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Die Erfindung betrifft ein Luftführungssystem zum Zuführen von Luft zu einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein derartiges Luftführungssystem ist aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere aus der
DE 196 13 860 A1 .
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Verbrennungskraftmaschinen sind in Kraftfahrzeugen dazu eingerichtet, Brennstoff unter Zusatz von Luft zu Oxidieren und die freiwerdende Energie in mechanische Leistung (Drehzahl, Drehmoment) umzuwandeln. Die der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Luft muss bestimmten Anforderungen in Qualität und Quantität genügen. Ein bekanntes Problem von Luftführungssystemen ist es, insbesondere wenn das Kraftfahrzeug durch Wasser fährt, das Wasser in die Verbrennungskraftmaschine gelangt und somit gelangt zu wenig oder mit Wasser verunreinigte Luft in die Verbrennungskraftmaschine. Übersteigt der Wasseranteil in der zugeführten Luft einen bestimmten Schwellenwert, kommt es zu einer Beschädigung der Verbrennungskraftmaschine, derartige Schädigungen sind als sogenannter Wasserschlag bekannt.
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Aus der
DE 196 13 860 A1 ist ein Luftführungssystem bekannt, welches zum Ansaugen von Luft für die Verbrennungskraftmaschine einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweist. Weiter weist dieses System einen in einem Rohr angeordneten Schieber auf, der durch in dieses Rohr eindringendes Wasser verschiebbar ist. Durch eine Verschiebung des Schiebers ist es ermöglicht, eine Bewegung einer Schließeinrichtung hervorzurufen, durch welche der ersten Anschluss verschließbar ist und der zweite Anschluss kann freigegeben werden, so dass der Luftansaugungsweg in Abhängigkeit des Wasserstandes im Rohr steuerbar ist.
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Die
DE 197 10 056 A1 schlägt ein Luftansaugsystem für eine in einem Kraftfahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine vor. Die
JP 2005-155439 A schlägt eine Einlassvorrichtung für eine Brennkraftmaschine vor. Die
DE 197 30 188 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Vermeiden des Wassereintritts in ein Luftfiltergehäuse. Die
JP 2015-068200 A betrifft eine Luftreinigungseinrichtung für eine Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine. Die
CN 202768192 U befasst sich mit einer Einrichtung zur Vermeidung des Ansaugens von Wasser in eine Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine. Die
DE 195 45 978 A1 und die
DE 195 45 979 A1 befassen sich mit einer Einrichtungen zur Zufuhr von Ansaugluft in den Rohraum eines Luftansaugfilter-Gehäuses.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Luftführungssystem zur Verfügung zu stellen, bei welchen die Luftversorgung beim Verschließen eines Lufteinlasses über einen weiteren Lufteinlass besonders gut sichergestellt ist. Diese Aufgabe wird durch ein Luftführungssystem gemäß dem ersten Patentanspruch gelöst.
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Unter einem Luftführungssystem zum Zuführen von Luft in eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug ist im Sinne der Erfindung eine Vorrichtung zum Zuführen von Luft aus der Umgebung des Fahrzeugs zu einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zu verstehen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem ersten Lufteinlass eine Ausnehmung zu verstehen, durch welche planmäßig Luft in das Luftführungssystem einströmen kann. Weiter weist das Luftführungssystem einen weiteren, ebenfalls als Ausnehmung ausgestalteten, Lufteinlass auf, durch welchen ebenfalls Luft in das Luftführungssystem einströmen kann. Weiter vorzugsweise sind die Lufteinlässe selektiv absperrbar. Dabei ist der weitere Lufteinlass geometrisch zum ersten Lufteinlass beabstandet angeordnet. Vorzugsweise ist der weitere Lufteinlass im planmäßigen Betrieb des Luftführungssystems oberhalb des ersten Lufteinlasses angeordnet.
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Vorzugsweise ist der weitere Lufteinlass, bezogen auf den ersten Lufteinlass, auf einer größeren geodätischen Höhe angeordnet, vorzugsweise ist ein Flächenschwerpunkt einer Querschnittsfläche des weiteren Lufteinlasses durch welche Luft durch diesen in das Luftführungssystem einströmt in Bezug zu einem Flächenschwerpunkt einer ebensolchen Querschnittsfläche des ersten Lufteinlasses und besonders bevorzugt ist der unterste Punkte des weiteren Lufteinlasses in Bezug auf den obersten Punkt des ersten Lufteinlasses, auf einer größeren Höhe angeordnet. Insbesondere durch eine derartige Anordnung der beiden Lufteinlässe ist es Erreichbar, dass bei steigendem Wasserstand, beispielsweise beim Befahren einer unter Wasser stehenden Straße, der erste Lufteinlass geschlossen wird, insbesondere sobald durch diesen Wasser in das Luftführungssystem eindringen würde, und dann der weitere Lufteinlass geöffnet wird, durch welchen aufgrund seiner Anordnung, dann kein Wasser eindringt.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Luftsammelraum ein Raum zu verstehen, welchem sowohl vom ersten Lufteinlass wie auch vom weiteren Lufteinlass Luft zuführbar ist. Der Luftsammelraum ist insbesondere als ein Luftfilterkasten beziehungsweise ein Teil eines Luftfilterkastens zu verstehen. Weiter vorzugsweise kann der Luftsammelraum als ein mit einem Luftfilterkasten verbindbarer Rohrabschnitt zu verstehen sein. Insbesondere ist in dem Luftsammelraum ein Luftfilter zum Reinigen der Luft, oder eines Teils dieser, welche der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, angeordnet. Vorzugsweise ist der Luftfilter für die durch den weiteren Lufteinlass einströmende Luft teilweise oder bevorzugt vollständig, durch einen Bypass umgehbar.
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Das Absperren des ersten Lufteinlasses ist durch ein Luftsteuerventil erreichbar, dabei ist dieses insbesondere zum selektiven Verschließen des ersten Lufteinlasses eingerichtet. Weiter vorzugsweise ist das Absperren des weiteren Lufteinlasses mittels eines weiteren Luftsteuerventils erreichbar, dabei ist dieses insbesondere zum selektiven Verschließen des weiteren Lufteinlassens eingerichtet. Durch eine entsprechende Ansteuerung dieser Luftsteuerventile ist es erreichbar, dass der Lufteinlass und der weitere Lufteinlass in Abhängigkeit zueinander geöffnet und geschlossen werden oder unabhängig zueinander geöffnet und geschlossen werden.
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Weiter weist das Luftführungssystem einen Auftriebskörper auf. Im Sinne der Erfindung ist unter einem Auftriebskörper ein Körper, insbesondere ein Hohlkörper zu verstehen, der dazu eingerichtet ist in Wasser aufzuschwimmen. Im Sinne der Erfindung ist unter einem Hohlkörper auch ein Hohlkörper zu verstehen, welcher mit einem Gas oder einem porösen Material wenigsten teilweise oder bevorzugt vollständig gefüllt ist. Weiter weist das Luftsteuerventil ein Verschlusselement zum Öffnen und Schließen des ersten Lufteinlasses auf, dabei ist der Auftriebskörper mit dem Verschlusselement zumindest wirkverbunden, vorzugsweise starr mit diesem verbunden und besonders bevorzugt an diesem oder in diesem angeordnet.
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Im Sinne der Erfindung ist unter dem Verschlusselement ein Einrichtung oder der ein Bauteil zum Verschließen des Lufteinlasses zu verstehen. Vorzugsweise weist das Luftsteuerventil eine Dichtfläche auf, welche durch das Verschlusselement kontaktierbar ist. Vorzugsweise ist das Verschlusselement als eine bewegbare, vorzugsweise schwenkbare, Klappe des Luftsteuerventils ausgebildet. Vorzugsweise ist der Auftriebskörper der Art mit dem Verschlusselement verbindbar, dass dieses bei steigenden Wasserstand von einem geöffneten Zustand, in welchem der erste Lufteinlass mit dem Luftsammelraum fluidleitend verbunden ist, in einen geschlossenen Zustand, in welchem diese fluidleitende Verbindung unterbrochen ist, überführbar ist.
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Dabei weist insbesondere dieses Verschlusselement den Auftriebskörper auf und soweit der Auftriebskörper bei steigendem geodätischem Wasserstand einen Auftrieb erfährt, wird das Verschlusselement von seinem geöffneten in den geschlossenen Zustand überführt und damit der erste Lufteinlass geschlossen, so dass ein Eindringen von Wasser in das Luftführungssystem zumindest verringert ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verschlusselement als im Luftsteuerventil angeordnete, drehbar gelagerte Verschlussklappe ausgebildet und weist einen Hohlraum auf, so dass ein Auftriebskörper gebildet ist. Vorzugsweise ist dieser Hohlraum vollständig oder teilweise mit Luft gefüllt und weiter vorzugsweise ist dieser Hohlraum mit einem porösen Material vollständig oder teilweise gefüllt. Insbesondere wenn der Auftriebskörper als ein Hohlkörper in dem als Klappe ausgebildeten Verschlusselement angeordnet und somit integral mit dieser verbunden ist, ist ein besonders einfacher Aufbau des Luftführungssystems ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das weitere Luftsteuerventil ein weiteres Verschlusselement auf, mit welchem der weitere Lufteinlass selektiv verschließbar ist. Vorzugsweise ist das weitere Verschlusselement von einer geöffneten Position, in welcher eine fluidleitende Verbindung zwischen dem weiteren Lufteinlass und dem Luftsammelraum und einer geschlossenen Position, in welcher diese Verbindung nicht besteht, bewegbar. Vorzugsweise ist das weitere Verschlusselement als eine beweglich, vorzugsweise drehbar oder bevorzugt längsverschieblich, gegenüber dem weiteren Luftsteuerventil gelagerte weitere Verschlussklappe ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist das weitere Verschlusselement mittels eines Hebelgetriebes translatorisch verschiebbar gegenüber dem weiteren Luftsteuerventil gelagert. Insbesondere durch ein derartiges weiteres Verschlusselement ist eine besonders einfache Steuerung, sowohl des ersten Lufteinlasses, wie auch des weiteren Lufteinlasses ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das weitere Luftsteuerventil einen Dichtflächenabschnitt auf, welcher durch das weitere Verschlusselement in seiner geschlossenen Position kontaktierbar ist. Vorzugsweise ist das weitere Verschlusselement, vorzugsweise der Bereich des weiteren Verschlusselements, welcher zum Kontaktieren dieses Dichtflächenabschnitts vorgesehen ist, stromabwärts vom weiteren Lufteinlass zum Luftsammelraum hinter diesem Dichtflächenabschnitt angeordnet. Vorzugsweise ist das weitere Verschlusselement vollständig oder teilweise stromabwärts nach diesen Dichtflächenabschnitt angeordnet. Insbesondere durch eine derartige Anordnung des weiteren Verschlusselements ist es erreichbar, dass ein Unterdruck p1 im Luftsammelraum eine Kraftbeaufschlagung des weiteren Verschlusselements in dessen geöffnete Position verursacht, sobald dieser geringer ist, als der Luftdruck p2, welcher von außen auf dem weiteren Verschlusselement lastete, also in der Regel der Umgebungsluftdruck. Mittels dieser Kraftbeaufschlagung ist eine, wenigstens teilweise, vorzugsweise aber vollständige, selbsttätige Steuerung des weiteren Verschlusselements ermöglicht. Für den Fall, dass der erste Lufteinlass durch das Luftsteuerventil geschlossen ist, sinkt der Luftdruck p1 im Luftsammelraum bis zu einem Schwellenwert ab, ab welchem das weitere Luftsteuerventil den weiteren Lufteinlass freigibt und so eine fluidleitende Verbindung zwischen dem weiteren Lufteinlass und dem Luftsammelraum hergestellt ist. Insbesondere in dem zuvor beschrieben Fall, wird also das weitere Verschlusselement gegen eine Federvorspannung einer Federeinrichtung und gegen den Luftdruck p1 im Luftsammelraum geöffnet. Vorzugsweise ist diese Federeinrichtung derart angeordnet, dass das weitere Verschlusselement durch diese Federeinrichtung in seine geschlossene Position mit einer Kraft beaufschlagt ist. Es ist erkennbar, dass vorzugsweise über eine Federkennlinie dieser Federeinrichtung die Öffnungs-/Schließcharakteristik des weiteren Verschlusselements einstellbar ist.
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Weiter vorteilhaft ist es bei einer derart selbsttätigen Steuerung des weiteren Luftsteuerventils ermöglicht, dass bei einem unplanmäßigem Verschließen des ersten Lufteinlasses, insbesondere also ohne Beteiligung des Luftsteuerventils, der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine weiterhin ermöglich ist, da in diesem Fall das weitere Luftsteuerventil öffnen kann. In Einzelfällen kann es bei besonders starker Eintrag von Schnee oder anderen Verunreinigungen in den Bereich des Kraftfahrzeugs, in welchem der erste Lufteinlass angeordnet ist, zu diesem unplanmäßigen Verschließen des ersten Lufteinlasses kommen. Verschließt der erste Lufteinlass, ohne dass der zweite Lufteinlass geöffnet ist, wird die Verbrennungskraftmaschine nicht mehr mit Luft versorgt und wird abgestellt. Der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ist erst dann wieder möglich, wenn insbesondere der Schnee mechanisch oder durch Schmelzen den ersten Lufteinlass wieder freigibt. Insbesondere durch die unterdruckgesteuerte Öffnung des weiteren Lufteinlasses ist dieses Problem vermeidbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verschlusselement des ersten Luftsteuerventils mit dem weiteren Verschlusselement des weiteren Luftsteuerventils wirkverbunden, vorzugsweise sind diese mechanisch miteinander gekoppelt. Dabei ist diese Koppelung vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Bewegung des Verschlusselements von der geöffneten in die geschlossene Position eine Bewegung des weiteren Verschlusselements von der geschlossenen in die geöffnete Position, also eine gegengleiche Bewegung, hervorruft und umgekehrt. Insbesondere mittels einer mechanischen Kopplung des weiteren Verschlusselements mit dem Verschlusselement ist eine besonders sichere Wirkverbindung dieser erreichbar.
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Weiter vorzugsweise ist es mit einer derartigen Wirkverbindung zwischen dem weiteren Verschlusselement und dem Verschlusselement des ersten Lufteinlassventils, insbesondere mittels eines Bowdenzugs also, auch ermöglicht, eine Betätigungskraft vom weiteren Verschlusselement auf das Verschlusselement des ersten Luftsteuerventils zu übertragen und damit unter anderem die Betätigungssicherheit zu erhöhen. Insbesondere im Fall dass ein Unterdruck im Luftsammelraum herrscht und eine Betätigungskraft auf das weitere Verschlusselement ausübt, ist diese auf das Verschlusselement des ersten Lufteinlassventils übertragbar, so dass die Kraft mit welcher dieses in seine geschlossenen Position bewegbar ist vergrößert ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Wirkverbindung des Verschlusselements mit dem weiteren Verschlusselement eine Seilzugverbindung und vorzugsweise eine Bowdenzugverbindung vorgesehen. Insbesondere Bowdenzüge sind im Anlagenbau eine häufig verwendete Möglichkeit zur Fernübertragung von Bewegungen und es ist somit ein besonders sicherer Betrieb des Luftführungssystems mittels dieser ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das weitere Verschlusselement mittels einer Federeinrichtung mit einer Federkraft, insbesondere mit einer Schließkraft, beaufschlagbar. Vorzugsweise ist das weitere Verschlusselement durch diese Federeinrichtung derart mit der Federkraft beaufschlagbar, dass das weitere Verschlusselement, zumindest solange sich dieses in der geschlossenen Position befindet, in diese Position durch die Federkraft gedrängt wird. Insbesondere mittels einer solchen Federeinrichtung ist es ermöglicht den Schwellenwert für den Unterdruck im Luftsammelraum festzulegen, ab welchem das weitere Luftsteuerventil den weiteren Lufteinlass öffnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Lufteinlass nach unten hin geöffnet. Steigt Wasser bis zu diesem nach unten hin geöffneten Lufteinlass kann die Verbrennungskraftmaschine keine Luft mehr durch diesen ersten Lufteinlass einsaugen und ruft im Luftsammelraum einen Unterdruck hervor. Vorzugsweise im Fall eines teilweise oder vollständig selbständig öffnenden weiteren Lufteinlasses, wird dieser weitere Lufteinlass aufgrund der oben erläuterten Druck/Unterdruckverhältnisse geöffnet. Insbesondere bei einer derartigen Ausführungsform würde der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine selbst dann ermöglicht sein, wenn ein am ersten Lufteinlass angeordnetes Luftsteuerventil nicht ordnungsgemäß arbeitet und so ist ein besonders sicheres redundantes System erreichbar.
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Nachfolgend ist die Erfindung und einzelne Merkmale dieser anhand der schematisierten Figuren näher erläutert, dabei Zeigt:
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1: eine Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2: eine Längsschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist eine Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Aufgrund des schematisch dargestellten ersten Wasserstandes 8 befindet sich die Verschlussklappe 10 in einer teilweise geschlossenen Position. Steigt der Wasserstand bis zum schematisch dargestellten zweiten Wasserstand 9 bewegt sich die Verschlussklappe 10 in ihre geschlossene Position. Die Verschlussklappe 10 ist in der Richtung 18 drehbar am ersten Luftsteuerventil 5 angeordnet.
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Weiter weist die Verschlussklappe 10 einen Schwimmer Körper 11 auf, der für den Auftrieb sorgt aufgrund welchen die Verschlussklappe 10 in die geschlossene Position bei steigenden Wasserstand, von Wasserstand 8 nach Wasserstand 9, gebracht wird. Im geschlossenen Zustand der Verschlussklappe 10 ist der erste Lufteinlass 2 geschlossen und es kann sich kein Luftstrom 20 vom ersten Lufteinlass 2 in Richtung zum Luftfilter 15, welcher zwischen dem ersten Lufteinlass und der Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) angeordnet ist, ausbilden. Die Verschlussklappe 10 ist mittels des Bowdenzugs 14 mit dem weiteren Luftsteuerventil 6 verbunden. Mittels des weiteren Luftsteuerventils 6 ist der weitere Lufteinlass 3 selektiv verschließbar.
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Zum selektiven Verschließen des weiteren Lufteinlasses 3 weist dieses weitere Luftsteuerelemente 6 ein weiteres Verschlusselement 12 auf, welches translatorisch gemäß Richtung 19 über den Bowdenzug 14 bewegbar ist. Dabei ist der Bowdenzug mittels der Verschlussklappe 10, welche in Richtung 2 bewegbar ist, ansteuerbar. Mittels der Zugfeder 15 wird das weitere Verschlusselement 12 in seiner geschlossenen Position gehalten und kontaktiert den Dichtungsbereich 13 des weiteren Luftsteuerventils 6.
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Wird die Verschlussklappe 10 geschlossen und die Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) weiterbetrieben also ein Ansaugen Luftstrom 22 erzeugt entsteht im Luftsammelraum 4 der Luftdruck p1, welcher in der Regel geringer ist als der Luftdruck p2, welche die Luft zu Führungseinrichtung 1 umgibt. Aufgrund dieses Luftdruckunterschiedes ergibt sich die selbstverstärkende Wirkung, dass das weitere Verschlusselement 12 aufgrund der Druck beaufschlagen in seine geöffnete Position entgegen der Zug Federkraft der Zugfeder 15 gezogen wird und die Verschlussklappe 10 in ihre geschlossene Position. Die durch den weiteren Lufteinlass 3 einströmende Luft erzeugt den Luftstrom 21 in Richtung zur Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) welche optional durch einen Bypass Luftkanal 17 um den Luftfilter 15 herumströmen kann.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Längsschnittdarstellung gezeigt. Nachfolgend wird dabei wenigstens im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dir in 1 dargestellten Ausführungsform eingegangen. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine Zwangskoppelung des weiteren Verschlusselements 12 mit der Verschlussklappe 10 durch einen Bowdenzug 14 nicht vorgesehen. Das weitere Verschlusselement 12 des weiteren Luftsteuerventils 6 erfolgt lediglich Druck gesteuert (p1, p2), sowie über die von der Zugfeder 15 auf das weitere Verschlusselement 12 aufbringbare Federkraft.
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Insbesondere mittels einer derartigen druckgesteuerten Einrichtung ist es ermöglicht die Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) trotz eines unplanmäßigen Verschließen des ersten Lufteinlasses 2, beispielsweise durch Schnee und insbesondere auch durch Wasser, weiter zu betreiben, da in diesem Fall das weitere Luftsteuerventil 6 den weiteren Lufteinlass 3 selbsttätig freigibt.
