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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Luftansaugvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Kraftfahrzeugbatterien
sind für
gewöhnlich
frei in einem Motorfach montiert. Eine solche Position setzt die
Batterien extremer Kälte
im Winter und extremer Wärme,
die vom Motor abgestrahlt oder mitgeführt wird, im Sommer aus.
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Es
ist daher bekannt, eine Wärmeisolierung
um die Batterie bereitzustellen, was aber die Wirkung hat, dass
Wärme,
die von der Batterie selbst beim Zuführen von Strom erzeugt wird,
eingeschlossen wird.
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Das
Dokument US-A-5542489 zeigt eine Batterie, die in einem Batteriegehäuse angeordnet
ist, wobei das Gehäuse
einen Lufteinlass und -auslass aufweist.
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In
einigen Anwendungen, vor allem beim Zuführen von Strom zu einem elektrisch
angetriebenen Superlader, kann der Strom, der von der Batterie zuzuführen ist,
sehr groß sein,
in der Größenordnung
von 150 A bei 12 Volt. In dieser Situation wird es noch wichtiger,
die Batterietemperatur zu steuern, da eine kalte Batterie nicht
so viel Strom liefert, wie eine warme Batterie, und eine heiße Batterie
gefährlich
heiß werden
kann.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, auf diese Probleme einzugehen.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Luftansaugvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, umfassend
ein hohles Einheitsgehäuse,
eine Kraftfahrzeugbatterie, wobei die Batterie in dem Gehäuse aufgenommen
ist, einen Motorluftversorgungspfad durch das Gehäuse, einen
Luftverdichter zur Förderung
des Luftstroms entlang dem Luftversorgungspfad zu dem Motor, wobei
der Verdichter einen Lufteinlass aufweist und in dem Gehäuse aufgenommen
ist, einen Lufteinlass zu dem Gehäuse und einen Luftauslass aus
dem Gehäuse,
wobei der Gehäuseeinlass
und der Gehäuseauslass
jeweils ein stromaufwärts
liegendes Ende des Luftversorgungspfades beziehungsweise ein stromabwärts liegendes
Ende des Luftversorgungspfades definieren, wobei das Gehäuse durch
eine Trennwand teilweise in ein Batteriefach und ein Verdichterfach
unterteilt ist, wobei ein Luftkanal durch die Trennwand geht und
die Batterie im Luftpfad stromaufwärts der Trennwand liegt, und
der Verdichter wenigstens einen Teil des Luftpfades stromabwärts der
Trennwand bildet, wobei sich der Lufteinlass auf einer tieferen
Ebene als der Luftkanal durch die Trennwand befindet, und der Luftkanal durch
die Trennwand auf einer tieferen Ebene als der Lufteinlass zu dem
Verdichter liegt.
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Die
Verwendung eines einzigen Gehäuses
für die
Batterie, den Luftverdichter, den Luftfilter und die Luftumleitung
bietet Einsparungen in der Herstellung, insbesondere, wenn das Gehäuse vorwiegend
aus Kunststoffmaterial gebildet ist.
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Das
Gehäuse
kann in dem Sinne einheitlich sein, dass es eine einzige Einheit
um Komponenten in dem Gehäuse
bildet, und nicht aus separaten Einheiten gebildet ist, die zum
Beispiel durch flexible Schläuche miteinander
verbunden sind. Das Gehäuse
hat vorzugsweise ein Hauptgehäuse,
das einstückig
gebildet ist, wobei die Abdeckplatten entfernbar an dem Hauptgehäuse befestigt
sind. In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung bildet das Hauptgehäuse einen Basisabschnitt des
hohlen Gehäuses,
und die Abdeckplatten bilden einen oberen Abschnitt des hohlen Gehäuses.
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Da
die Temperatur der Luft im Allgemeinen steigt, während diese entlang dem Luftversorgungspfad strömt, trägt diese
Anordnung dazu bei, die Effizienz des Luftstroms zu erhöhen. Da
die Batterie allgemein kühler
als der Verdichter oder eine andere Elektronik stromabwärts der
Batterie ist, wird die Kühlungseffizienz durch
diese Anordnung maximiert, da allgemein kühlere Komponenten zuerst gekühlt werden.
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Der
Luftversorgungspfad erstreckt sich vorzugsweise zwischen einer oder
mehreren Außenflächen der
Batterie und einer oder mehreren Innenflächen des hohlen Gehäuses, einschließlich einer
unteren Fläche der
Batterie und einer Innenfläche
des hohlen Gehäuses
gegenüber
der unteren Fläche
der Batterie.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung liegt der Lufteinlass vollständig unter der unteren Fläche der
Batterie. Der Luftversorgungspfad stromabwärts der Batterie kann vollständig über der
Ebene der unteren Fläche
der Batterie liegen.
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Wenn
wenigstens eine monolithische Elektronikvorrichtung in dem Gehäuse bereitgestellt
ist, kann die monolithische Vorrichtung in dem Luftversorgungspfad
stromabwärts
der Batterie positioniert sein und auf einer Ebene, die sich über der
Ebene der unteren Fläche
der Batterie erstreckt, so dass der Luftstrom entlang dem Luftversorgungspfad
die monolithische Vorrichtung kühlt,
wenn diese Vorrichtung in Verwendung ist.
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Die
Innenfläche
des hohlen Gehäuses
gegenüber
der unteren Fläche
der Batterie kann vorstehende Rippen haben, die das Gewicht der
Batterie tragen, wobei sich zwischen den Rippen Luftkanäle befinden,
die den Luftstrom entlang dem Luftversorgungspfad unter der Batterie
lenken.
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Vorzugsweise
erstreckt sich der Versorgungspfad zwischen einer oder mehreren,
sich vertikal erstreckenden Außenflächen der
Batterie und einer oder mehreren, sich vertikal erstreckenden Innenflächen des hohlen
Gehäuses
gegenüber
der unteren Fläche
der Batterie. Diese sich vertikal erstreckenden Innenflächen des
hohlen Gehäuses
können
vorstehende Rippen aufweisen, die dazu beitragen, die Batterie in
dem Gehäuse
anzuordnen, und diese Rippen können
dann Rippen mit dazwischen liegenden Luftkanälen aufweisen, um den Luftstrom
entlang den sich vertikal erstreckenden Flächen der Batterie nach oben
zu lenken.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung enthält
die Vorrichtung einen Luftfilter, wobei sich der Luftfilter über den
Luftversorgungspfad auf einer Ebene erstreckt, die nicht höher als
die Ebene des Verdichterlufteinlasses ist.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beispielhaft näher
beschrieben werden, wobei:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Kraftfahrzeuges mit einem 1,4 Liter
Vierzylindermotorsystem ist, mit einer Luftansaugvorrichtung gemäß der Erfindung,
die einen elektrisch angetriebenen Ansaugverdichter enthält;
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2 eine
Graphik ist, die das Motordrehmoment gegenüber der Motordrehzahl für den 1,4
Liter Motor von 1 bei Selbstansaugung zeigt,
der entweder auf ein maximales Drehmoment bei einer geringen mäßigen Motordrehzahl
oder auf ein maximales Motordrehmoment bei einer höheren mäßigen Motordrehzahl eingestellt
ist;
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3 eine
Graphik ähnlich
jener von 2 ist, die auch die Wirkung
auf den Motordrehmomentausgang bei dem Motor von 1 zeigt,
wenn der Ansaugverdichter verwendet wird;
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4 eine
Graphik ist, welche die Motorverdichter-Drehmomentverstärkung gegenüber dem
vom Lenker geforderten Drosselklappenwinkel für den Motor von 1 zeigt;
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5 eine
Graphik des Verdichterbedarfs gegenüber dem vom Lenker geforderten
Drosselklappenwinkel für
den Motor von 1 ist;
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6 eine
perspektivische Ansicht der Luftansaugvorrichtung ist, die bei dem
Motor von 1 verwendet wird;
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7 eine
in Einzelteile aufgelöste
Ansicht eines Gehäuses
und der inneren Komponenten ist, welche die Luftansaugvorrichtung
von 6 bilden;
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8 eine
Draufsicht von oben auf die Luftansaugvorrichtung von 7 ist,
die zwei getrennte, entfernbare Abdeckplatten an den oberen Oberflächen des
Gehäuses
zeigt;
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9 eine
Draufsicht von oben auf die Luftansaugvorrichtung ähnlich jener
von 8 ist, wobei aber die zwei Abdeckplatten entfernt
und in dem Gehäuse
keine Komponenten vorhanden sind;
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10 eine
perspektivische Ansicht des leeren Gehäuses von 9 ist;
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11 eine
perspektivische Ansicht eines Teils des Gehäuses ist, wobei eine Abdeckplatte
entfernt ist, um den Verdichter in dem Gehäuse zu zeigen, und ein Luftauslassrohr
von dem Verdichter durch eine Luftverteilerkammer zu einem Luftauslass
von dem Gehäuse
verläuft;
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12 eine
andere perspektivische Ansicht des in 11 dargestellten
Teils des Gehäuses
ist, mit Blick in den Luftauslass, um die Anordnung des Luftauslassrohres
in Bezug auf den Luftauslass und die Verteilerkammer zu zeigen;
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13 eine
perspektivische Ansicht von unterhalb eines Abschnittes einer Teilungsplatte
ist, die den Luftverdichter und die Luftverteilerkammer von 11 und 12 bedeckt,
die ein Luftklappenventil in der Verteilerplatte in einer geschlossenen
Position zeigt; und
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14 eine
perspektivische Ansicht ähnlich
jener von 13 ist, wobei das Luftklappenventil
entfernt ist, um ein Luftgitter durch die Teilungsplatte zu zeigen,
durch das umgeleitete Luft in die Verteilerkammer zu dem Gehäuseluftauslass
strömt.
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1 zeigt
schematisch einen Teil eines Kraftfahrzeuges 7 mit einem
supergeladenen Hubkolben-Verbrennungsmotor 1, mit vier
Reihenzylindern 2, einem Luftansaugkrümmer 4, und einem
Auspuffkrümmer 6,
der zu beziehungsweise von jedem der Zylinder 2 weg führt, und
einem Kraftstoffeinspritzsystem 8 zum Zuleiten von Kraftstoff
zu den Zylindern 2 in einer in der Technik gut bekannten
Weise. Ein Verdichter, hier ein elektrisch betriebener Superlader 10,
ist stromaufwärts
des Ansaugkrümmers 4 bereitgestellt.
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Luft
strömt
durch den Superlader 10, wenn dieser arbeitet, oder wenn
der Superlader ausgeschaltet ist, durch eine Luftumleitung 12 parallel
zu dem Superlader 10 zu dem Ansaugkrümmer 4. Luft wird über einen Einlassluftpfad 3 zu
dem Superlader 10 und/oder der Umleitung 12 geleitet.
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Die
Luftumleitung 12 hat ein Luftventil 13, das sich
automatisch öffnet,
um einströmende
Luft 5 um den Superlader umzuleiten, wenn der Superladerluftstrom 15 unzureichend
ist, um die Motorzylinder 2 mit Luft zu laden. Die Luftversorgung
zu dem Motor 1 wird dann durch die Einstellung einer Drosselklappe 17 stromabwärts des
Superladers 10 und der Umleitung 12 sowie durch
die Aktivierung des Superladers 10 eingestellt. Wenn der
Superlader 10 nicht aktiviert ist, ist der Motor 1 normal
saugend, und wenn der Superlader 10 aktiviert ist, ist
der Luftstrom zu dem Motor erhöht.
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Der
Superlader wird nur durch einen geschalteten Reluktanzmotor (M) 14,
der von einer 12 Volt Blei-Säure-Batterie 16 gespeist
wird, und einem riemenbetriebenen Alternator (nicht dargestellt)
angetrieben. Die Batterie hat einen Nennstrom, der etwa 30 A höher ist,
als normalerweise für
ein Massenfabrikat eines Vierzylindermotor-Kraftwagens spezifiziert
ist. Die Batterie 16 speist nicht nur den Superlader, sondern
sorgt auch für
das Starten des Fahrzeuges, die Beleuchtung und Zündung. Wie
durch 1 gezeigt wird, liegt die Batterie 16 auch
in dem Luftversorgungspfad 3, so dass einströmende Luft
um die Batterie 16 strömt.
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In
dem Luftversorgungspfad 3 ist ein Luftfilter 9 stromabwärts der
Batterie 16 und stromaufwärts des Superladers 10 und
der Luftumleitung 12 bereitgestellt.
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Wie
in der Folge ausführlicher
erklärt
wird, sind die Batterie 16, der Filter 9, der
Superlader 10 und die Luftumleitung 12 alle in
einem hohlen Gehäuse 50 untergebracht.
Der Fahrzeuglenker (nicht dargestellt) kann die Motorleistung über eine
bewegbare Gaspedalvorrichtung 18 steuern, die ein elektrisches
Signal 20 zu einer Motorsteuereinheit ("engine control unit" – ECU) 22 leitet.
Die Motorsteuereinheit empfängt
eine Reihe von Eingangssignalen, die die Motor- und Fahrzeugbetriebsparameter
anzeigen, einschließlich
eines Motordrehzahlsignals 24 von einem Motordrehzahlsensor 26.
Die Motorsteuereinheit 22 berechnet aus den verschiedenen Eingangssignalen
einen Motordrehmomentbedarf und stellt eine Reihe von Ausgangssignalen
zur Steuerung verschiedener Fahrzeug- und Motorbetriebsparameter
bereit, einschließlich
eines Kraftstoffeinspritzungssteuersignals 28, eines Drosselklappensteuersignals 36 und
eines Superladermotorsteuersignals 42. Der Motordrehmomentbedarf
wird daher wenigstens teilweise durch die Position des Gaspedals
eingestellt.
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Wenn
der Lenker, wie in der Folge ausführlicher erklärt wird,
das Gaspedal bewegt, um ein Motordrehmoment über jenem anzufordern, das
von dem Motor 1 bei einer Selbstansaugung abgegeben werden
kann, bewegt sich die Drosselklappe 17 in eine Maximaleinstellung,
so dass das maximale Luftvolumen in die Zylinder strömen kann,
und die Motorsteuereinheit 22 aktiviert dann den Superladermotor 14 bei
gewissen mäßigen oder
geringen Motordrehzahlen, nicht aber bei hohen Motordrehzahlen.
Danach wird der verstärkte
Motordrehmomentausgang durch die Superladerdrehzahl und die Kraftstoffmenge,
die den Zylindern zugeführt
wird, gesteuert. Wenn der Motor ein Einspritzmotor ist, kann die
Motorsteuereinheit 22 die Menge an eingespritztem Kraftstoff
durch elektrische Steuerung der Injektoren steuern.
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Vorzugsweise
enthält
der Motor einen Abgassensor 31 zur Überwachung der Motorverbrennungsbedingungen.
Der Sensor 31 kann ein Abgassauerstoffsensor ("exhaust gas oxygen
sensor" – EGO-Sensor) sein.
Dieser kann zur Bestimmung verwendet werden, ob der Motor mager
oder fett läuft.
Die Motorsteuereinheit 22 stellt zunächst sowohl die Superladerdrehzahl
als auch die abgegebene Kraftstoffmenge entsprechend dem aktuellen
Drehmomentbedarf ein. Die Motorsteuereinheit überwacht den Ausgang vom Sensor 31 und stellt
dann die Superladerdrehzahl und/oder die abgegebene Kraftstoffmenge
ein, um einen entsprechenden Zustand an fettem oder magerem Motorbetrieb
zu erreichen.
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2 zeigt
eine Graphik eines Motordrehmoments gegenüber der Motordrehzahl für einen
herkömmlichen
Vierzylinder-Reihenmotor, wie zuvor beschrieben, aber ohne Superladung.
Wie aus der Kurve 30 von 2 erkennbar
ist, kann der Motor so eingestellt werden, dass er eine gute Leistung
bei mäßig hohen
Motordrehzahlen liefert ("Power-Tuning"), aber auf Kosten
des Drehmoments am unteren Ende.
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Als
Alternative, wie durch die Kurve 32 dargestellt ist, kann
der Motor so eingestellt werden, dass er ein gutes Drehmoment bei
geringen und mäßigen Motordrehzahlen
liefert ("Drehmoment-Tuning"), aber auf Kosten
der Leistung am oberen Ende. Während
Das "Power-Tuning" den sportlichen
Lenker anspricht, ist das Maß an
Zufriedenheit bei den meisten Autobesitzern geringer. Die Forderung,
ein gutes, reales "Leistungsgefühl" zu vermitteln, führt üblicherweise
zu einem Motordrehmomentausgang, wie in der "Drehmoment-Tuning"-Kurve dargestellt, bei dem das Drehmoment
bei hohen Motordrehzahlen verringert ist, um einen Drehmomentausgang
unter 3500 U/min zu verbessern. Obwohl eine Motoruntersetzung gewählt werden
kann, um unerwünschte
Eigenschaften zu minimieren, sind in der Praxis herkömmliche
Motoren so eingestellt, dass ein Kompromiss erreicht wird.
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird in der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ein Motor relativ geringer Kapazität, zum Beispiel mit einer Kapazität unter
etwa 1,8 Liter, so eingestellt, dass er eine gute Leistung bei hohen
U/min liefert, auf Kosten des Drehmoments bei geringer Motordrehzahl,
wie durch die Kurve 30 dargestellt ist. Ein begleitender
Effekt ist ein sehr sparsamer Kraftstoffverbrauch bei konstanten
Autobahngeschwindigkeiten, da weitere Drosselklappenöffnungen
verwendet werden müssen,
um die konstante Geschwindigkeit zu erreichen. Wie aus Kurve 34 erkennbar
ist, wird dann eine Erhöhung
des maximalen Drehmoments mit einer Superlader-Drehmomentverstärkung (oder
Motorleistungsverstärkung
als Äquivalent)
bereitgestellt, wenn der Lenker Leistung über jener verlangt, die von
einem Motor mit Selbstansaugung erhältlich ist, wie durch die Kurve
mit Superlader-Verstärkung ("supercharger boost") "SCB" dargestellt ist.
Die Verstärkung
wird unter der Steuerung der Motorsteuereinheit 22 nur
im Bereich geringer 38 und mäßiger Motordrehzahlen 33 zur
Verfügung
gestellt und wird progressiv begrenzt, um bei Punkt 35 sanft
in eine Motorleistung ohne Verdichterdrehmomentverstärkung im
Bereich höherer
Motordrehzahlen 37 überzugehen.
Dies erfolgt durch progressive Beschränkung der maximal zulässigen Superladerverstärkung nahe
einem Übergangspunkt 40,
der in diesem Beispiel bei dem maximalen, unverstärkten Motordrehmoment
angenommen wird. Es ist jedoch möglich,
entweder über
diesen oder unter diesen Punkt abzuweichen, obwohl eine zu große Abweichung
unter diesen Punkt (in diesem Beispiel unter etwa 3500 U/min) die
möglichen
Vorteile verringert, die durch den Superlader bereitgestellt werden,
und eine zu große
Abweichung über
diesen Punkt (in diesem Beispiel über etwa 5750 U/min) zu einem übermäßigen Drehmoment
in einem Bereich des Motorbetriebs führt, wo dieses unter den meisten
Fahrbedingungen nicht erforderlich oder vom Standpunkt des sparsamen
Kraftstoffverbrauchs nicht erwünscht
ist.
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Somit
ermöglicht
die Motorsteuerung die Verwendung des Verdichterantriebs nur in
einer solchen Weise, dass der Motordrehmomentausgang mit der Verdichterdrehmomentverstärkung in
dem Bereich der mäßigen Motordrehzahl
seinen Höchstwert
erreicht.
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Die
verstärkte
Drehmomentkurve könnte
jedoch in einem Bereich geringerer Motordrehzahlen 38 sanft in
die unverstärkte
Drehmomentkurve 30 übergehen,
wie durch die gestrichelte Linie 39 dargestellt ist.
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4 zeigt
eine Graphik einer Motordrehmoment-Superladerverstärkung gegenüber einem
vom Lenker geforderten Drosselklappenwinkel zwischen 0° und 90°. Die diagonalen
geraden Linien in der Graphik sind mit Motordrehzahl in U/min zwischen
1250 U/min und 5400 U/min beschriftet. Die vertikale Skala entspricht dem
Unterschied im Drehmoment in 3 zwischen
der verstärkten
Drehmomentkurve 34 und der unverstärkten Drehmomentkurve 30.
Bei maximalem Drosselklappenwinkel von 90° ist die Motordrehmoment-Superladerverstärkung der
in 3 dargestellte Maximalwert. Wenn der geforderte
Drosselklappenwinkel von 90° abnimmt,
gilt dies auch für
die Motordrehmoment-Superladerverstärkung, bis diese auf eine Nullverstärkung abnimmt,
entsprechend der Kurve 30 von 3.
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Wie
aus 4 erkennbar ist, wenn die Motordrehzahl auf den Übergangspunkt 35 von 3 steigt, nimmt
die Neigung der Motordrehmoment-Superladerverstärkungskurve ab, bis beim Übergangspunkt 35 keine
Motordrehmoment-Superladerverstärkung
vorhanden ist. Dies zeigt graphisch das progressive Ausschalten
der Superladerverstärkung.
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5 zeigt
den Betrieb des Superladers in anderer Weise, wobei der Verdichterbedarf
gegen den vom Lenker geforderten "Drosselklappenwinkel" zwischen 0° und 90° eingezeichnet ist. Außer bei
hohen Motordrehzahlen, wenn der Betrieb des Superladers abgeschaltet
ist, entspricht der Lenker-"Drosselklappenwinkel" nicht dem tatsächlichen
Winkel der Drosselklappe 17. Bei Motordrehzahlen, bei welchen
der Superladerbetrieb zugelassen ist, erreicht der tatsächliche
Drosselklappenwinkel 90° (d.
h., die maximale Einstellung), bevor der Lenker-"Drosselklappenwinkel" 90° erreicht.
Während
der Lenker-Drosselklappenwinkel auf 90° steigt, bleibt danach der tatsächliche
Drosselklappenwinkel bei der Maximaleinstellung und der verstärkte Motordrehmomentausgang
wird durch die Menge an elektrischem Strom gesteuert, die dem Superladermotor
zugeführt wird,
in Verbindung mit einer entsprechenden Kraftstoffmenge, die an die
Zylinder abgegeben wird.
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Die
verschiedenen Linien in 5 sind mit der Motordrehzahl
in U/min beschriftet. Der Verdichterbedarf ist gleich dem elektrischen
Strom, der dem Superladermotor 14 zugeführt wird. Die Kurven beginnen
bei einem Verdichterbedarf von etwa 0,2, wobei bei diesem Punkt
die Luft, die durch den Superlader zugeführt wird, beginnt, einen nennenswerten
Effekt auf das Motordrehmoment zu haben. Wie aus 5 erkennbar
ist, steigt mit zunehmender Motordrehzahl der Mindestverdichterbedarf
der für
eine nennenswerte Verstärkung des
Drehmoments erforderlich ist. Dies ist auf den erhöhten Luftstrom
zu dem Ansaugkrümmer 4 bei
steigernder Motordrehzahl zurückzuführen.
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6 bis 14 zeigen
alle detaillierte Ansichten der Luftansaugvorrichtung gemäß der Erfindung. 6 zeigt
eine äußere perspektivische
Ansicht des Einheitsgehäuses 50,
das die Batterie 16, den Filter 9, den Verdichter 10 und
die Luftumleitung 12 enthält. Der Luftversorgungspfad 3 durch
das Einheitsgehäuse 50 beginnt
bei einem Lufteinlass 52 in einem unteren Abschnitt des
Gehäuses 50 und
endet bei einem Luftauslass 54 auf einer höheren Ebene
in dem Gehäuse 50.
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Das
Gehäuse 50 enthält das Batteriefach 56 und
das Superladerfach 58. Jedes Fach 56, 58 hat
eine entsprechende Abdeckplatte 60, 62, die durch
Schrauben 64 entfernbar an einer Einheitsgehäusebasis 66 befestigt
ist, die einen unteren Teil des Gehäuses 50 bildet.
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Die
Batteriefachabdeckplatte 60 hat zwei Öffnungen 61, 63,
durch die ein Paar Batterieanschlussklemmen 65, 67 durch
das Gehäuse 50 ragen
können,
wenn die Batterieabdeckplatte an der Gehäusebasis 66 befestigt
wird.
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Die
Einheitsgehäusebasis 66 ist
an einer Reihe von Stützen 68 befestigt,
die sich von der Gehäusebasis 66 zu
einer Stahlbefestigungsplatte 70 nach unten erstrecken,
die ihrerseits an eine Innenfläche
eines Motorfachs (nicht dargestellt) angeschraubt ist.
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Das
hohle Gehäuse 50 ist
aus einem geformten Kunststoffmaterial, zum Beispiel ABS, oder glasgefülltem Nylon
gebildet.
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7 zeigt
die Befestigungsplatte, das hohle Gehäuse 50 und eine Reihe
von Komponenten im Inneren des Gehäuses 50 in einer in
Einzelteile zerlegten, perspektivischen Ansicht. Die Batterie 16 ist
in dem Batteriefach 56 gemeinsam mit einer Superladerleistungselektronik 72 untergebracht.
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Das
Superladerfach 58 enthält
eine größere Anzahl
von Komponenten, einschließlich
des Filters 9, des Superladers 10 und des Superladermotors 14.
In dem Superladerfach 58 befinden sich auch die Teilungsplatte 74,
die sich horizontal über
einen Teil des Superladerfachs 58 unterhalb der Superladerabdeckplatte 62 erstreckt,
und das Klappen-Luftumleitungsventil 13.
Der Luftfilter 9 hat einen rechteckigen Umriss und sitzt
in einer gleichen rechteckigen Ausnehmung 56 in der Teilungsplatte 74.
Die Teilungsplatte 74 weist ein Luftgitter 78 auf,
an dessen Unterseite die Luftklappe 13 befestigt ist, und
eine gekrümmte
Platte 80 zur Begrenzung der Ablenkung der Luftklappe 13 weg
vom Gitter 78.
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Das
Superladerfach 58 ist in einen Hauptabschnitt 82,
der den Verdichter 10, den Motor 14 und den Luftfilter 9 enthält, und
einen Nebenabschnitt 84, der hierin als Verteilerkammer 84 bezeichnet
wird, unterteilt. Das Teilungsplattenluftgitter 78 und
die Luftklappe 13 liegen über der Verteilerkammer 74,
wobei eine flexible Dichtung 86 zwischen der Verteilerkammer 84 und
der Teilungsplatte 74 einen luftdichten Verschluss herstellt.
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Der
Luftversorgungspfad 3 zwischen dem Lufteinlass 52 und
dem Luftauslass 54 verläuft
um die Batterie 16 und die Superladerleistungselektronik 72 in
dem Batteriefach 56, durch eine Öffnung 90 in einer
Trennwand 92, die das Batteriefach 56 vom Superladerfach 58 trennt.
Wie in 7 erkennbar ist, liegt die Luftöffnung 90 auf
einer höheren
Ebene in dem Batteriefach 56 als der Lufteinlass 52.
Der Luftversorgungspfad durch das Batteriefach 56 steigt
daher im Allgemeinen zur Luftöffnung 90 hin
an.
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Die
Luftöffnung 90 weist
eine Reihe von Flügeln
auf, von welchen einer 94 in 7 erkennbar
ist. Diese Flügel 94 lenken
den Luftstrom in einen unteren Abschnitt des Superladerfachs 58,
in die Nähe
des Superladermotors 14. Der Luftversorgungspfad trägt daher
zur Kühlung
des Superladermotors 14 bei, wenn dieser in Betrieb ist.
Der Luftversorgungspfad 3 steigt, nachdem er um den Superladermotor 4 gegangen
ist, vertikal nach oben durch den Luftfilter 9 in der Teilungsplatte 74 in
ein Luftvolumen zwischen der Teilungsplatte 74 und der
Superladerabdeckplatte 62. In 7 ist dieses
eingeschlossene Luftvolumen allgemein mit dem Bezugszeichen 96 bezeichnet.
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Wenn
der Superlader nicht in Betrieb ist, hält die Luftansaugung, die vom
Ansaugkrümmer 4 bereitgestellt
wird, das Klappenventil 13 nach unten auf die Klappenventilbegrenzungsplatte 80,
so dass Luft durch das Luftgitter 78 in der Teilungsplatte 74 und
in die Verteilerkammer 84 strömen kann. Von der Verteilerkammer 84 kann
die Luft dann frei in den Luftauslass 54 strömen. Obwohl
nicht dargestellt, folgt der Luftpfad dann einem herkömmlichen
flexiblen Schlauch zur Drosselklappe 17.
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Wenn
der Superlader in Betrieb ist, wird etwas Luft von dem eingeschlossenen
Luftvolumen 96 in einen Einlass 98 in dem oberen
mittleren Abschnitt des Superladers 10 gezogen. Die Luft
des Superladers wird dann verdichtet und bei bis zu 40% über Atmosphärendruck
durch den Superladerauslass 100 ausgestoßen. Ein
kleiner Gummiring 102 verbindet den Superladerluftauslass 100 mit
einem Einlass 104 zu der Verteilerkammer 84.
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Bis
der Superlader 10 bei hoher Kapazität arbeitet, tritt auch etwas
Luft durch die Luftklappe 13 in die Verteilerkammer 84.
Die Luft, die vom Superlader 10 durch den Verteilerkammerlufteinlass 104 ausgestoßen wird,
geht in ein Verteilerrohr 106, das allmählich nach außen zu einem
Verteilerrohrauslass 108 hin konisch zuläuft. Der
Verteilerrohrauslass 108 hat drei radiale Rippen 110,
die in gleichem Abstand um den Umfang um den Raum des Verteilerrohrauslasses 108 angeordnet
sind. Die Rippen 110 sitzen in entsprechenden Nuten 112 an
den Innenflächen
des Luftauslasses 54, so dass ein ringförmiger Spalt 114 zwischen
dem Luftverteilerrohr 106 und dem Luftauslass 54 aufrechterhalten
wird.
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Die
Luft, die vom Superlader 110 ausgestoßen wird, wird daher von der
Luft getrennt gehalten, die durch das Klappenventil 13 in
die Verteilerkammer 84 eintritt, bis sich diese Luft stromabwärts von
dem ringförmigen
Spalt 114 mischt, der den Verteilerrohrauslass 108 umgibt.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Luftstromwirksamkeit durch diese Anordnung
erhöht
wird, da Energie in der Luft, die vom Superlader 10 ausgestoßen wird,
dazu beiträgt,
Luft aus der Verteilerkammer 84 zu ziehen, die durch das
Luftklappenventil 13 zugeführt wird.
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Zur
Dämpfung
von Geräuschen
und Vibration sind der Superlader 10 und sein Motor 14 physisch durch
drei Gummistäbe 116 befestigt,
die in gleichem Abstand um eine schalenförmige Aluminiumbefestigungsschelle 118 angeordnet
sind, an der der Superlader 10 fest montiert ist. Die drei
Gummibefestigungen 116 sitzen auf drei entsprechenden Stäben 120,
die sich von einem unteren Abschnitt des Superladerfachs 58 nach
oben erstrecken. Diese drei Gummibefestigungen 116, gemeinsam
mit dem flexiblen kurzen Auslassschlauch 102 zwischen dem
Superladerauslass 100 und dem Verteilerkammereinlass 104 dämpfen alle
Vibrationen, die von dem Superlader 10 und seinem Motor 14 durch
den Körper
des Einheitsgehäuses 50 übertragen
werden.
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Der
Superlader 10 ist auch durch einen Gummiring 122,
der sich um den Umfang des Superladerlufteinlasses 98 erstreckt,
bezüglich
der Vibrationen von der Teilungsplatte 74 isoliert. Der
Gummiring 122 sitzt in einem kreisförmigen Vorsprung 124,
der sich von einer Unterseite 126 der Teilungsplatte 74 nach
unten erstreckt. Der Vorsprung 124 hat einen Durchlass 127,
so dass Luft durch die Teilungsplatte 74 in den Superlader 10 strömen kann.
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Unter
Bezugnahme nun auf 9 und 10 zeigen
diese, wie sich der Lufteinlasspfad 3 in das Batteriefach 56 zunächst in
einer Ausnehmung 128 in einer Unterseite 156 des
Batteriefachs 56 erstreckt. Die Ausnehmung 128 verschwindet
allmählich
stromabwärts
des Lufteinlasses 52, wodurch einströmende Luft seitlich von einer
Achse 130 des Lufteinlasses 52 zu lateralen Seitenabschnitten 132 des
Batteriefachs 56 gepresst wird, wo eine Reihe von hochragenden
Rippen 134 von den Seitenabschnitten 132 abstehen.
Die Rippen 134 stützen
eine Unterseite 136 des Batteriefachs 16, so dass
sich Luftkanäle 138 zwischen
den Rippen 134 seitlich von der Lufteinlassachse 130 weg
erstrecken. Die einströmende
Luft wird daher über
nahezu die volle Unterseite der Batterie gelenkt, was dazu beiträgt, die
Batterie kühl
zu halten. Sobald die einströmende Luft
die lateralen Seitenwände 140 des
Bateriefachs 56 erreicht, wird die Luft durch vertikal
verlaufende Rippen 144, die seitlich nach innen von den
vertikalen Seitenwänden 140 des
Batteriegehäuses
abstehen, so gelenkt, dass sie aufwärts über entsprechende, sich vertikal
erstreckende Seiten 142 der Batterie 16 strömt. Die
vertikalen Rippen 144 tragen auch zur Positionierung der
Batterie 16 quer in dem Batteriefach 56 bei.
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Etwas
Luft strömt
jedoch stromabwärts
der Batterie 16 auf einer tieferen Ebene, so dass sie auf
die Superladerleistungselektronik 72 trifft, die mit metallischen
Wärmeabstrahlungslamellen 146 versehen
ist.
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Die
Temperatur der einströmenden
Luft steigt daher, während
sie durch das Batteriefach 56 geht, aber die Luft ist weiterhin
im Vergleich zu den Temperaturen, die von dem Superladermotor 14 erreicht
werden können,
kühl (und
deutlich kühler
als die Lufttemperaturen, die in einem turbogeladenen oder Verdränger-Superladersystem
auftreten). Dies stellt daher ein effizientes Mittel zum Kühlen der
verschiedenen Komponenten in dem Gehäuse 50 dar.
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Die
zuvor beschriebene Luftansaugvorrichtung ist sowohl kompakt als
auch wirtschaftlich herzustellen und ist zur Verwendung mit Kraftwagen-Verbrennungsmotoren
relativ geringer Kapazität
geeignet.
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