DE10331689B4

DE10331689B4 - Luftansaugkanal

Info

Publication number: DE10331689B4
Application number: DE10331689A
Authority: DE
Inventors: Jan Jedro; Markus Westermeier; Dirk Schöneberg; Michael Kuhn
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2023-07-15
Also published as: DE10331689A1

Abstract

Luftansaugkanal (1), der zum Einlassventil eines Zylinders einer Brennkraftmaschine führt und in dem ein Strömungskörper (4) angebracht ist, wobei der Strömungskörper (4) zumindest in einem Teilbereich (4') ein mit einem Ventilsitz (5) zusammenwirkendes Ventil (3) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskörper (4) mindestens ein schwenkbares Strömungsleitmittel (2) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftansaugkanal, der zum Einlassventil eines Zylinders einer Brennkraftmaschine führt und in dem ein Strömungskörper angebracht ist, wobei der Strömungskörper zumindest in einem Teilbereich ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventil bildet.
Ein derartiger Luftansaugkanal ist aus der DE 101 37 828 A1 bekannt. Der darin beschriebene Strömungskörper weist an der Vorderseite ein beweglich geführtes Ventilglied auf, durch welches der Einlasskanal verschlossen werden kann.
Zudem ist aus der DE 303 97 74 A1 ein Luftansaugkanal bekannt, der sowohl eine Drosselklappe als auch, dieser nachgeordnet, eine als Strömungsleitmittel dienende verschwenkbare Klappe aufweist. Ähnliche Anordnungen sind aus den Druckschriften DE 280 35 33 A1 und der DE 304 42 92 A1 bekannt.
Durch die separate Anordnung dieser beiden Funktionselemente entstehen zwei Strömungswiderstände und damit zwei Stellen, die ungewollte Turbulenzen erzeugen, welche die optimale Luftbeaufschlagung der Zylinder der Brennkraftmaschine stören.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Luftansaugkanal gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorzuschlagen, durch den die Luftbeaufschlagung der Zylinder verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Strömungskörper mindestens ein schwenkbares Strömungsleitmittel aufweist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung ruft das schwenkbare Strömungsleitmittel keinen zusätzlichen Strömungswiderstand und keine zusätzliche Verwirbelung hervor, da es in den Strömungskörper des Ventils integriert ist. Außerdem bilden beide Bauteile eine Einheit, was bezüglich Montage und Wartung, sowie Bedarf an Bauraum von Vorteil ist.
Bei dem Ventil kann es sich um unterschiedliche Ventile handeln, die dem Einlassventil des Zylinders vorgeordnet sind, beispielsweise ein Drosselventil oder ein Impulsaufladeventil, oder es kann, insbesondere bei entsprechender Steuerung, beiden oder auch noch anderen Zwecken dienen.
Für die Anordnung des schwenkbaren Strömungsleitmittels am Strömungskörper des Ventils gibt es verschiedene Möglichkeiten. Es kann an der Vorderseite angebracht sein oder mindestens an einer Seite des Strömungskörpers oder an dessen Rückseite. Dabei kann es sich um eines oder um mehrere funktionale Elemente handeln, wobei eine zweckmäßige Ausgestaltung vorsieht, dass das Strömungsleitmittel mindestens eine um eine Achse schwenkbare Klappe ist. Eine solche hat den Vorteil, dass je nach Einschwenkung in den Luftansaugkanal der Querschnitt mehr oder weniger verringert werden kann und dadurch eine Steuerung der Strömung möglich ist.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der Strömungskörper im Wesentlichen einen tropfenförmigen Querschnitt aufweist, der am Ende eine Linie bildet, in deren Bereich die Achse der mindestens einen schwenkbaren Klappe gelagert ist. Dadurch hat der Strömungskörper einen relativ geringen Strömungswiderstand und es entsteht eine relativ geringe Wirbelbildung. Durch die Anlenkung einer oder zweier Klappen am hinteren Ende, von denen jede zu einer Seite ausschwenken kann, kommt es praktisch zu keinem nennenswerten zusätzlichen Strömungswiderstand mehr, solange die Klappe oder die Klappen nicht in Funktion sind und dabei im wesentlichen in der Fortsetzung der Symmetrielinie des Strömungskörpers liegen.
Der Luftansaugkanal kann nach dem Strömungskörper in mindestens zwei Kanäle unterteilt sein. Wirkt in diesem Fall eine Klappe mit einem Kanal oder gegebenenfalls auch eine weitere Klappe mit dem anderen Kanal zusammen, so können diese Kanäle wahlweise in ihrem Querschnitt verringert oder verschlossen werden, so dass steuerbar ist, inwieweit die Strömung durch den einen oder den anderen Kanal geht. Zweckmäßigerweise erfolgt dann die Anordnung des Strömungsleitmittels derart, dass mindestens einer der Kanäle ganz oder teilweise verschließbar ist.
Wird dann nach einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung mindestens einer der Kanäle derart ausgebildet, dass der Zylinder durch ihn mit einer turbulenten Strömung beaufschlagbar ist, so kann die oben genannte Regelung des Durchflusses dazu dienen, die Anteile turbulenter oder gerade verlaufender Strömung zu steuern. Bei der turbulenten Strömung kann es sich dabei um eine Drallströmung (sich um die Hochachse des Zylinders drehend) oder um eine Tumble-Strömung (sich walzenförmig vorwärts oder rückwärts drehend) handeln. Zweckmäßigerweise ist dann auch eine Steuerung für die Strömungsleitmittel vorgesehen, durch die der turbulente Anteil der Strömung (und möglicherweise auch die Art der Turbulenz) steuerbar ist. Zu diesem Zweck könnte die Achse des mindestens einen Strömungsleitmittels auch in beliebiger Weise angeordnet sein.
Weiterhin ist es zweckmäßig eine Steuerung für das Impulsaufladeventil vorzusehen, die dazu ausgebildet ist, den turbulenten Anteil der Strömung und die Impulsaufladung zur Erzielung eines Leistungsoptimums der Brennkraftmaschine unter Einbeziehung von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größen aufeinander abzustimmen. Dies hat den Vorteil der Kombination von zwei Maßnahmen zur Verbesserung der Luftbeaufschlagung, wobei diese gemeinsam wirken können, um eine noch größere Optimierung zu erreichen. Außerdem können sie auch, je nach Drehzahlbereich, alternativ eingesetzt werden mit dem Ziel, die Verbesserung der Luftbeaufschlagung in einem weiten Bereich optimal zu ermöglichen. Die Maßnahmen werden also in gewissen Teilbereichen sich gegenseitig verstärkend eingesetzt und in anderen Teilbereichen, in denen nur mit einer der Maßnahme eine Verbesserung erzielbar ist, wird eine Ergänzung zur Erweiterung des gesamten Optimierungsbereichs erzielt.
Der Luftansaugkanal wird zweckmäßigerweise in ein Bauteil integriert, das Luftansaugkanäle für alle Zylinder enthält. Zweckmäßigerweise wird weiterhin vorgesehen, dass die Strömungsleitmittel der Luftansaugkanäle aller Zylinder gemeinsam betätig bar sind.
Vorzugsweise ist der Luftansaugkanal in einen Kanal zur Erzeugung einer geraden Strömung und einen Kanal zur Erzeugung einer turbulenten Strömung unterteilt. Auf diese Weise ist von völliger Turbulenz bis zur völlig geraden Strömung jedes Mischungsverhältnis einstellbar. Auch eine Mischung verschiedener Turbulenzen und/oder einer geraden Strömung ist möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
2 den Strömungskörper des ersten Ausführungsbeispiels in Draufsicht und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und 2 zeigt den Strömungskörper 4 dieses Ausführungsbeispiels in Draufsicht.
In einem Luftansaugkanal 1 ist ein Strömungskörper 4 angeordnet, welcher einen vorderen Teilbereich 4' aufweist, der in Richtung des Doppelpfeils 10 verschiebbar ist und dadurch mit einem Ventilsitz 5 zusammenwirkend ein Ventil 3 bildet. Am hinteren Ende des Strömungskörpers 4 ist ein Strömungsleitmittel 2 angeordnet, das als Klappe 7 ausgebildet ist. Dabei weist der Strömungskörper 4 im wesentlichen in seinem Querschnitt eine Tropfenform auf, die jedoch am hinteren Ende keine Spitze, sondern eine Linie 8 bildet, an der mittels einer Achse 6 die als Strömungsleitmittel 2 dienende Klappe 7 angelenkt ist. An diesem hinteren Ende beginnt auch eine Kanaltrennung 12, welche den Luftansaugkanal 1 in zwei Teilkanäle, den Kanal 1' und den Kanal 1'', unterteilt. Durch eine Stellbewegung, die mit dem Pfeil 11 gezeigt ist, wird die Klappe 7 bewegt und dadurch kann der Teilstrom 9'', der strichpunktiert angedeutet ist, unterbrochen, vermindert oder bezüglich des Auftretens einer Turbulenz beeinflusst werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Luftansaugkanals 1 ist es somit möglich, die Strömung 9 ganz zu unterbrechen oder die Teilströmung 9'' ganz oder teilweise zu unterbrechen oder zu beeinflussen. Wird beispielsweise der Kanal 1'' in seiner nicht gezeichneten Fortsetzung derart ausgebildet, dass er eine turbulente Strömung ausbildet, so kann mittels der Klappe 7 der Anteil der turbulenten Strömung 9, die in den Zylinder gelangt, erhöht oder auf Null reduziert werden. Es lässt sich also der Anteil an turbulenter Strömung auf diese Weise einstellen. Eine turbulente Strömung lässt sich auch durch Beaufschlagung nur von einem der Kanäle erzeugen.
Neben dieser Einstellung ist es möglich, mittels des Ventils 3 eine Impulsaufladung dadurch zu bewirken, dass während der Ansaugphase des Zylinders der Luftansaugkanal 1 kurzzeitig geschlossen bleibt, um danach durch eine Öff nung eine in den Unterdruck eintretende Druckwelle einzulassen und diese durch erneutes Verschließen „einzufangen”. Der so erzielte höhere Druck erhöht die Zylinderfüllung und damit die Motorleistung. Diese Impulsaufladung bringt in einem gewissen Drehzahlbereich des Motors eine Verbesserung, wobei in anderen Drehzahlbereichen, die sich mit den ersteren teilweise überschneiden, eine gewisse Turbulenz der Strömung der in den Zylinder gelangenden Luft ebenfalls eine Erhöhung der Motorleistung bringt. Dadurch ist es möglich, durch Anordnung einer entsprechenden Steuerung, Impulsaufladung oder turbulente Strömung vorzusehen, oder es ist möglich, eine Impulsaufladung mit einer mehr oder weniger ausgeprägten turbulenten Strömung zu kombinieren. Dadurch lässt sich unter Einbeziehung von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größen die Steuerung der Impulsaufladung und die Steuerung der turbulenten Strömung zur Erzielung eines Optimums aufeinander abstimmen.
Selbstverständlich könnte das Ventil 3 auch lediglich als Drosselventil dienen, oder es wäre auch möglich, am Kanal 1' ebenfalls ein Strömungsleitmittel 2 vorzusehen, das wie das gezeichnete aussehen könnte. Es könnte beispielsweise als Klappe 7 ausgebildet und so angeordnet sein, dass es im geschlossenen Zustand an Stelle des schräg verlaufenden Teils 13 der Kanaltrennung statt dieses Teils 13 oder zusätzlich zu diesem vorgesehen ist. Dann wäre es möglich, die Strömung in beiden Kanälen 1' und 1'' zu steuern. Selbstverständlich könnte ein Strömungsleitmittel 2 auch an der Vorderseite des Strömungskörpers 4 angeordnet sein und dort beispielsweise wahlweise die Umströmung des Strömungskörpers 4 an der einen oder der anderen Seite verschließen oder vermindern. Dies wäre beispielsweise dadurch möglich, dass der Teilbereich 4' des Strömungskörpers entlang seiner Achse geteilt ist und diese Teile – separat wirkend – als Strömungsleitmittel 2 für die Kanäle 1' und 1'' dienen, wobei dann die Kanaltrennung 12 entlang des Strömungskörpers 4 entsprechend weiter nach vorne gezogen ist. Gemeinsam wirkend könnten sie jedoch auch die Funktion des Ventils 3 übernehmen und den gesamten Luftansaugkanal 1 ganz oder teilweise verschließen, also der Drosselung oder – bei anderer Steuerung – der Impulsaufladung dienen. Dann wären Strömungsleitmittel 2 und Ventil 3 in einem Funktionselement vereint und die Steuerung würde darüber entscheiden, welche Funktion jeweils ausgeübt wird.
Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit ist in 3 dargestellt, bei der seitlich des Strömungskörpers 4 zwei Klappen 7 angeordnet sind, welche durch Stellbewegungen in Richtung der Pfeile 11 ebenfalls die Kanäle 1' oder 1'' ganz oder teilweise schließen können, wodurch ebenfalls die Teilströmungen 9' und 9'' einstellbar oder in ihrem Turbulenzverhalten gezielt beeinflussbar sind.
Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten sind selbstverständlich denkbar. Beispielsweise könnte auch ohne Unterteilung in Teilkanäle 1' und 1'' allein durch Schrägstellung einer Klappe 7 am hinteren Ende des Strömungskörpers 4 die Strömung ebenfalls beeinflusst werden. Weiterhin könnte die Achse 6 auch senkrecht oder in einem beliebigen Winkel zur Linie 8 ausgerichtet sein, um eine gezielte Turbulenzerzeugung zu bewirken. Wesentlich ist, dass die Strömungsleitmittel 2 dabei an dem Strömungskörper 4 angeordnet sind und dadurch keinen oder fast keinen zusätzlichen Strömungswiderstand aufweisen und auch keine ungewollten zusätzlichen Turbulenzen erzeugen, so dass es möglich ist, die beiden Funktionselemente, das Ventil 3 und das Strömungsleitmittel 2 anzuordnen, ohne dass es zu einer zu starken Beeinträchtigung der Strömung 9 kommt.

1: Luftansaugkanal
1': Kanal-Unterteilung des Luftansaugkanals
1'': Kanal-Unterteilung des Luftansaugkanals
2: Strömungsleitmittel
3: Ventil (dem Einlassventil eines Zylinders vorgeordnet)
4: Strömungskörper
4': Teilbereich des Strömungskörpers
5: Ventilsitz
6: Achse der Klappe
7: Klappe
8: Linie
9: Pfeile: Strömung
9': Teilströmung
9'': Teilströmung
10: Doppelpfeil: Stellbewegung des Teilbereichs des Strömungskörpers
11: Pfeil: Stellbewegung der Klappe(n)
12: Kanaltrennung
13: schräg verlaufender Teil der Kanaltrennung

Claims

Luftansaugkanal (1), der zum Einlassventil eines Zylinders einer Brennkraftmaschine führt und in dem ein Strömungskörper (4) angebracht ist, wobei der Strömungskörper (4) zumindest in einem Teilbereich (4') ein mit einem Ventilsitz (5) zusammenwirkendes Ventil (3) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskörper (4) mindestens ein schwenkbares Strömungsleitmittel (2) aufweist.
Luftansaugkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (3) ein Drosselventil ist.
Luftansaugkanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (3) ein Impulsaufladeventil ist.
Luftansaugkanal nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das schwenkbare Strömungsleitmittel (2) an der Vorderseite des Strömungskörpers (4) angeordnet ist.
Luftansaugkanal nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das schwenkbare Strömungsleitmittel (2) mindestens an einer Seite des Strömungskörpers (4) angeordnet ist.
Luftansaugkanal nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das schwenkbare Strömungsleitmittel (2) an der Rückseite des Strömungskörpers (4) angeordnet ist.
Luftansaugkanal nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine schwenkbare Strömungsleitmittel (2) eine um eine Achse (6) schwenkbare Klappe (7) ist.
Luftansaugkanal nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskörper (4) im Wesentlichen einen tropfenförmigen Querschnitt aufweist, der am Ende eine Linie (8) bildet, in deren Bereich die Achse (6) der Klappe (7) gelagert ist.
Luftansaugkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er nach dem Strömungskörper (4) in mindestens zwei Kanäle (1', 1'') unterteilt ist.
Luftansaugkanal nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kanäle (1', 1'') durch das schwenkbare Strömungsleitmittel (2) ganz oder teilweise verschließbar ist.
Luftansaugkanal nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kanäle (1', 1'') derart ausgebildet ist, dass der Zylinder durch ihn mit einer turbulenten Strömung beaufschlagbar ist.
Luftansaugkanal nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die turbulente Strömung eine Drallströmung ist.
Luftansaugkanal nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die turbulente Strömung eine Tumble-Strömung ist.
Luftansaugkanal nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung für die schwenkbaren Strömungsleitmittel (2) vorgesehen ist, durch die der turbulente Anteil der Strömung (8) steuerbar ist.
Luftansaugkanal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung für das Impulsaufladeventil vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den turbulenten Anteil der Strömung und die Impulsaufladung zur Erzielung eines Leistungsoptimums der Brennkraftmaschine unter Einbeziehung von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größen aufeinander abzustimmen.
Luftansaugkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass er in ein Bauteil integriert ist, das Luftansaugkanäle für alle Zylinder enthält.
Luftansaugkanal nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die schwenkbaren Strömungsleitmittel (2) der Luftansaugkanäle (1) aller Zylinder gemeinsam betätig bar sind.
Luftansaugkanal nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Kanal (1') zur Erzeugung einer geraden Strömung (9) und ein Kanal (1'') zur Erzeugung einer turbulenten Strömung (9) unterteilt ist.