DE10250563B4 - Luftansaugkanalsystem - Google Patents

Abstract

Luftansaugkanalsystem für Verbrennungskraftmaschinen, wobei ein Gehäuse und eine darin angeordnete um ihre Längsachse drehbare Verstelleinrichtung, die aus einzelnen Verstellelementen zusammengesetzt ist, Luftansaugkanäle bilden, wobei jeder Luftansaugkanal zu einem der zu den beidseitig des Luftansaugkanalsystems liegenden Zylindern führt und wobei jedes Verstellelement mindestens eine Lufteintrittsöffnung und mindestens eine Luftaustrittsöffnung aufweist und daß die wirksame Länge der Luftansaugkanäle durch Verdrehen der Verstelleinrichtung für beide Zylinderreihen stufenlos veränderbar ist, wobei jeweils in den Spalten zwischen dem Gehäuse und dem Verstellelement Mittel zur Abdichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) als Mittel zur Abdichtung im Bereich der abzudichtenden Spalten (7) jeweils mindestens eine Rille (8) quer zur Strömungsrichtung aufweist, in der die Strömung einen Wirbel zur Verhinderung der durch den Spalt (7) einströmenden Luft erzeugt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Luftansaugkanalsystem für Verbrennungskraftmaschinen, wobei ein Gehäuse und eine darin angeordnete um ihre Längsachse drehbare Verstelleinrichtung, die aus einzelnen Verstellelementen zusammengesetzt ist, Luftansaugkanäle bilden, wobei jeder Luftansaugkanal zu einem der zu den beidseitig des Luftansaugkanalsystems liegenden Zylindern führt und wobei jedes Verstellelement mindestens eine Lufteintrittsöffnung und mindestens eine Luftaustrittsöffnung aufweist und daß die wirksame Länge der Luftansaugkanäle durch Verdrehen der Verstelleinrichtung für beide Zylinderreihen stufenlos veränderbar ist, wobei jeweils in den Spalten zwischen dem Gehäuse und dem Verstellelement Mittel zur Abdichtung vorgesehen sind.
• Luftansaugkanalsysteme mit Verstellelementen zur Anpassung der wirksamen Ansaugkanallänge an den jeweiligen Lastbereich einer Verbrennungskraftmaschine sind allgemein bekannt.
• So wird in der DE 195 28 014 A1 ein Luftansaugkanalsystem beschrieben, bei dem die wirksame Kanallänge durch Drehung von Verstellelementen geändert werden kann. Zwischen den einzelnen Verstellelementen sind Dichtungen angeordnet, mit denen ein Übertritt der angesaugten Luft zwischen den Kanälen verhindert wird.
• Um die strömungstechnischen Effekte der Saugrohrlängenverstellung voll ausnutzen und damit das Drehmoment durch einen besseren Füllgrad der Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine erhöhen zu können, muß der vorhandene Spalt zwischen den Verstellelementen und der Gehäuseinnenwand des Luftansaugkanalsystems abgedichtet werden, wobei keine vollständige Dichtheit gefordert ist, da es sich um reinluftfördernde Kanäle handelt. Eine solche Vorrichtung wird in der DE 198 53 741 A1 beschrieben. Die Abdichtung des Spaltes erfolgt hier über mehrteilige Dichtmittel, die zum Teil elastisch ausgeführt sind und im wesentlichen in einer Nut in der. Gehäuseinnenwand angeordnet sind. Sie stützen sich unbeweglich am Verstellelement ab, wobei durch den entstehenden Anpreßdruck der Dichtmittel auf des Verstellelement der Spalt durch die Dichtmittel weitestgehend luftdicht abgesperrt wird. Nachteilig an einer solchen Ausführung ist, daß mehrere Bauteile zur Abdichtung benötigt werden und die Montage der Dichtmittel und der Verstellelemente in das Gehäuse sehr aufwendig werden, da ein Anpreßdruck des Dichtmittels an die Verstellelemente zwar vorhanden sein muß, jedoch die Dichtmittel nicht gequetscht werden dürfen. Hierdurch entstehen sowohl Material- und Herstellkosten als auch zusätzliche Montagekosten.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Luftansaugkanalsystem zu schaffen bei dem eine notwendige Abdichtung des Spaltes zwischen Gehäuseinnenwand und dem Verstellelement ohne zusätzliche Bauteile und Herstellkosten und somit ohne zusätzliche Montagekosten zur Erhöhung des Nutzungsgrades einer Verbrennungskraftmaschine erfolgt.
• Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Dieser in der Rille durch die strömende Luft entstehende Wirbel erzeugt einen Widerstand zur einströmenden Luft im Spalt. Ein weiteres Einströmen der Luft wird durch diese abdichtende Wirkung des Wirbels weitestgehend verhindert, so daß die kinetische Energie der strömenden Luftsäule im Saugkanal vollständig genutzt werden kann, wodurch sich wiederum der Füllgrad des Zylindervolumens der Verbrennungskraftmaschine verbessert. Der Wirkungsgrad kann somit durch eine entstehende Erhöhung des Drehmomentes verbessert werden ohne zusätzliche Bauteile verwenden und montieren zu müssen.
• Erfindungsgemäß ist das Gehäuse mit den Rillen in einem Prozeßschritt herstellbar. Bei einem Spritzgußgehäuse werden dann beispielsweise die Rillen bereits in der Gehäuseform vorgesehen. Dadurch ist eine Nachbearbeitung des Gehäuses nicht mehr notwendig, so daß keine zusätzlichen Bearbeitungs- oder Herstellkosten auftreten.
• Die innere Wand der mindestens einen Rille ist außer am Übergang zum Spalt kantenfrei und an ihrer Spalt entfernten Seite im wesentlichen halbkreisförmig ausgeführt, wodurch sich ein gleichmäßiger störungsfreier Wirbel im Spalt ausbildet.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Luftansaugkanalsystems schließen zwei Tangenten an im Spalt nächsten Bereich angeordnete Innenwände der Rillen mit einem Radius von einem Gehäusemittelpunkt zu einem Rillenmittelpunkt je einen gleichgerichteten Winkel ein, so daß sich eine seitlich zum Gehäuseradius geneigte Tasche ergibt. Durch eine solche Ausführung wird der sich im Spalt ausbildende Wirbel durch die entstehende Tasche noch einmal verstärkt und somit die Dichtwirkung erhöht.
• Erfindungsgemäß ist der in Strömungsrichtung liegende Winkel kleiner als der gegen die Strömungsrichtung liegende Winkel, wodurch die Ausbreitung des Wirbels in den Spalt durch die vorhandene Raumform verbessert wird und gleichzeitig eine einfache Herstellung des Gehäuses mit Rillen beispielsweise im Spritzgußverfahren sichergestellt wird.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse mehrere Rillen auf, wobei je nach Strömungsrichtung jeweils die ersten durchströmten Rillen durch die vorhandenen Winkel eine in Strömungsrichtung geneigte Tasche aufweisen während die jeweils hinteren Rillen eine entsprechend gespiegelte Tasche für den Fall der Strömungsumkehr aufweisen. Hierdurch wird eine optimale Abdichtung des Spaltes in jedem Betriebszustand des Motors sichergestellt, also unabhängig von der jeweiligen ohne Abdichtung vorhandenen Durchströmungsrichtung des Spaltes, die sich aufgrund der unterschiedlichen Druckverhältnisse im Saugrohr ergibt.
• Durch diese erfindungsgemäßen Ausführungen wird ein längenverstellbares Luftansaugkanalsystem geschaffen bei dem auf einfache Art und Weise ohne zusätzliche Bauteile, Fertigungsschritte oder erhöhten Montageaufwand der Spalt zwischen dem Verstellelement und dem Gehäuse abgedichtet wird, so daß die Wirtschaftlichkeit der Verbrennungskraftmaschine durch Erhöhung des Zylinderfüllgrades und somit des Drehmomentes verbessert werden kann.
• Ein Ausführungsbeispiel ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
• 1 zeigt ein erfindungsgemäßes geöffnetes Gehäuse eines Luftansaugkanalsystem in Frontansicht.
• 2 zeigt einen Ausschnitt des Gehäuses mit Mitteln zur Abdichtung in Frontansicht.
• Ein dargestelltes Luftansaugkanalsystem besteht aus einem Gehäuse 1 und mehreren hintereinander angeordneten Verstellelementen 2. Im Gehäuse werden, abgegrenzt durch Innenwände des Gehäuses und Außenwände der drehbar gelagerten Verstellelemente 2, mehrere hintereinander angeordnete Luftansaugkanäle 3, die zu nicht dargestellten Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine führen, gebildet. Ein einzelner Luftansaugkanal 3 mit Verstellelement 2 ist in 1 beispielhaft dargestellt. Durch Drehung der Verstellelemente 2 und somit der Luftaustrittsöffnungen 4 der Verstellelemente 2 ändert sich die effektive Länge der Luftansaugkanäle 3, so daß die Saugrohrlänge optimal an den jeweiligen Betriebszustand des Motors angepaßt werden kann. Um Kurzschlußluftströme zwischen einem Kanalende 5 und einem Luftaustrittsstutzen 6 durch einen Spalt 7 zwischen dem Verstellelement 2 und dem Gehäuse 1 zu verhindern und somit die strömungstechnischen Effekte der Saugrohrlängenverstellung optimal nutzen zu können, sind im Bereich des Spaltes 7 Mittel zur Abdichtung vorgesehen.
• Der entsprechende Ausschnitt des Gehäuses 1 ist in 2 zu erkennen. Im Bereich des Spaltes 7 sind fünf Rillen 8 angeordnet. Die zwei näher zum Luftaustrittsstutzen 6 angeordneten Rillen 8 dienen der Abdichtung gegenüber eines Stromes vom Auslaßstutzen 6 zum Kanalende 5, die drei näher zum Kanalende 5 angeordneten Rillen 8 dienen der Abdichtung eines Stroms der vom Kanalende 5 in Richtung des Auslaßstutzens 6 gerichtet ist. Sie weisen in ihrem Querschnitt eine Art Taschenform auf, die dementsprechend zweimal in die eine und dreimal in die andere Richtung geneigt ist. Es wird deutlich, daß die inneren, die Rillen 8 begrenzenden Wände außer am Übergang zum Spalt keine Kanten aufweisen. Ihre Querschnittsform ist so gewählt, daß jede Tasche im wesentlichen einer U-Form entspricht, also zwei im wesentlichen gerade Wände 9, 10 durch einen etwa halbkreisförmigen Teil 11 verbunden werden. Allerdings besitzen die geraden Wände 9, 10 eine unterschiedliche Länge und sind nicht parallel zueinander.
• In 2 sind zur Verdeutlichung der Rillenquerschnittsform je zwei Tangenten an im Spaltnächsten Bereich angeordnete Innenwände der Rillen 8 eingezeichnet sowie eine Verbindungslinie zwischen einem Mittelpunkt M des Gehäuses und einem Mittelpunkt m des halbkreisförmigen Teils 11 der Rille 8. Es ist zu erkennen, daß die zwischen den beiden Tangenten und der Verbindungslinie der Mittelpunkte m-M eingeschlossenen Winkel α, β gleich gerichtet, aber unterschiedlich groß sind. Genauer ist der in Strömungsrichtung liegende Winkel α kleiner als der gegen Strömungsrichtung liegende Winkel β. Die jeweils in Strömungsrichtung hintere Kante im Übergang zwischen Rille 8 und Spalt 7 hat also eine sehr scharte Form während sich die in Strömungsrichtung gesehen vordere Kante einen weichen Übergang zum Spalt 7 aufweist.
• Strömt nun beispielsweise Luft vom Kanalende 5 zum Auslaßstutzen 6 durch den Ansaugkanal 3 wird durch die scharfe Kante der ersten Rille 8, also der Rille, die am nächsten zum Kanalende 5 angeordnet ist, sichergestellt, daß die einströmende Luft in ihrem Strom behindert wird, so daß sich ein Wirbel ausbildet, der sich über den halbkreisförmigen Bereich 11 der Rille 8 ausbreitet. Durch den sanften Übergang an der anderen Kante kann sich der Wirbel nicht nur in der Rille selbst ausbilden sondern erweitert sich bis in den Spalt 7, wodurch die Kurzschlußströmung durch den Spalt 7 behindert wird und eine abdichtende Wirkung entsteht. Die dennoch weiterströmende Luft wird an den nächsten beiden Rillen 8 jeweils in gleicher Weise in ihrem Strom durch Wirbelbildung behindert, so daß der tatsächlich zum Auslaßstutzen 6 gelangende Luftstrom sehr gering ist. Bei Umkehr der Druckverhältnisse im Saug rohr haben die beiden näher zum Auslaßstutzen 6 angeordneten Rillen 8 eine entsprechend dichtende Wirkung.
• Mit der erfindungsgemäßen Ausführung liegt eine Konstruktion vor, durch die ohne zusätzliche Bauteile und Montageaufwand die Kurzschlußströmung durch den Spalt zwischen dem Verstellelement und dem Gehäuse deutlich eingeschränkt wird, wodurch sich ein besserer Füllgrad der Zylinder ergibt.
• Es sei darauf hingewiesen, daß eine solche Abdichtung eines Spaltes zwischen einem Verstellelement und einem Gehäuse eines Luftansaugkanalsystems für alle stufenlos längenverstellbaren Saugrohranordnungen ausführbar ist, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Auch Modifizierungen bezüglich der Form der Rillen zur Abdichtung anhand von Versuchsergebnissen sind vorstellbar und unterliegen dem Schutzbereich des Hauptanspruchs.

Claims (6)

1. Luftansaugkanalsystem für Verbrennungskraftmaschinen, wobei ein Gehäuse und eine darin angeordnete um ihre Längsachse drehbare Verstelleinrichtung, die aus einzelnen Verstellelementen zusammengesetzt ist, Luftansaugkanäle bilden, wobei jeder Luftansaugkanal zu einem der zu den beidseitig des Luftansaugkanalsystems liegenden Zylindern führt und wobei jedes Verstellelement mindestens eine Lufteintrittsöffnung und mindestens eine Luftaustrittsöffnung aufweist und daß die wirksame Länge der Luftansaugkanäle durch Verdrehen der Verstelleinrichtung für beide Zylinderreihen stufenlos veränderbar ist, wobei jeweils in den Spalten zwischen dem Gehäuse und dem Verstellelement Mittel zur Abdichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) als Mittel zur Abdichtung im Bereich der abzudichtenden Spalten (7) jeweils mindestens eine Rille (8) quer zur Strömungsrichtung aufweist, in der die Strömung einen Wirbel zur Verhinderung der durch den Spalt (7) einströmenden Luft erzeugt.
2. Luftansaugkanalsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit der mindestens einen Rille (8) in einem Prozeßschritt herstellbar ist.
3. Luftansaugkanalsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wand der mindestens einen Rille (8) außer am Übergang zum Spalt (7) kantenfrei und an ihrer Spalt entfernten Seite im wesentlichen halbkreisförmig ausgeführt ist.
4. Luftansaugkanalsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Tangenten an im Spalt nächsten Bereich angeordnete Innenwände der Rillen (8) mit einem Radius von einem Gehäusemittelpunkt (M) zu einem Rillenmittelpunkt (m) je einen gleichgerichteten Winkel (α, β) einschließen, so daß sich eine seitlich zum Gehäuseradius geneigte Tasche ergibt.
5. Luftansaugkanalsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in Strömungsrichtung liegende Winkel (α) kleiner ist als der gegen Strömungsrichtung liegende Winkel (β).
6. Luftansaugkanalsystem nach einem der Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mehrere Rillen (8) aufweist, wobei je nach Strömungsrichtung jeweils die ersten durchströmten Rillen (8) durch die vorhandenen Winkel (α, β) eine in Strömungsrichtung geneigte Tasche aufweisen während die jeweils hinteren Rillen (8) eine entsprechend gespiegelte Tasche für den Fall der Strömungsumkehr aufweisen.