DE4441857A1 - Ansaugsystem einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ansaugsystem einer insbeson­ dere in ein Fahrzeug eingebauten Brennkraftmaschine mit einer zumindest abschnittsweise doppelwandigen Luftlei­ tung, wobei zwischen der inneren, die Ansaugluft führen­ den Luftleitungswand und der äußeren, die innere Wand einschließenden Luftleitungswand ein Luftspalt vorgesehen ist.

Insbesondere nach erfolgter Heißfahrt sowie im stop-and-go-Betrieb eines von einer Brennkraftmaschine angetriebe­ nen Kraftfahrzeuges können sich hohe Temperaturen im An­ saugsystem dieser Brennkraftmaschine einstellen. Dieses hohe Temperaturniveau reduziert jedoch die mögliche Lei­ stungsabgabe der Brennkraftmaschine insbesondere bei nachfolgenden kurzen Beschleunigungsphasen. Dies hat sei­ nen Grund darin, daß sich infolge der bei höheren Tempe­ raturen einstellenden geringeren Luftdichte die je Ar­ beitszyklus in die Brennräume der Brennkraftmaschine ge­ langende Luftmasse verringert.

Ein Aufheizen des Ansaugsystemes wird dabei durch die im sog. Motorraum des Fahrzeuges aufgestaute Wärme hervorge­ rufen. Insbesondere in den oben genannten Betriebszustän­ den findet eine hohe Wärmeübertragung vom Motorraum an das Ansaugsystem statt. Diese Wärme kann dabei weder von der den Motorraum durchströmenden Kühlluft abgeführt wer­ den, da diese eine zu hohe Temperatur aufweist, noch von dem im Ansaugsystem geführten Ansaugluftstrom abgeleitet werden, da dessen Massenstrom in den jeweiligen Be­ triebszuständen zu gering ist.

Zur Abhilfe wurde bereits versucht, die Ansauglufttempe­ raturen durch thermische Isolierung des Ansaugsystemes zu reduzieren. Durch diese Maßnahme kann jedoch nur ein Teilerfolg erzielt werden. Zwar läßt sich damit errei­ chen, daß sich die Ansaugluft mit einer zeitlichen Verzö­ gerung aufheizt, jedoch wirkt sich nachteilig aus, daß infolge der beim isolierten Ansaugsystem im allgemeinen vorhandenen höheren Wärmespeicherfähigkeit auch die Ab­ kühlung der Ansaugluft - beispielsweise nach dem Einlei­ ten eines schnelleren Fahrtabschnittes aus dem stop-and-go-Betrieb gegenüber einem nicht isolierten Ansaugsystem - verzögert stattfindet. Kommt somit zur thermischen Iso­ lation des Ansaugsystemes ein übliches Isolationsmaterial zum Einsatz, so wird sich zwar das Ansaugsystem ver­ langsamt erwärmen, erreicht jedoch nach einer gewissen Zeitspanne die gleiche Beharrungstemperatur wie ein nicht isoliertes Ansaugsystem und wird sich aufgrund der erhöh­ ten Wärmekapazität auch wieder verlangsamt abkühlen, was unerwünscht ist.

Ferner ist aus der DE 27 15 513 C2 eine Ansaugleitungsan­ ordnung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen die Luftleitung zumindest abschnittsweise doppelwandig ausge­ bildet ist, wobei zwischen der inneren und der äußeren Luftleitungswand ein Luftspalt vorgesehen ist. Eine der­ artige Luftspaltisolation ist für den beschriebenen An­ wendungsfall zwar vorteilhafter als die Verwendung übli­ chen Isolationsmaterials, jedoch sind auch hier noch wei­ tere Verbesserungen wünschenswert, die aufzuzeigen sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß längs der zumindest abschnittsweise doppelwandigen Luftleitung durch den Luftspalt ein Kühlluftstrom geführt werden kann. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird das Ansaugsystem zumindest ab­ schnittsweise und dabei insbesondere in denjenigen Berei­ chen, die einer intensiven Wärmestrahlung ausgesetzt sind, doppelwandig ausgeführt, wobei die innere Leitung bzw. das innere Rohr von der Ansaugluft durchströmt wird und das zwischen der inneren und äußeren Leitung bzw. zwischen den beiden Rohren vorhandene Volumen von einem Kühlluftmassenstrom durchflossen wird. Ein derartiges An­ saugsystem bietet eine besonders gute wärmetechnische Isolierung, da die Wärmeleitfähigkeit von Luft gering ist. Dabei können vorteilhafterweise die im Luftspalt be­ findlichen bereits erwärmten Luftmassen ausgetauscht wer­ den, da erfindungsgemäß ein Kühlluftstrom durch diesen Luftspalt geführt wird. Insofern unterscheidet sich die vorliegende Erfindung wesentlich von dem aus der oben zi­ tierten Schrift bekannten Stand der Technik, da dort eine Luftmenge, die sich im Luftspalt erwärmt hat, in diesem Luftspalt verbleibt und somit eine beschleunigte Abküh­ lung der inneren Luftleitungswand verhindert. Hingegen kann ein im wesentlichen kontinuierlich durch den Luft­ spalt geführter Kühlluftstrom eine kontinuierliche Abküh­ lung der inneren, die Ansaugluft führenden Luftleitungs­ wand bewirken. Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Iso­ lation eines Brennkraftmaschinen-Ansaugsystemes im übri­ gen auch dadurch, daß die Wärmekapazität von Luft sehr gering ist.

Um einen Austausch der Luftmassen im Luftspalt zu erzie­ len, d. h. um in geeigneter Weise einen Kühlluftstrom durch den Luftspalt führen zu können, sollte das An­ saugsystem im Bereich der abschnittsweise doppelwandigen Luftleitung eine Eintrittsöffnung sowie eine Austritts­ öffnung für den Kühlluftstrom aufweisen. Bevorzugt ist jedoch eine Fördervorrichtung für den Kühlluftstrom vor­ gesehen, um bezüglich des Austausches der Luftmassen im Luftspalt nicht allein auf die Konvektionsströmung ange­ wiesen zu sein. Bei einer derartigen Fördervorrichtung für den Kühlluftstrom kann es sich um ein eigenes Zusatz­ gebläse im Kühlluftsystem handeln, es ist jedoch auch möglich, einen Teil der von einem bereits vorhandenen Kühlluftgebläse geförderten Luftmassen abzuzweigen und durch den Luftspalt der doppelwandigen Luftleitung zu führen. Dabei kann es sich bei dem ohnehin bereits vorge­ sehenen Kühlgebläse um den einem Kühlerwärmetauscher zu­ geordneten Kühlerlüfter oder auch um dasjenige eines an der Brennkraftmaschine vorgesehenen Generators handeln. So kann in die im Stand der Technik bereits bekannte Ge­ nerator-Kühlluftführung somit die Kühlluftführung zur Kühlung eines erfindungsgemäßen Ansaugsystemes integriert werden.

Es können Maßnahmen vorgesehen sein, die einen Kühlluft­ strom lediglich unter gewissen Randbedingungen erlauben bzw. fördern. Insbesondere kann eine Steuereinheit für die Fördervorrichtung vorgesehen sein, die temperaturab­ hängig arbeitet, d. h. die die Fördervorrichtung nur dann in Betrieb nimmt, wenn aufgrund der Temperaturverhält­ nisse im Motorraum des Fahrzeuges bzw. im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine ein Luftaustausch im Luftspalt der doppelwandigen Luftleitung erforderlich ist. Wird zu Kühlzwecken der durch Ansaugsystem zu führende Kühlluft­ strom von einem anderen Kühl-Hauptluftstrom - beispiels­ weise gefördert vom Kühlerlüfter - abgezweigt, so kann die Menge des abgezweigten Kühlluftstromes über einen Klappenmechanismus eingestellt werden. Hierzu können ent­ sprechende Bypassklappen geöffnet, geschlossen oder ge­ drosselt werden. Was den konstruktiven Aufbau eines er­ findungsgemäßen Ansaugsystemes betrifft, so können zwi­ schen der inneren und äußeren Luftleitungswand der dop­ pelwandigen Luftleitung Stützstege als Abstandshalter vorgesehen sein, die bevorzugt hinsichtlich ihres Strö­ mungswiderstandes optimiert gestaltet sind und somit im wesentlichen parallel zur Durchströmungsrichtung des Kühlluftstromes ausgerichtet sind. Ferner können die dem Luftspalt zugewandten Seiten der Luftleitungswände über Noppen als Abstandshalter verbunden sein. In diesem Zu­ sammenhang sei darauf hingewiesen, daß ein erfindungsge­ mäßes Ansaugsystem aufgrund der Doppelwandigkeit nicht nur Vorteile bezüglich einer geringeren Erwärmung der An­ saugluft aufweist, sondern ferner auch eine verbesserte akustische Dämmwirkung im Vergleich zu einwandigen An­ saugsystemen besitzt. Ferner ergibt sich bei einer Aus­ führung des Ansaugsystemes in einer Art Sandwichbauweise eine hohe Steifigkeit des Systemes und auch dadurch eine geringe Schallabstrahlung.

Die im folgenden erläuterte Prinzipskizze zeigt ein be­ vorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist ein Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine gezeigt, das im einzelnen aus einer eine Ansaugöffnung 1 aufweisenden Luftleitung 2, einem sich daran anschließenden Luftfil­ tergehäuse 3, einer von diesem weiterführenden Luftlei­ tung 4 sowie einem sog. Luftsammler 5 besteht. Von diesem Luftsammler 5 zweigen nicht gezeigte Einzelsaugrohre zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine ab.

Die Luftleitungen 2, 4 sind über weite Abschnitte doppel­ wandig ausgebildet, d. h. sie besitzen eine innere, die Ansaugluft der Brennkraftmaschine führende Luftleitungs­ wand 6 sowie eine äußere, die innere Wand 6 einschlie­ ßende Luftleitungswand 7. Zwischen der inneren Luftlei­ tungswand 6 sowie der äußeren Luftleitungswand 7 befindet sich ein Luftspalt 8. Gleiches gilt bezüglich des Luft­ filtergehäuses 3, das ebenfalls unter Bildung eines Luft­ spaltes 8 von einer äußeren Luftleitungswand 7 umgeben ist. In diesem Luftspalt 8 kann ein Kühlluftstrom geför­ dert werden, hierzu ist am Beginn der äußeren Luftlei­ tungswand 7 eine Eintrittsöffnung 9a sowie am Ende der äußeren Luftleitungswand 7 eine Austrittsöffnung 9b vor­ gesehen. Dabei ist im Bereich der Austrittsöffnung 9b eine den Kühlluftstrom durch den Luftspalt 8 fördernde, als Sauggebläse ausgebildete Fördervorrichtung 10 vorge­ sehen.

Die äußere Luftleitungswand 7 sowie die innere Luftlei­ tungswand 6 sind gegeneinander über mehrere Stege 11 ab­ gestützt, von denen lediglich zwei dargestellt sind. In gleicher Weise sind stellvertretend zwei Noppen 12 darge­ stellt, die als Abstandshalter dienen.

Wie die Pfeile zeigen, wird durch den Luftspalt 8 ein Kühlluftstrom gefördert, der eine unerwünschte Aufheizung der Luftleitungen 2, 4 sowie des Luftfiltergehäuses 3 und dabei insbesondere der jeweiligen inneren Luftleitungs­ wand 6 verhindert. Aufgrund dieses Kühlluftstromes muß die innere Luftleitungswand 6 im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik thermisch nicht isolierend ausgebildet sein und kann daher relativ dünnwandig gestaltet sein. Dies ist zwar aus der Prinzipskizze nicht ersichtlich, jedoch können ohnehin eine Vielzahl von Details insbeson­ dere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (6)

1. Ansaugsystem einer insbesondere in ein Fahrzeug ein­ gebauten Brennkraftmaschine mit einer zumindest ab­ schnittsweise doppelwandigen Luftleitung (2, 4), wo­ bei zwischen der inneren, die Ansaugluft führenden Luftleitungswand (6) und der äußeren, die innere Wand (6) einschließenden Luftleitungswand (7) ein Luft­ spalt (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Luftleitung (2, 4) durch den Luftspalt (8) ein Kühlluftstrom ge­ führt werden kann.

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest eine Eintrittsöffnung (9a) sowie eine Austrittsöffnung (9b) für den Kühl­ luftstrom.

3. Ansaugsystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Fördervorrichtung (10) für den Kühlluftstrom.

4. Ansaugsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Fördervorrichtung (10) das Gebläse eines Wärmetauschersystemes und/oder das Kühlgebläse eines an der Brennkraftma­ schine vorgesehenen Generators fungiert.

5. Ansaugsystem nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine inbesondere temperaturab­ hängig arbeitende Steuereinheit für die Fördervor­ richtung (10).

6. Ansaugsystem nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, gekennzeichnet durch hinsichtlich ihres Strömungs­ widerstandes optimierte Stege (11) oder Noppen (12) zwischen der inneren und äußeren Luftleitungswand (6, 7) als Abstandshalter.