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Die Erfindung betrifft eine Ansaugeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeuges, mit einem Saugkanal der einerseits mit einer
Rohluftquelle, andererseits mit einer der Brennkraftmaschine zugeordneten
Unterdruckquelle verbunden ist und mit einer in dem Saugkanal angeordneten
Luftfiltereinrichtung, der ein verschließbarer Bypass zugeordnet ist,
dessen Verschluss in Abhängigkeit
einer jeweiligen Druckdifferenz (zwischen Rohluftquelle und Unterdruckquelle)
vor der Luftfiltereinrichtung entgegen einer Vorspannkraft von einer
geschlossenen in eine geöffnete
Stellung beweglich ausgeführt
ist.
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Eine solche Ansaugeinrichtung wird
in der Praxis eingesetzt, um eine ausreichende Rohluftzufuhr auch
unter ungünstigen
Umgebungsbedingungen und Umwelteinflüssen jederzeit sicherzustellen. Beispielsweise
kann unter ungünstigen
Umständen der
Saugkanal beispielsweise durch Flugschnee verstopfen und dadurch
die Zuführung
von Rohluft behindern. Um in diesem Fall dennoch eine ausreichende
Versorgung der Brennkraftmaschine mit Luft sicherzustellen ist in
dem Saugkanal eine Bypassklappe zu integrieren, die bei einem durch
Verstopfung bewirkten Ansteigen des Unterdruckes öffnet, so dass
Rohluft beispielsweise aus dem Motorenraum des Kraftfahrzeuges angesaugt
werden kann.
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Durch die
DE 197 37 545 A1 ist beispielsweise
eine Ansaugeinrichtung bekannt, bei welcher der verschließbare Bypass
in Abhängigkeit
eines Unterdruckanstieges öffnet.
Um zu vermeiden, dass die Bypassklappe durch den Druckanstieg undefiniert öffnet und
dadurch eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine
aufgrund einer durch den Bypass einströmenden, erwärmten Rohluft verursacht wird,
ist demgegenüber
ein definiertes Öffnen
der Bypassklappe vorgesehen. Zu diesem Zweck ist zwischen der Luftfiltereinrichtung
und dem mit der Rohluft verbundenen Ende des Saugkanals eine Schalteinrichtung
für die
Bypassklappe angeordnet, die sich exakt auf einen bestimmten Unterdruck
einstellen lässt.
Hierdurch wird erreicht, dass der Unterdruck definiert ansteigt,
bis eine Schaltschwelle für
die Bypassklappe überschritten
ist. Erst in diesem Moment öffnet
die Bypassklappe, die hierzu beispielsweise durch eine Biegefeder
oder ein elastisches Element mit der gewünschten Vorspannkraft belastet
ist.
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Durch die
DE 44 13 765 A1 ist weiterhin
eine Ansaugeinrichtung für
Brennkraftmaschinen bekannt, die einen Luftfilter aufweist. Der
Luftfilter hat einen mit einem Sieb versehenen Rohlufteinlass sowie
einen Bypass, der im gewöhnlichen
Betriebszustand mit einer Klappe verschlossen ist. Falls sich das
Sieb aufgrund von angesaugtem Schnee oder Eis zusetzt, wird im Filtergehäuse ein
Unterdruck erzeugt. Durch diesen Unterdruck öffnet die Klappe und gibt den
zweiten Rohlufteinlass frei, der so angeordnet ist, dass dadurch
schneefreie Luft angesaugt wird. Die Klappe ist nach einer Ausgestaltung
durch eine Feder, insbesondere Schenkelfeder mit einer Vorspannkraft
belastet, die über
einen Steg eine mittig wirkende Kraft auf die Klappe überträgt. Zusätzliche
Befestigungsmittel sind nicht erforderlich.
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Bei einer weiteren Ansaugeinrichtung
gemäß der
DE 198 12 566 A1 ist
ein Luftfilter für
eine Brennkraftmaschine ebenfalls zusätzlich zu einem ersten, mit
einem Sieb versehenen Rohlufteinlass für den gewöhnlichen Betrieb mit einem
durch eine Klappe verschlossenen weiteren Rohlufteinlass verbunden.
Das Sieb und die Klappe des zweiten Rohlufteinlasses öffnen sich
bei einer Rohlufttemperatur oberhalb eines bestimmten Grenzwertes.
Unterhalb einer Grenztemperatur von weniger als 2°C verschließt das Sieb
oder die Klappe den Rohlufteinlass und verhindert damit das Eindringen
von Schnee. Die Klappe des zweiten Lufteinlasses ist hierzu mit
einer gewichts- oder federbelasteten Klappe versehen, wobei die
Schließkraft
derart bemessen ist, dass die Klappe erst bei einem Unterdruck öffnet, der
dann entsteht, wenn das Sieb mit Schnee verstopft ist oder die Klappe
aufgrund der Temperatur die Rohluftöffnung geschlossen hat.
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Als nachteilig hat es sich bei allen
bisher bekannten Ansaugeinrichtungen für Brennkraftmaschinen erweisen,
dass es in der geöffneten
Stellung des Bypass zu Druckschwankungen kommt, die dadurch bedingt
sind, dass der Verschluss des Bypass erst bei einer vergleichsweise
hohen Druckdifferenz öffnet.
Diese führt
in der Praxis bei Turbolader unterstützten Brennkraftmaschinen dazu,
dass bei zunehmendem Unterdruck durch die Motorsteuerung eine Drehzahlerhöhung des
Turboladers eingestellt wird, um so die geringere Luftzufuhr auszugleichen.
Hierdurch können
unzulässig
hohe Drehzahlen erreicht und dadurch bedingte Schäden nicht
ausgeschlossen werden.
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Man könnte daran denken, die Federkraft derart
zu reduzieren, dass die Klappe bereits bei einem sehr geringen Unterdruck öffnet. Hierdurch könnte die
Klappe bei wechselnden Be triebsbedingungen jedoch auch unerwünscht öffnen und
dadurch Schwankungen der Rohluftzufuhr verursachen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ansaugeinrichtung der eingangs
genannten Art derart auszuführen,
dass dadurch Druckschwankungen wesentliche vermindert werden können. Insbesondere
soll dadurch die Betriebssicherheit erhöht werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer
Ansaugeinrichtung gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Ansaugeinrichtung
vorgesehen, bei welcher der Verschluss in der geöffneten Stellung durch eine
wesentlich geringere wirksame Vorspannkraft als in der geschlossenen
Stellung belastet ist. Hierdurch wird der Verschluss lediglich in
der geschlossenen Stellung mit einer dem Stand der Technik vergleichbaren
Vorspannkraft belastet, so dass sich der Verschluss bei Erreichen
eines vorbestimmten Unterdruckes in die geöffnete Stellung bewegt. In
dieser geöffneten
Stellung ist die Vorspannkraft jedoch wesentlich reduziert. Insbesondere
wird durch diese Vorspannkraft lediglich das unbeabsichtigte Verschließen des
Bypass vermieden. Da in der geöffneten
Stellung keine Druckdifferenz erforderlich ist, um die geöffnete Stellung
beizubehalten, kann ein Druckausgleich erfolgen, so dass unabhängig von
der geschlossenen oder geöffneten
Stellung keine wesentliche Druckdifferenz bei der Rohluftzufuhr
eintritt. Unerwünschte Druckschwankungen
können
dadurch weitgehend vermieden werden, wodurch die Betriebssicherheit verbessert
ist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die
Vorspannkraft der geschlossenen Stellung zu der Vorspannkraft der
geöffneten
Stellung stetig abnimmt. Hierdurch können plötzliche Druckschwankungen während der
gleichförmigen Bewegung
des Verschlusses von der geschlossenen in die geöffnete Stellung vermieden werden.
Auf diese Weise kann ein kontinuierlicher Druckausgleich stattfinden,
so dass der Betrieb der Brennkraftmaschine verbessert werden kann.
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Dabei hat es sich als besonders erfolgversprechend
erwiesen, wenn die auf den Verschluss wirkende Komponente der Vorspannkraft
in der geöffneten
Stellung nahezu null beträgt.
Hierdurch gelingt es in der Praxis, dass der Betrieb der Brennkraftmaschine
bei geöffneter
Stellung gegenüber
der geschlossenen Stellung nahezu unverändert ist. Hierdurch können die
Parameter für
den Betrieb weiter optimiert und dadurch die Betriebssicherheit
verbessert werden. Dabei ist hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung
nicht der absolute Betrag der Vorspannkraft, sondern dessen vektorielle,
auf den Verschluss wirkende Größe von Bedeutung.
Die in der geöffneten
Stellung verringerte Vorspannkraft kann daher beispielsweise durch
eine veränderte
Wirklinie eines Federelementes erreicht werden.
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Bei einer weiteren besonders erfolgversprechenden
Abwandlung der vorliegenden Erfindung ist die Vorspannkraft mittels
eines Hebelarmes einer Kniehebelmechanik auf den Verschluss übertragbar. Hierdurch
erfolgt die Krafteinleitung insbesondere eines Federelementes unmittelbar
in ein die beiden Hebelarme des Kniehebels verbindenden Gelenkes, welches
bei der Bewegung des Verschlusses von der geschlossenen in die geöffnete Stellung
derart verschwenkt wird, dass die wirksame Federkraft linear oder
degressiv abnimmt. Die nach dem Stand der Technik bekannte, als
Klappe ausgeführte
Gestaltung des Verschlusses kann dabei weitgehend unverändert übernommen
und die Kniehebelmechanik auch bei bereits vorhandenen Ansaugeinrichtungen nachgerüstet werden.
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Eine andere, ebenfalls besonders
praxisnahe Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird dadurch
realisiert, dass der Verschluss mittels eines Federelementes mit
der Vorspannkraft belastet ist, dessen Wirklinie in der geöffneten
Stellung einer Schwenkachse der Kniehebelmechanik angenähert ist
oder diese schneidet. Sobald die Wirklinie des Federelementes durch
die Schwenkachse verläuft
ist die auf den Verschluss wirkende Kraftkomponente gleich null.
Der Verschluss kann daher mit einem geringen Aufwand in der geöffneten
Stellung von der Vorspannkraft entlastet werden.
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Hierzu ist eine besonders einfache
Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert, dass der Verschluss
mittels einer Zugfeder belastet ist. Die Zugfeder ist dabei derart
an dem Verschluss angeordnet, dass bereits die Winkelstellung des
Verschlusses zu einer veränderten
Vorspannkraft führt. Zudem
kann die Zugfeder ihrerseits eine degressive Federkennlinie aufweisen,
wodurch eine optimale Abstimmung der Vorspannkraft in der jeweiligen
Stellung an die gewünschten
Einsatzbedingungen erfolgen kann. Eine Hebelmechanik ist dabei verzichtbar.
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Der Verschluss kann als Schieber
oder als Drehkörper
ausgeführt
sein. Besonders praxisnah ist hingegen auch eine Abwandlung der
vorliegenden Erfindung, bei welcher der Verschluss als eine Klappe
ausgeführt
ist, um so mit geringem Aufwand den gewünschten Bypass realisieren
zu Können.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen
zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon
in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese
zeigt in
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1 eine
erfindungsgemäße Ansaugeinrichtung
in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Darstellung;
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2 einen
Verschluss der in 1 gezeigten
Ansaugeinrichtung in einer geschlossenen Stellung;
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3 den
in 2 gezeigten Verschluss
in einer geöffneten
Stellung.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Ansaugeinrichtung 1 für eine nicht
dargestellte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges in einer perspektivischen,
teilweise geschnittenen Darstellung. Die Ansaugeinrichtung 1 ist
mit einem Saugkanal 2 ausgestattet, der eine Luftfiltereinrichtung 3 aufnimmt.
Die Rohluftzufuhr zu einer Unterdruckquelle der Brennkraftmaschine
erfolgt im gewöhnlichen
Betriebszustand durch eine Haupteinlassöffnung 4. Falls jedoch beispielsweise
aufgrund von Flugschnee eine ausreichende Rohluftzufuhr nicht sichergestellt
werden kann, erfolgt eine zusätzliche
Luftzufuhr durch einen mit einem Verschluss 5 ausgestatteten
Bypass 6, der in der gezeigten Betriebsstellung geschlossen
ist.
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Die genaue Funktionsweise des mit
einer Klappe 7 ausgestatteten Verschlusses 5 wird
anhand der 2 und 3 dargestellt, die jeweils
eine vergrößerte, geschnittene
Seitenansicht des in 1 gezeigten
Verschlusses 5 darstellen, wobei 2 eine geschlossene und 3 eine geöffnete Stellung der Klappe 7 zeigt.
Die Klappe 7 ist in der geschlossenen Stellung zunächst mit
einer Vorspannkraft F1 eines lediglich gestrichelt
dargestellten Federelementes 8 belastet, so dass die Klappe 7 auch
bei wechselnden Umgebungseinflüssen
zuverlässig
in der geschlossenen Stellung festgelegt ist. Sobald eine vorbestimmte
Druckdifferenz beiderseits der Klappe 7, beispielsweise
verursacht durch einen zunehmenden Unterdruck der Brennkraftmaschine
erreicht und die Vorspannkraft F1 dadurch überwunden
wird, verschwenkt die Klappe 7 um eine Lagerachse 9 in
die geöffnete
Stellung. Hierdurch wird zugleich eine Wirklinie 10 des
Federelementes 8, welches an einem zwei Hebelarme 11, 12 einer
Kniehebelmechanik 13 verbindenden Gelenk 14 angreift,
derart verlagert, dass sich diese der Lagerachse 9 annähert. Die
mittels des zweiten Hebelarmes 12 auf die Klappe 7 übertragbare
Komponente der Vorspannkraft F2 ist dadurch
hinsichtlich ihrer vektoriellen Größe wesentlich geringer als
die Vorspannkraft F1 in der geschlossenen
Stellung der Klappe 7. Hierdurch erfolgt ein Druckausgleich
beiderseits der Klappe 7 ohne dass diese dadurch in die
geschlossene Stellung zurückkehrt.
Die Betriebsbedingungen sind dadurch gegenüber dem gewöhnlichen Betrieb ohne Bypass,
also in der geschlossenen Stellung der Klappe 7 nahezu
unverändert.
Hierdurch kann die Motorsteuerung wesentlich optimiert werden.
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- 1
- Ansaugeinrichtung
- 2
- Saugkanal
- 3
- Luftfiltereinrichtung
- 4
- Haupteinlassöffnung
- 5
- Verschluss
- 6
- Bypass
- 7
- Klappe
- 8
- Federelement
- 9
- Lagerachse
- 10
- Wirklinie
- 11
- Hebelarm
- 12
- Hebelarm
- 13
- Kniehebelmechanik
- 14
- Gelenk
- F1
- Vorspannkraft
- F2
- Vorspannkraft