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Die Erfindung betrifft eine Ansaugkanalvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine derartige Ansaugkanalvorrichtung gestattet ein Erzeugen variabler Strömungszustände durch Beeinflussung der Strömungsrichtung der einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführenden Frischluft infolge einer Verstellung eines Strömungslenkelements.
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Um variable Strömungszustände durch Beeinflussung der Strömungsrichtung der Frischluft zu ermöglichen, sind aus dem Stand der Technik sogenannte schaltbare Kanäle, sowie sogenannte Tumblewalzen im Ansaugkanal zur Erzeugung erhöhter Ladungsbewegung bekannt. Andere Systeme zielen darauf ab, den Ansaugkanal durch ein horizontales Trennblech zu teilen und mittels schaltbarer Klappen zumindest eine Hälfte des Ansaugkanals zu verschließen. Die genannten, bisherigen Systeme sind jedoch verhältnismäßig teuer und in ihrer Wirkung eingeschränkt.
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Aus der
DE 101 17 510 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Ansaugkanal, welcher von einem Trennblech in zwei Kanalhälften unterteilt ist, bekannt. Das Trennblech ist an einem, einem Einlassventil zugewandten Ende derart ausgebildet, dass eine Fluidströmung im Einlasskanal an einem Ventilschaft des Einlassventil vorbeigeführt ist.
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Die
DE 10 2016 004 600 A1 beschreibt eine Luftleiteinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem, in einem Einlasskanal eines Zylinderkopfes der Verbrennungskraftmaschine anordenbaren Luftleitelement, mittels welchem der Einlasskanal zumindest in einem Längenbereich in zwei Teilkanäle unterteilbar ist. An einander gegenüberliegenden Seiten des Luftleitelements sind jeweilige Dichtungselemente angeordnet, mittels welchen das Luftleitelement gegen den Zylinderkopf abzudichten ist.
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Aus der
EP 1 715 169 A1 ist eine Trennplatte zum Unterteilen zweier oder mehrerer Einlasskanäle eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Beim Gießen des Zylinderkopfes werden Seitenbereiche der Trennplatte durch geschmolzenes Metall eingeschlossen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ansaugkanalvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders gezielte Beeinflussung der Strömungsrichtung der dem Brennraum zuzuführenden Frischluft ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ansaugkanalvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht aus von einer Ansaugkanalvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Ottomotor, mit einem Ansaugkanal, über welchen einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine Frischluft zuführbar ist, mit einem bewegbaren Gaswechselventil, zum Einstellen einer dem Brennraum zuzuführenden Frischluftmenge der Frischluft und mit einem, an dem Ansaugkanal angeordneten und quer zu einer Mittelachse des Gaswechselventils bewegbaren Strömungslenkelement. Mittels des Strömungslenkelements ist ein Strömungsquerschnitt des Ansaugkanals zur Beeinflussung einer Strömungsrichtung der Frischluft veränderbar. Das Strömungslenkelement ist zwischen einer Offenstellung, in welcher das Strömungslenkelement zumindest einen Querschnittsteilbereich des Strömungsquerschnitts freigibt und einer Drosselstellung, in welcher das Strömungslenkelement den Querschnittsteilbereich zumindest bereichsweise bedeckt, verlagerbar. An einem, dem Gaswechselventil zugewandten Elementende des Strömungslenkelements weist das Strömungslenkelement wenigstens eine Ausnehmung auf, in welcher zumindest ein Ventilteilbereich des Gaswechselventils in der Drosselstellung eingeführt ist.
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Das Gaswechselventil ist dabei entlang der Mittelachse zwischen einer Freigabestellung, in welcher ein Eintreten der Frischluft in den Brennraum ermöglicht ist und einer Schließstellung, in welcher das Eintreten der Frischluft in den Brennraum unterbunden ist, verlagerbar. Unter dem Begriff „Frischluft“ kann im Rahmen der Erfindung nicht nur „Luft“ sondern auch ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu verstehen sein, welches dem Brennraum bzw. mehreren Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zur Verbrennung zugeführt werden kann. Des Weiteren kann durch den Begriff „Frischluft“ auch einen so genannten AGR-Anteil enthaltende Luft bzw. ein, einen AGR-Anteil enthaltendes Luft-Kraftstoff-Gemisch zu verstehen sein. Unter AGR-Anteil ist ein Anteil an rückgeführtem Abgas an der Frischluft zu verstehen. Die Rückführung von Abgas (Abgasrückführung), insbesondere von gekühltem Abgas, dient zur Verringerung von Stickoxidemissionen.
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Der Ventilbereich des Gaswechselventils kann ein Ventilschaft sein, welcher in der Drosselstellung in die wenigstens eine Ausnehmung des Strömungslenkelements eingeführt ist.
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Um eine besonders gezielte Beeinflussung der Strömungsrichtung der dem Brennraum zuzuführenden Frischluft zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ansaugkanalvorrichtung wenigstens ein, in den Ansaugkanal ragendes Verschlusselement aufweist, welches in der Drosselstellung ebenso wie der Ventilteilbereich in die wenigstens eine Ausnehmung eingeführt ist. Dies ist von Vorteil, da das Verschlusselement zusammen mit dem Ventilteilbereich die Ausnehmung zumindest weitgehend blockiert, sodass eine unerwünschte Strömung der Frischluft durch die Ausnehmung zumindest in der Drosselstellung wenigstens weitgehend unterbunden ist. Mit anderen Worten kann mittels des Verschlusselements ein zumindest bereichsweises Abdichten der Ausnehmung erzielt werden. Das Verschlusselement, der Ventilteilbereich und die Ausnehmung sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass etwaige, mit Frischluft durchströmbare Spalte in der Ausnehmung minimiert sind, wenn der Ventilteilbereich und das Verschlusselement in der Drosselstellung in die Ausnehmung eingeführt sind.
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Das Strömungslenkelement kann vorzugsweise parallel zu einer Kanalmittelachse des Ansaugkanals zwischen der Offenstellung und der Drosselstellung verlagerbar sein.
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Das Strömungslenkelement kann an dessen, dem Gaswechselventil zugewandten Elementende und damit am ventilnahen Bereich derart bearbeitet sein, dass Störkonturen und Spalte zwischen dem Strömungslenkelement (am Elementende), dem Ventilteilbereich und einer den Ansaugkanal begrenzenden Kanalwand minimiert sind.
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Das Strömungslenkelement kann allgemein beispielsweise als Blech ausgebildet und somit besonders aufwandsarm hergestellt sein.
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Die Offenstellung kann allgemein einer ventilfernen Position des Strömungslenkelements entsprechen, in welcher die Strömung der Frischluft nicht oder nur kaum durch das Strömungslenkelement beeinflusst wird.
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Die Drosselstellung kann auch als aktive Position oder als ventilnahe Position des Strömungslenkelements bezeichnet werden, in welcher beispielsweise der Strömungsquerschnitt des Einlasskanal derart beeinflusst ist, dass beispielsweise eine obere Hälfte des Einlasskanal zumindest im Bereich des Gaswechselventils teilweise oder vollständig durch das Strömungslenkelement blockiert bzw. verschlossen ist.
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Das Strömungslenkelement ist vorzugsweise linear und damit auf einer geometrisch vorgegebenen Geraden zwischen der Offenstellung und der Drosselstellung verlagerbar.
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Das Strömungslenkelement kann auch auf einer geometrisch vorgegebenen Bahn, welche beispielsweise wenigstens eine Krümmung aufweisen kann, zwischen der Offenstellung und der Drosselstellung verlagerbar sein.
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Bevorzugt kann das Strömungslenkelement zumindest bereichsweise mit einer Anti-Haft-Beschichtung versehen sein. Dadurch können Ablagerungen am Strömungslenkelement, beispielsweise infolge von Abgasrückführung (AGR) verringert werden. Hierdurch gelingt es, ablagerungsbedingte Störeinflüsse auf die Funktionsfähigkeit des Strömungslenkelements zumindest weitgehend zu vermeiden.
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Es ist klar, dass auch mehrere Strömungslenkelemente vorgesehen sein können, welche entweder gleichzeitig oder einzeln und unabhängig voneinander zwischen der jeweiligen Offenstellung und Drosselstellung verlagerbar sein können.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass einige Brennverfahren, beispielsweise Restgasbrennverfahren, Miller-Brennverfahren oder andere FES-Brennverfahren (FES = Frühes Einlassventil Schließen) für eine effiziente Verbrennung von Kraftstoff im Vergleich zu konventionellen Brennverfahren eine deutlich größere Ladungsbewegung, also eine Bewegung der Frischluft insbesondere bei niedrigen Lasten und Drehzahlen benötigen. Ohne die Möglichkeit den Strömungsquerschnitt im Einlasskanal zu ändern kann bei derartigen, von konventionellen Brennverfahren verschiedenen Brennverfahren keine optimale Ladungsbewegung im Teillastbetrieb und Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine erzielt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Strömungslenkelement im Bereich des Elementendes eine Aussparung zur Beeinflussung einer Strömungsrichtung der Frischluft auf. Dieses von Vorteil, da durch die Aussparung auch in der Drosselstellung ein Strömen der Frischluft ermöglicht ist. Die Aussparung gestattet ein gezieltes Drosseln der Strömung der Frischluft in der Drosselstellung.
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Die Aussparung kann vorzugsweise dreieckförmig ausgestaltet sein, wobei jeweilige Kanten der Aussparung einen Strömungsabriss der durch die Aussparung strömenden Frischluft ermöglichen können.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Ansaugkanalvorrichtung ein Stellelement, mittels welchem das Strömungslenkelement zwischen der Offenstellung und der Drosselstellung verlagerbar ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders gezielte Einstellung der Strömungsrichtung ermöglicht ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Stellelement als drehbares Rollenelement ausgebildet, an dessen Umfang zumindest ein Zahneingriffselement vorgesehen ist, welches zum Verlagern des Strömungslenkelements zwischen der Offenstellung und der Drosselstellung in zumindest eine am Strömungslenkelement angeordnete Eingriffsöffnung eingreift. Dies ist von Vorteil, da durch Drehung des drehbaren Rollenelements somit ein Verschieben des Strömungslenkelements zwischen der Offenstellung und der Drosselstellung ermöglicht ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das als drehbares Rollenelement ausgebildete Stellelement eine Durchgangsöffnung auf, welche zumindest in der Offenstellung des Strömungslenkelements mit Frischluft durchströmbar ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders günstige Beeinflussung der Strömungsrichtung der Frischluft sowie der Frischluftmenge ermöglicht ist.
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Die Durchgangsöffnung kann sich vorzugsweise durch eine umfangsseitige Elementwand des Stellelements (Rollenelement) erstrecken. Dadurch ist eine Öffnungsquerschnittsänderung der Durchgangsöffnung und somit eine Änderung eines durch die Durchgangsöffnung durchtretenden Frischluftmengenanteils der Frischluft durch einfaches Drehen des Stellelements ermöglicht.
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Von Vorteil ist weiterhin, wenn die Durchgangsöffnung zumindest in der Drosselstellung wenigstens bereichsweise durch das Strömungslenkelement begrenzt ist. Dies ist von Vorteil, da somit die Durchströmung der Durchgangsöffnung mit Frischluft mittels des Strömungslenkelements beeinflussbar ist. Die Durchgangsöffnung kann dazu beispielsweise als Einbuchtung in dem Stellelement ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung(en). 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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Dabei zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Ansaugkanalvorrichtung, welche ein bewegbares Strömungslenkelement aufweist, wobei sich das Strömungslenkelement in einer Offenstellung befindet;
- 2 eine weitere Schnittdarstellung des Teilbereichs des Zylinderkopfes wobei sich das Strömungslenkelement in einer Drosselstellung befindet;
- 3 eine Draufsicht auf das Strömungslenkelement;
- 4 Eine weitere Schnittdarstellung des Teilbereichs des Zylinderkopfes der Verbrennungskraftmaschine, wobei die Ansaugkanalvorrichtung ein als drehbares Rollenelement ausgebildete Stellelement umfasst, mittels welchem das Strömungslenkelement zwischen der Offenstellung und der Drosselstellung verlagerbar ist; und
- 5 eine Draufsicht auf das Strömungslenkelement, welches eine Mehrzahl an Eingriffsöffnungen aufweist, an welchen jeweilige Zahneingriffselemente des Stellelements eingreifen können.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1, 2 und 4 zeigen jeweils einen Teilbereich eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftmaschine 80. Die Verbrennungskraftmaschine 80 ist vorliegend als Ottomotor ausgebildet und umfasst eine Ansaugkanalvorrichtung 10 mit einem Ansaugkanal 12, über welchen einem Brennraum 14 der Verbrennungskraftmaschine Frischluft 16 zuführbar ist.
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Die Ansaugkanalvorrichtung 10 umfasst des Weiteren bewegbare Gaswechselventile 20, zum Einstellen einer dem Brennraum 14 zuzuführenden Frischluftmenge der Frischluft 16 sowie ein, an dem Ansaugkanal 12 angeordnetes und quer zu einer Mittelachse 22 des Gaswechselventils 20 bewegbares Strömungslenkelement 30.
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Mittels des Strömungslenkelements 30 ist ein Strömungsquerschnitt des Ansaugkanals 12 zur Beeinflussung einer Strömungsrichtung der Frischluft 16 veränderbar.
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Das Strömungslenkelement 30 ist vorliegend parallel zu einer Mittelachse des Ansaugkanals 12 und linear zwischen einer in 1 und 4 gezeigten Offenstellung 32, in welcher das Strömungslenkelement zumindest einen Querschnittsteilbereich 18 des Strömungsquerschnitts freigibt und einer, in 2 gezeigten Drosselstellung 34, in welcher das Strömungslenkelement 30 den Querschnittsteilbereich 18 zumindest bereichsweise bedeckt, verlagerbar.
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Das Strömungslenkelement 30 weist an einem, den Gaswechselventilen 20 zugewandten Elementende 40 zwei Ausnehmungen 42 auf, in welchen zumindest ein jeweiliger Ventilteilbereich 21 der Gaswechselventile 20 in der Drosselstellung 34 eingeführt ist, wie insbesondere in 3 und 5 erkennbar ist.
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Die Ansaugkanalvorrichtung 10 weist zudem zwei, in den Ansaugkanal 12 ragende Verschlusselemente 50 auf, welches in der Drosselstellung 34 ebenso wie die Ventilteilbereiche 21 der jeweiligen Gaswechselventilen 20 in die jeweiligen Ausnehmungen 42 eingeführt sind. Die jeweiligen Verschlusselemente 50 können auch als Nasen bezeichnet werden und sind als in den Ansaugkanal 12 ragende Vorsprünge ausgebildet. Die Verschlusselemente 50 sind dabei mit einer, den Ansaugkanal begrenzenden Kanalwand verbunden. Die Verschlusselemente 50 stellen allgemein Maßnahmen zur Verringerung einer Leckage der Strömung der Frischluft 16 hinter den Gaswechselventilen 20 dar.
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Zur Beeinflussung der Strömungsrichtung der Frischluft 16 weist das Strömungslenkelement 30 im Bereich des Elementendes 40 zudem eine zwischen den beiden Ausnehmungen 42 angeordnete Aussparung 44 auf. Die Aussparung 44 ist vorliegend dreieckförmig ausgebildet.
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4 und 5 zeigen, dass die Ansaugkanalvorrichtung 10 zumindest ein Stellelement 60 umfassen kann, mittels welchem das Strömungslenkelement 30 zwischen der Offenstellung 32 und der Drosselstellung 34 verlagerbar ist. Das Stellelement 60 kann als drehbares Rollenelement ausgebildet sein. Über den Umfang des Stellelements 60 verteilt sind mehrere Zahneingriffselemente 62 vorgesehen, welche zum Verlagern des Strömungslenkelements 30 zwischen der Offenstellung 32 und der Drosselstellung 34 in jeweilige am Strömungslenkelement 30 angeordnete Eingriffsöffnungen 36 eingreifen können. Die Eingriffsöffnungen 36 bilden dabei eine Verzahnung, in welche die Zahneingriffselemente 62 beim Drehen des Stellelements 60 sukzessive eingreifen können um dadurch das Strömungslenkelement 30 zwischen der Offenstellung 32 und der Drosselstellung 34 zu verlagern.
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Das als drehbares Rollenelement ausgebildete Stellelement 60 weist zudem eine, vorliegend als Einbuchtung ausgebildete Durchgangsöffnung 64 auf, welche zumindest in der Offenstellung 32 des Strömungslenkelements 30 mit Frischluft 16 durchströmbar ist, wie insbesondere aus 4 hervorgeht.
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Das Stellelement 60 versperrt in der Drosselstellung 34 des Strömungslenkelements 30 zumindest einen Teilbereich des Ansaugkanals 12, da die Durchgangsöffnung 64 infolge der Drehung des Stellelements 60 relativ zu dem Ansaugkanal 12 verschwenkt und dadurch verschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ansaugkanalvorrichtung
- 12
- Ansaugkanal
- 14
- Brennraum
- 16
- Frischluft
- 18
- Querschnittsteilbereich
- 20
- Gaswechselventil
- 21
- Ventilteilbereich
- 22
- Mittelachse
- 30
- Strömungslenkelement
- 32
- Offenstellung
- 34
- Drosselstellung
- 36
- Eingriffsöffnung
- 40
- Elementende
- 42
- Ausnehmung
- 44
- Aussparung
- 50
- Verschlusselement
- 60
- Stellelement
- 62
- Zahneingriffselement
- 64
- Durchgangsöffnung
- 80
- Verbrennungskraftmaschine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10117510 A1 [0004]
- DE 102016004600 A1 [0005]
- EP 1715169 A1 [0006]
