslegungen (z. B. Reihenbauweise, Rotationsmotor) ebenfalls erwogen sind. Ein Luftansaugsystem 18 umfasst ein Ansaugrohr oder Ansaugrohre 20, die Frischluft 22 zur Bereitstellung an einen Luftkasten 24 sammeln. In dem hier eingehender zu beschreibenden Luftkasten ist eine Luftfilteranordnung 26 untergebracht, die dazu dient, Verunreinigungsstoffe aus der Frischluft 22 zu entfernen, bevor diese stromabwärts anderen Bauteilen des Brennkraftmaschinensystems zugeführt 10 wird. Die Auslässe 28 und 30 öffnen durch den Luftkasten 24 hindurch und erstrecken sich von diesem. Gefilterte Frischluft 22A strömt durch die Auslässe zu den Turboladern 32 und 34, wo die Luft komprimiert wird, bevor sie als Verbrennungsluft 22C im Hinblick auf die Vermischung mit Kraftstoff und die Verbrennung in dem Motor zu entsprechenden Einlasskrümmern 14 geleitet wird. Das Gemisch aus verbranntem Kraftstoff und Verbrennungsluft 22C tritt als Abgas 38 durch die Auspuffkrümmer 16 aus dem Motor aus und wird den Turboladern 32 und 34 zugeführt, wo es die Turbinen (nicht gezeigt) einer jeden Einheit antreibt, um die gefilterte Frischluft 22A zu komprimieren. Massenluftstromsensoren (MAF-Sensoren) 40 und 42 sind derart in den Auslässen 28 und 30 befindlich, dass sie in Fluidkontakt mit dem gefilterten Luftstrom 22A stehen. Die MAF-Sensoren 40, 42 überwachen die Luftströmung durch die Auslässe und stehen in Signalverbindung mit einem Controller, beispielsweise dem Motorcontroller 44. Der Controller 44 überwacht die Luftströmung durch jeden Auslass 28, 30 und nimmt eine Anpassung des dem Brennkraftmaschinensystem bereitgestellten Kraftstoffs auf der Grundlage der bereitgestellten Luftmenge vor. Bei Brennkraftmaschinensystemen mit zwei Turboladern (Zwillingsturbosystemen) ist deren Betriebsverhalten von der Zuführung gleicher Mengen an Verbrennungsluft 22C an jedem Ansaugkrümmer 14 abhängig.
In 2 und 3, auf welche nun nebst weiterer Bezugnahme auf 1 Bezug genommen wird, umfasst der Luftkasten 24 ein Gehäuse 48, das aus einem starren oder halbstarren Material, wie beispielsweise Kunststoff oder Blech, aufgebaut ist, welches in einer Betriebsumgebung unter der Haube die erforderliche Strapazierfähigkeit aufweist. Das Gehäuse 48 definiert darin eine Filterkammer 50, die dafür ausgelegt ist, einen Filter 26 aufzunehmen. Eine Wand 52 des Gehäuses 48 kann abnehmbar sein, um während der Wartung des Brennkraftmaschinensystems 10 ein Auswechseln des Luftfilters 26 zu ermöglichen. Der abnehmbare Abschnitt 52 kann in Abhängigkeit zu der Auslegung des Gehäuses 48 und zu der Anbringstelle des Gehäuses in dem Fahrzeug (nicht gezeigt) variieren. Ein oder mehrere Lufteinlässe 54 erlauben das Einströmen von Frischluft 22 von dem/den Ansaugrohr(en) 20 in die Filterkammer 50. Auf ähnliche Weise kann gemäß einer Ausführungsform eine Wand 74, 6, des Gehäuses 48 abnehmbar sein, um ein Auswechseln oder eine Wartung der MAF-Sensoren 40 und 42 zu ermöglichen. Der abnehmbare Abschnitt 74 umfasst Auslässe 28 und 30, durch die hindurch sich die Sensoren erstrecken, um die durchziehende Luftströmung zu überwachen.
Die Filteranordnung 26 ist in der Veranschaulichung in einem ovalen Format aufgebaut, wobei sich das Filtermedium 56 um den Umfang des Ovals herum in einer mittig platzierten Position erstreckt und Dichtungselemente 58 und 60 jedes Ende davon verschließen. Die Dichtungselemente werden zwischen und gegen die Wände des Gehäuses 48 gedrückt, wenn die Filteranordnung darin angeordnet wird, um eine Abdichtung zwischen dem Filtermedium 56, den Lufteinlässen 54 und den Auslässen 28 und 30 zu definieren. Folglich wird in den Luftkasten 24 einströmende Frischluft, durch das Filtermedium 56 hindurch zwangsgeführt, bevor sie durch die Auslässe 28 und 30 hindurch als gefilterte Frischluft 22A aus dem Luftkasten austritt. Eine Tragstruktur oder ein Käfig 62 kann benachbart zu dem Filtermedium 56 (in der Regel auf der stromabwärts weisenden Seite) platziert sein, um bei der Abstützung des Filtermediums unter hohen Strömungsbedingungen unterstützend zu wirken.
Gemäß einer Ausführungsform definiert die Luftfilteranordnung 26 an der Strömungsinnenseite des Filtermediums 56 innerhalb des Umfangs desselben eine Filterluftkammer 64. Eine Trennwand 66 erstreckt sich über die Filterluftkammer hinweg, um die gefilterte Frischluft 22A, die durch das Filtermedium 56 hindurchtritt, auf wirksame Weise in zwei Strömungspfade 70 und 72 aufzuteilen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind die beiden Strömungspfade 70 und 72 im Wesentlichen gleich beschaffen, wie dies für das mit Zwillingsturbolader ausgelegte Brennkraftmaschinensystem 10 erforderlich ist. Die geteilten Ströme 70 und 72 treten durch die Auslässe 28 und 30, wo das Strömungsvolumen durch die MAF-Sensoren 40 und 42 gemessen wird, aus dem Luftkasten 24 aus. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann sich die Trennwand 66, wie dies in 4 veranschaulicht ist, durch das Filtermedium 56 der Luftfilteranordnung 26 hindurch erstrecken, um jegliche wechselseitige Durchdringung (Störungen) der beiden Strömungspfade 70 und 72 zu vermeiden, durch welche die erforderlichen präzisen Ströme durch die Auslässe 28 und 30 hindurch und zu den Turboladern 32 und 34 hin aus dem Gleichgewicht gebracht werden könnten. Es ist festzustellen, dass gemäß den bislang beschriebenen Ausführungsformen bei dem Gehäuse 48 des Luftkastens 24 ein Einzeleinlass 54 oder, bauformspezifischen Erwägungen zufolge mehr als ein Einlass zum Einsatz kommen können, da der in das Gehäuse eintretende Strom an Frischluft 22 ungehindert um die Luftfilteranordnung 26 herum strömen kann, bevor er als voneinander getrennte Strömungspfade 70 und 72 durch das Filtermedium 56 hindurchtritt und in die Filterluftkammer 64 gelangt.
In 5, auf welche nun nebst weiterer Bezugnahme auf 1 und 2 Bezug genommen wird, kann es in bestimmten Beispielfällen unerwünscht sein, die Strömung von Frischluft 22 in das Gehäuse 48 des Luftkastens 24 einzulassen und ungehindert um die Filterkammer 50 herum zirkulieren zu lassen. Eine solche Zirkulation kann in bestimmten Fällen die Luftströmung aus dem Gleichgewicht bringen, was zu ungleichen Luftmassen in den Strömungspfaden 70 und 72 führen kann. Gemäß einer Ausführungsform ist die Trennwand 66 dafür ausgelegt, dass sie sich über die Filterkammer 50 einschließlich der durch das Filtermedium 56 definierten Filterluftkammer 64 hinweg erstreckt, um dadurch die Filterkammer in zwei Kammern 50A und 50B zu unterteilen; dadurch wird auf wirksame Weise ein Doppelansaugsystem definiert. Die Trennwand 66 kann eine zweiteilige Konstruktion mit einer filtergestützten Trennwand 66A und einer gehäusegestützten Trennwand 66B umfassen, die miteinander ausgerichtet sind, um eine Gesamttrennwand 66 bereitzustellen, welche die Filterkammer 50 des Luftkastens 24 auf wirksame Weise unterteilt und die durch die Lufteinlässe 54 eintretenden Frischluftströme 22 voneinander trennt.
In 6, auf welche nun Bezug genommen wird, ist erwogen, obwohl die bislang beschriebenen Ausführungsformen die Verwendung von Luftfilteranordnungen 26 mit einer darin angeordneten Trennwand 66, oder einem darin angeordneten Trennwandabschnitt betrafen, dass es in manchen Beispielfällen wünschenswert sein kann, eine ähnliche Luftfilteranordnung für mehr als nur eine Anwendung zu verwenden. Gemäß einer Ausführungsform ist erwogen, dass eine Trennwand 66A derart einstückig mit dem Gehäuse 48 ausgebildet sein kann, dass sie sich von einer Wand 74 nach außen erstreckt, um so beispielsweise eine Anbringstelle für die Luftfilteranordnung 26 bereitzustellen. Gemäß der Ausführungsform ist es bevorzugt, dass sich die Trennwand ausreichend weit zwischen die Auslässe 28 und 30 erstreckt, um die Filterkammer 50 zu unterteilen, und dass sie eine Abmessung aufweist, die es ermöglicht, sie in die Filterluftkammer 64 einzuschieben und diese dadurch zu unterteilen.
Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben worden, es versteht sich jedoch für den Fachmann, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können und dass Teile davon durch äquivalente Elemente ersetzt werden können, ohne dass dadurch von dem Umfang der Erfindung abgewichen wird. Außerdem können zahlreiche Abänderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne dass dadurch von dem grundsätzlichen Umfang derselben abgewichen wird. Die Erfindung soll daher nicht auf die im Speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Umfang der Anmeldung fallen.

Claims

Brennkraftmaschinensystem umfassend: ein Luftansaugsystem, das ein Ansaugrohr umfasst, welches Frischluft zur Zuführung zu einer Luftkastenanordnung sammelt, welche eine Luftfilteranordnung enthält, die dazu dient, Verunreinigungsstoffe aus der Frischluft zu entfernen, bevor diese stromabwärts anderen Bauteilen des Brennkraftmaschinensystems zugeführt wird, wobei die Luftkastenanordnung umfasst: ein Gehäuse, das eine Filterkammer definiert, die dafür ausgelegt ist, die Luftfilteranordnung aufzunehmen; einen Lufteinlass, der die Frischluft von dem Ansaugrohr in das Gehäuse und die Filterkammer einlässt; sowie Auslässe, die durch das Gehäuse hindurch öffnen, wobei die Luftfilteranordnung weiterhin umfasst: ein Filtermedium, das zwischen dem Lufteinlass und den Auslässen angeordnet ist, um eine Filterluftkammer an einer Anströmseite des Filtermediums zu definieren; und eine Trennwand, die sich über die Filterluftkammer hinweg erstreckt, um durch das Filtermedium hindurchströmende, gefilterte Frischluft in zwei Strömungspfade aufzuteilen, wobei die aufgeteilten Strömungspfade durch die Auslässe hindurch aus dem Gehäuse und der Filterluftkammer austreten.
Brennkraftmaschinensystem nach Anspruch 1, wobei die Luftmasse der beiden Strömungspfade gefilterter Frischluft im Wesentlichen gleich ist.
Brennkraftmaschinensystem nach Anspruch 1, wobei die Luftfilteranordnung als runde oder ovale Konfiguration aufgebaut ist, um dadurch im Inneren von deren Umfang die Filterluftkammer zu definieren.
Brennkraftmaschinensystem nach Anspruch 3, wobei sich das Filtermedium um den Umfang des Ovals herum in einer mittig platzierten Position erstreckt und Dichtungselemente jedes Ende davon verschließen.
Brennkraftmaschinensystem nach Anspruch 4, wobei die Luftkastenanordnung weiterhin Gehäusewände umfasst, die dafür ausgelegt sind, gegen die Dichtungselemente zu drücken, wenn die Luftfilteranordnung dazwischen angeordnet ist, um eine Abdichtung zwischen dem Filtermedium, den Lufteinlässen und den Auslässen zu definieren, wobei in den Luftkasten einströmende Frischluft durch das Filtermedium hindurch zwangsgeführt wird, bevor sie durch die Auslässe hindurch als gefilterte Frischluft aus dem Luftkasten austritt.
Brennkraftmaschinensystem nach Anspruch 5, wobei eine Gehäusewand abnehmbar ist, um ein Auswechseln der Luftfilteranordnung zu ermöglichen.
Brennkraftmaschinensystem nach Anspruch 1, wobei sich die Trennwand durch das Filtermedium der Luftfilteranordnung hindurch erstreckt.
Brennkraftmaschinensystem nach Anspruch 1, wobei die Luftkastenanordnung zwei Lufteinlässe umfasst, welche die Frischluft in das Gehäuse und die Filterkammer einlassen.
Brennkraftmaschinensystem nach Anspruch 8, wobei sich die Trennwand über die Filterkammer einschließlich der durch das Filtermedium definierten Filterluftkammer hinweg erstreckt, um dadurch die Filterkammer in zwei Kammern zu unterteilen, wodurch ein Doppelansaugsystem definiert wird.
Brennkraftmaschinensystem nach Anspruch 9, wobei die Trennwand eine zweiteilige Konstruktion mit einer filtergestützten Trennwand und einer gehäusegestützten Trennwand umfasst, die miteinander ausgerichtet sind, um eine Gesamttrennwand bereitzustellen, welche die Filterkammer unterteilt und die durch die Lufteinlässe eintretenden Frischluftströme voneinander trennt.