EP2513465A1 - Ansaugvorrichtung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Ansaugvorrichtung einer brennkraftmaschine

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EP2513465A1
EP2513465A1 EP10798045A EP10798045A EP2513465A1 EP 2513465 A1 EP2513465 A1 EP 2513465A1 EP 10798045 A EP10798045 A EP 10798045A EP 10798045 A EP10798045 A EP 10798045A EP 2513465 A1 EP2513465 A1 EP 2513465A1
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EP
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intake line
intake
primary
internal combustion
combustion engine
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EP10798045A
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Michael Metzger
Calogero Colletto
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Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
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Publication date
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    • F05C2225/08—Thermoplastics

Definitions

  • the invention relates to a suction device of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle having a Primäräaugaugtechnisch and a Sekundäransaugtechnisch for sucking combustion air.
  • an intake device for an internal combustion engine of a motor vehicle with a primary intake pipe and a secondary intake pipe is known.
  • An intake point of the primary intake line for sucking in outside air is located on the outside of the motor vehicle.
  • An intake of the secondary intake is arranged in the engine compartment.
  • a changeover valve is provided. In order to prevent ingress of water via the primary intake line, the changeover valve is actuated during off-road operation. Thus, either the primary intake pipe or the secondary intake pipe is opened to suck combustion air.
  • the invention has the object of providing a suction device of the type mentioned in such a way that the operation of the internal combustion engine is easily and reliably ensured even with a closure of the primary intake.
  • the primary intake line opens into a primary intake chamber of an air filter housing
  • the secondary intake line opens into a secondary intake chamber of the air filter housing and the secondary intake line in comparison to the primary intake line.
  • Suction line is designed in shape and / or size so that in normal operation of the internal combustion engine, the transmission capacity of the secondary intake is so low in relation to the transmission capacity of the primary intake manifold that the secondary combustion air sucked in via the secondary intake manifold has a negligible influence on the power of the internal combustion engine , and that in the case of closure of the primary suction line, the transmission capacity of the secondary suction line is sufficient to supply the internal combustion engine with a minimum combustion air mass flow necessary for operation.
  • the secondary intake pipe is designed such that it is used in the closing of the primary intake pipe, in particular in snow throw, as a bypass pipe for sucking secondary combustion air, without a separate switching valve is required.
  • the elimination of a changeover valve has a positive effect on the cost, wear and reliability of the aspirator.
  • the location for a Sekundäransaugstelle the Sekundäransaug effet can be chosen essentially free.
  • the Sekundäransaugstelle must either be placed directly on an air filter housing or additional structural measures are required, in particular, additional lines must be laid.
  • both the primary intake line and the secondary intake line are open for intake of combustion air, so that the properties, in particular temperature and / or humidity, of the total combustion air supplied to the internal combustion engine are determined by the mixture of the primary combustion air from the primary intake line and the secondary combustion air from the secondary intake line become. Due to the different design of the primary intake and the secondary intake in shape and / or size of the relevant proportion of the total combustion air is drawn in via the primary intake in normal operation. The characteristics of the total combustion air supplied to the internal combustion engine is then determined by the primary combustion air. The influence of the relatively low mass air flow of the secondary combustion air is at negligible.
  • the primary intake line is configured to supply the internal combustion engine with primary combustion air having properties that are optimal for a combustion process and thus the power delivery of the internal combustion engine.
  • the secondary intake line supplies secondary combustion air with properties which, although not optimal for combustion, are sufficient for maintaining the operation of the internal combustion engine when the primary intake line is closed.
  • the primary intake line and the secondary intake line open into the filter housing on the unfiltered air side of a filter element. With the filter element, the filtration of the intake combustion air takes place. Characterized in that the secondary intake opens into a secondary inlet chamber of the air filter housing, the properties of the Brennkraftmasch ine provided Intelverbren- tion air optimized in normal operation and also in the case of closure of the primary intake with respect to the combustion.
  • the subdivision of the raw air area into a primary inlet chamber and a secondary inlet chamber prevents snow, ice or dirt from reaching the area of the secondary air intake and blocking the filter element. Due to the adapted embodiments of the secondary suction compared to the Primäräaugaug réelle in connection with the primary inlet chamber and the Sekundäreinlasshunt can also be reduced via the Sekundärransaug réelle a negative pressure in the air filter housing, which may occur in particular by snow, ice and / or dirt when closing the Primärransaug effet. Thus, it can be prevented that the snow, the ice or dirt from the primary intake pipe is sucked into the air filter housing and the filter element is dirty or damaged.
  • a Sekundäransaugstelle the Sekundärransaugtechnisch from external influences, which can lead to the closure of the Sekundärransaug admir, in particular snow, water and / or dirt, be arranged protected.
  • the Sekundäransaugstelle can be arranged in particular in an engine compartment, which is already protected.
  • the Sekundäransaugstelle can be arranged at a location where the secondary combustion air sucked in there has a temperature greater than 0 ° C, in particular about 80 ° C, which is sufficient to load the Sekundäransaugtechnisch with snow and / or ice prevent. Particularly in the engine compartment, such temperatures prevail during operation of the internal combustion engine.
  • the shape and / or size, in particular the length and / or the cross-section, the secondary suction be set so that in normal operation, a secondary pressure loss in the Sekundäransaugtechnisch compared to a total pressure drop in the intake is so large that a Suction of secondary combustion air via the secondary intake is almost prevented.
  • the pressure losses can be easily determined and used to specify the shape and / or size of Sekundärransaug effet.
  • Figure 1 shows schematically a suction device with an air filter a
  • Internal combustion engine of a motor vehicle having a primary intake pipe and a secondary intake pipe;
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a total pressure loss in the intake device from FIG. 1, a secondary pressure loss in the secondary intake line and a secondary air mass flow through the secondary intake line as a function of a total air mass flow through the intake device when the primary intake line is open;
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a temperature change in FIG.
  • Figure 4 schematically shows a diagram of the total pressure loss as a function of the total air mass flow through the intake device of Figure 1 with closed primary intake.
  • FIG. 1 shows an intake device 10 for combustion air of an otherwise not shown internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the combustion of the internal combustion engine supplied combustion air is referred to below the better distinction as the total combustion air.
  • the suction device 10 comprises an air filter 12 with an air filter housing 14, in which a filter element 16 is arranged for filtering the total combustion air.
  • the filter element 16 comprises a filter medium of an anisotropic, porous material.
  • the filter element 16 separates a primary inlet chamber 18 on the unfiltered air side of the filter element 16 tightly from an outlet chamber 20 on the clean air side.
  • the primary inlet chamber 18 directly adjoins the filter element 16.
  • the suction device 10 includes a primary suction line 24 for sucking primary combustion air and a secondary suction line 26 for sucking secondary combustion air.
  • a primary intake 28 of the primary intake 24 is located outside of the vehicle, so that cool fresh air can be sucked as possible. With the fresh primary combustion air an optimal power delivery of the internal combustion engine is achieved.
  • the primary intake line 24 opens directly into the primary inlet chamber 18.
  • a secondary intake 30 of the secondary intake line 26 is protected from external influences which cause the secondary intake line 26 to close. Ren, especially snow, water and / or dirt, protected in the engine compartment. In the engine compartment, temperatures of more than 0 ° C prevail during operation of the internal combustion engine, even in cold regions. At the secondary intake 30, the secondary combustion air is drawn in at a temperature of, for example, about 80 ° C. The sucked hot air prevents loading of the secondary intake pipe 26 with snow and ice.
  • the Sekundärransaug Arthur 26 opens into a secondary inlet chamber 32 of the air filter housing 14, which is separated from the primary inlet chamber 18.
  • the secondary inlet chamber 32 adjoins the raw side of the filter element 16 directly to this.
  • the warm secondary combustion air from the Sekundärransaug effet 26 first passes into the Sekundäreinlasshunt 32. It is sucked from there through the filter element 16 and filtered and enters the outlet chamber 20, from where it is supplied via the clean air line 22 of the internal combustion engine.
  • the Sekundärransaug réelle 26 has a substantially smaller cross-section than the Primäräransaug réelle 24, so that in normal operation of the internal combustion engine, the transmissivity of the Sekundärransaug réelle 26 in relation to the transmittance of the Primäräransaug réelle 24 is so low that the sucked via the Sekundärransaug réelle 26 warm secondary combustion air a negligible influence on the power delivery of the internal combustion engine has. It is explained in more detail below in conjunction with FIG. 3 that during normal operation, the heating of the total combustion air supplied to the internal combustion engine by the secondary combustion air is negligibly small.
  • the shape and size of the Sekundärransaug réelle 26 is dependent on the operating characteristics of the internal combustion engine, in particular their performance characteristics and the need for total combustion, given.
  • the length and the cross-section of the secondary intake line 26 are matched to each other and to the permeability of the primary intake line 24 so that in normal operation, as shown schematically in Figure 2, a secondary pressure loss dpsek in the secondary intake 26 compared to a total pressure loss dptot in the suction device 10 is so large that an intake of combustion air via the Sekundärransaug effet 26 is almost prevented.
  • the dimensions of the secondary intake manifold 26 are selected to be less than the primary intake manifold 24 such that in the event of occlusion of the primary intake manifold 24, for example, snowfall, the transmittance of the secondary intake manifold 26 is sufficient to provide the internal combustion engines with minimum burnup required to operate. supply air mass flow.
  • a negative pressure in the air filter housing 14 can be reduced via the secondary intake line 26, which can arise in particular during closure of the primary intake line 24 by snow, ice and / or dirt.
  • the secondary intake line 26 can arise in particular during closure of the primary intake line 24 by snow, ice and / or dirt.
  • the diagram in Figure 2 shows an example with open primary intake 24 the total pressure loss dptot (middle curve) and the secondary pressure loss dpsek (lower curve) in response to a total air mass flow m * dead by the intake 10 in different partial load ranges of the engine.
  • the pressure losses dptot and dpsek are plotted in FIG. 2 on the left-hand vertical ordinate axis in millibar (mbar).
  • the total air mass flow m * tot which is between about 80 kg / h and 760 kg / h in the arrangement used by way of example, is plotted on the horizontal axis of abscissa in kilograms per hour (kg / h).
  • the pressure losses dptot and dpsek increase progressively with increasing total air mass flow m * tot.
  • the total pressure loss dptot assumes values between just over 0 mbar and about 15 mbar.
  • the secondary pressure loss dpsek assumes values between just over 0 mbar and about 3 mbar.
  • FIG. 2 shows that, for example, with a total air mass flow m * tot of about 760 kg / h, a secondary air mass flow m * sec of only about 25 kg / h is drawn through the secondary intake line 26.
  • the proportion of the secondary air mass flow m * sec is about one-thirtieth of the total air mass flow m * tot.
  • the diagram of FIG. 3 shows by way of example when the primary intake line 24 is open a temperature change dT (upper curve) of the total combustion air and the secondary air mass flow m * sec (lower curve) as a function of the total air mass flow m * tot in FIG shown in Figure 2 partial load ranges of the internal combustion engine.
  • the temperature change dT is plotted in FIG. 3 on the left-hand vertical ordinate axis in Kelvin (K).
  • the secondary air mass flow m * sec is plotted on the right vertical ordinate axis in kg / h.
  • the total air mass flow m * tot in kg / h is plotted on the horizontal axis of abscissa.
  • the temperature of the secondary combustion air is about 80 ° C.
  • the temperature of the primary combustion air is about 20 ° C. It can be seen from the diagram that the temperature change dT assumes values between about 1.15 K and about 1.75 K. Under other conditions, for example, if the secondary combustion air has a temperature of less than 80 ° C, temperature changes dT of the total combustion air of less than 1, 15 K can be achieved.
  • the diagram of Figure 4 shows an example of a total pressure loss dptot * as a function of the total air mass flow m * dead with closed primary intake 24.
  • the total pressure loss dptot * is plotted in Figure 4 on the left vertical axis of ordinate in mbar.
  • the total air mass flow m * tot is plotted on the horizontal axis of abscissa in kg / h.
  • the total pressure loss dptot * increases progressively with increasing total air mass flow m * dead.
  • the total pressure loss dptot * is about 78.3 mbar. It has been found that in the described embodiment, a total pressure loss dptot * of up to 250 mbar can be realized without the internal combustion engine "dying off".
  • the invention is not limited to an intake device 10 of internal combustion engines of motor vehicles. Rather, it can also be used in other types of internal combustion engines, for example in industrial engines.
  • Sekundäransaug Appendix 26 may be configured to realize the function of the invention in a different manner in shape and / or in size different from the primary intake 24.
  • the secondary intake chamber 32 can also be dispensed with.
  • the secondary intake passage 26 may then lead into the primary intake chamber 18.
  • the filter medium of the filter element 16 can be made of a different material suitable for air filtration.
  • the temperature of the secondary combustion air may also be less than or greater than 80 ° C.
  • the primary combustion air may also be significantly warmer or colder than 20 ° C.
  • the proportion of secondary air mass flow m * sec with open primary intake 24 may also be more or less than one-thirtieth of the total air mass flow m * tot.
  • the total air mass flow m * tot can also be less than 80 kg / h or more than 760 kg / h.
  • the values for the total pressure loss dptot, the secondary pressure loss dpsek and the secondary air mass flow m * sec can also be larger or smaller, for example, depending on the type of internal combustion engine and / or the ambient conditions and / or the configuration of the intake device 10.

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Abstract

Es wird eine Ansaugvorrichtung (10) einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer Primäransaugleitung (24) und einer Sekundäransaugleitung (26) zum Ansaugen von Verbrennungsluft beschrieben. Die Sekundäransaugleitung (26) ist im Vergleich zur Primäransaugleitung (24) in Form und/oder Größe so ausgestaltet, dass im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine das Durchlassvermögen der Sekundäransaugleitung (26) im Verhältnis zum Durchlassvermögen der Primäransaugleitung (24) so gering ist, dass die über die Sekundäransaugleitung (26) angesaugte Sekundärverbrennungsluft einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Leistung der Brennkraftmaschine hat. Im Fall eines Verschlusses der Primäransaugleitung (24) reicht das Durchlassvermögen der Sekundäransaugleitung (26) aus, um die Brennkraftmaschine mit einem zum Betrieb notwendigen Mindest-Verbrennungsluftmassenstrom zu versorgen.

Description

Ansaugvorrichtung einer Brennkraftmaschine Technisches Gebiet
[0001 ] Die Erfindung betrifft eine Ansaugvorrichtung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer Primäransaugleitung und einer Sekundäransaugleitung zum Ansaugen von Verbrennungsluft.
Stand der Technik
[0002] Aus der DE 10 2006 016 433 A1 ist eine Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Primäransaugleitung und einer Sekundäransaugleitung bekannt. Eine Ansaugstelle der Primäransaugleitung zum Ansaugen von Außenluft befindet sich an der Außenseite des Kraftfahrzeugs. Eine Ansaugstelle der Sekundäransaugleitung ist im Motorraum angeordnet. Zwischen der Primäransaugleitung und der Sekundäransaugleitung ist ein Umschaltventil vorgesehen. Um einen Wassereintritt über die Primäransaugleitung zu vermeiden, ist das Umschaltventil bei einem Geländebetrieb betätigt. Es wird also entweder die Primäransaugleitung oder die Sekundäransaugleitung geöffnet, um Verbrennungsluft anzusaugen. Insbesondere im Winterbetrieb oder in kalten Regionen kann es vorkommen, dass auch außerhalb des Geländebetriebs beim normalen Straßenbetrieb des Kraftfahrzeugs ein Verschluss der Primäransaugleitung insbesondere durch Schnee oder Vereisung erfolgt. Dies kann mit der bekannten Ansaugvorrichtung nicht erkannt werden. Der Brennkraftmaschine wird dann über die Primäransaugleitung nicht mehr genügend Verbrennungsluft zugeführt, um den Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten - der Motor "stirbt ab".
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansaugvorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass der Betrieb der Brennkraftmaschine einfach und zuverlässig auch bei einem Verschluss der Primäransaugleitung gewährleistet ist.
Offenbarung der Erfindung
[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Primäransaugleitung in eine Primäreinlasskammer eines Luftfiltergehäuses mündet, die Sekundäransaugleitung in eine Sekundäreinlasskammer des Luftfiltergehäuses mündet und die Sekundäransaugleitung im Vergleich zur Primäran- saugleitung in Form und/oder Größe so ausgestaltet ist, dass im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine das Durchlassvermögen der Sekundäransaugleitung im Verhältnis zum Durchlassvermögen der Primäransaugleitung so gering ist, dass die über die Sekundäransaugleitung angesaugte Sekundär- verbrennungsluft einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Leistung der Brenn kraftmasch ine hat, und dass im Fall eines Verschlusses der Primäransaugleitung das Durchlassvermögen der Sekundäransaugleitung ausreicht, um die Brennkraftmaschine mit einem zum Betrieb notwendigen Mindest- Verbrennungsluftmassenstrom zu versorgen.
Erfindungsgemäß ist also die Sekundäransaugleitung so ausgestaltet, dass sie beim Verschluss der Primäransaugleitung, insbesondere bei Schneebewurf, als Bypassleitung zum Ansaugen von Sekundärverbrennungsluft genutzt wird, ohne dass ein separates Umschaltventil erforderlich ist. Der Verzicht auf ein Umschaltventil wirkt sich positiv auf die Kosten, den Verschleiß und die Zuverlässigkeit der Ansaugvorrichtung aus. Durch den Verzicht auf ein Umschaltventil kann auch der Ort für eine Sekundäransaugstelle der Sekundäransaugleitung im Wesentlichen frei gewählt werden. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Ansaugvorrichtung muss die Sekundäransaugstelle entweder direkt an ein Luftfiltergehäuse angeordnet sein oder es sind zusätzliche bauliche Maßnahmen erforderlich, insbesondere müssen zusätzliche Leitungen verlegt werden. Im Normalbetrieb sind sowohl die Primäransaugleitung als auch die Sekundäransaugleitung zur Ansaugen von Verbrennungsluft offen, so dass die Eigenschaften, insbesondere Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit, der der Brennkraftmaschine zugeführten Ge- samtverbrennungsluft durch die Mischung der Primärverbrennungsluft aus der Primäransaugleitung und der Sekundärverbrennungsluft aus der Sekundäransaugleitung bestimmt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Ausgestaltung der Primäransaugleitung und der Sekundäransaugleitung in Form und/oder Größe wird im Normalbetrieb der maßgebliche Anteil der Gesamt- verbrennungsluft über die Primäransaugleitung angesaugt. Die Eigenschaften der der Brennkraftmaschine zugeführten Gesamtverbrennungsluft wird dann durch die Primärverbrennungsluft bestimmt. Der Einfluss des verhältnismäßig geringen Luftmassenstroms der Sekundärverbrennungsluft ist da- bei vernachlässigbar klein. Die Primäransaugleitung ist so ausgestaltet, dass sie der Brennkraftmaschine Primärverbrennungsluft mit Eigenschaften zuführt, die für einen Verbrennungsprozess und somit die Leistungsentfaltung der Brennkraftmaschine optimal sind. Durch die Sekundäransaugleitung wird hingegen Sekundärverbrennungsluft mit Eigenschaften zugeführt, die für die Verbrennung zwar nicht optimal sein müssen, aber bei einem Verschluss der Primäransaugleitung für die Aufrechterhaltung des Betriebs der Brennkraftmaschine ausreichen Vorzugsweise münden die Primäransaugleitung und die Sekundäransaugleitung auf der Rohluftseite eines Filterelements in das Filtergehäuse. Mit dem Filterelement erfolgt die Filtrierung der angesaugten Verbrennungsluft. Dadurch, dass die Sekundäransaugleitung in eine Sekundäreinlasskammer des Luftfiltergehäuses mündet, werden die Eigenschaften der der Brenn kraftmasch ine zur Verfügung gestellten Gesamtverbren- nungsluft im Normalbetrieb und auch im Fall des Verschlusses der Primäransaugleitung in Bezug auf die Verbrennung optimiert. Die Unterteilung des Rohluftbereichs in eine Primäreinlasskammer und eine Sekundäreinlasskammer verhindert, dass Schnee, Eis oder Schmutz in den Bereich der Se- kundärluftansaugung gelangt und das Filterelement verblockt. Durch die aneinander angepassten Ausgestaltungen der Sekundäransaugleitung im Vergleich zur Primäransaugleitung in Verbindung mit der Primäreinlasskammer und der Sekundäreinlasskammer kann außerdem über die Sekundäransaugleitung ein Unterdruck im Luftfiltergehäuse abgebaut werden, der beim Verschluss der Primäransaugleitung insbesondere durch Schnee, Eis und/oder Schmutz entstehen kann. So kann verhindert werden, dass der Schnee, das Eis oder der Schmutz aus der Primäransaugleitung in das Luftfiltergehäuse gesaugt wird und das Filterelement verschmutzt oder beschädigt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann eine Sekundäransaugstelle der Sekundäransaugleitung vor äußeren Einflüssen, welche zum Verschluss des Sekundäransaugleitung führen können, insbesondere Schnee, Wasser und/oder Schmutz, geschützt angeordnet sein. Auf diese Weise ist zumindest ein Notbetrieb der Brennkraftmaschine weitestgehend unabhängig von äußeren Einflüssen. Die Sekundäransaugstelle kann insbesondere in einem Motorraum angeordnet sein, der ohnehin geschützt ist. [0007] Vorteilhafterweise kann die Sekundäransaugstelle an einem Ort angeordnet sein, an dem die dort angesaugte Sekundärverbrennungsluft eine Temperatur größer als 0 °C, insbesondere etwa 80 °C, aufweist, die ausreicht, um eine Belastung der Sekundäransaugleitung mit Schnee und/ oder Eis zu verhindern. Insbesondere im Motorraum herrschen beim Betrieb der Brennkraftmaschine derartige Temperaturen.
[0008] Vorzugsweise kann die Form und/oder die Größe, insbesondere die Länge und/oder der Querschnitt, der Sekundäransaugleitung so vorgegeben sein, dass im Normalbetrieb ein Sekundärdruckverlust in der Sekundäransaugleitung im Vergleich zu einem Gesamtdruckverlust in der Ansaugvorrichtung so groß ist, dass ein Ansaugen von Sekundärverbrennungsluft über die Sekundäransaugleitung nahezu verhindert wird. Die Druckverluste können einfach ermittelt werden und zur Vorgabe der Form und/oder der Größe der Sekundäransaugleitung herangezogen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0009] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:
Figur 1 schematisch eine Ansaugvorrichtung mit einem Luftfilter einer
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Primäransaugleitung und einer Sekundäransaugleitung;
Figur 2 schematisch in einem Diagramm einen Gesamtdruckverlust in der Ansaugvorrichtung aus Figur 1 , einen Sekundärdruckverlust in der Sekundäransaugleitung und einen Sekundär-Luftmassen- strom durch die Sekundäransaugleitung in Abhängigkeit von einem Gesamt-Luftmassenstrom durch die Ansaugvorrichtung bei offener Primäransaugleitung;
Figur 3 schematisch in einem Diagramm eine Temperaturänderung im
Gesamt-Luftmassenstrom und den Sekundärdruckverlust in Ab- hängigkeit von dem Gesamt-Luftmassenstrom durch die Ansaugvorrichtung aus der Figur 1 bei offener Primäransaugleitung;
Figur 4 schematisch in einem Diagramm den Gesamtdruckverlust in Abhängigkeit von dem Gesamt-Luftmassenstrom durch die Ansaugvorrichtung aus Figur 1 bei verschlossener Primäransaugleitung.
[0010] In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
[001 1 ] In Figur 1 ist eine Ansaugvorrichtung 10 für Verbrennungsluft einer ansonsten nicht gezeigten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die der Brenn kraftmasch ine zugeführte Verbrennungsluft wird im Folgenden der besseren Unterscheidung als Gesamtverbrennungsluft bezeichnet.
[0012] Die Ansaugvorrichtung 10 umfasst einen Luftfilter 12 mit einen Luftfiltergehäuse 14, in dem ein Filterelement 16 zur Filtrierung der Gesamtverbrennungsluft angeordnet ist. Das Filterelement 16 umfasst ein Filtermedium aus einem anisotropen, porösen Material.
[0013] Das Filterelement 16 trennt eine Primäreinlasskammer 18 auf der Rohluftseite des Filterelements 16 dicht von einer Auslasskammer 20 auf der Reinluftseite. Die Primäreinlasskammer 18 grenzt unmittelbar an das Filterelement 16 an.
[0014] Von der Auslasskammer 20 führt eine Reinluftleitung 22 zur Brennkraftmaschine.
[0015] Die Ansaugvorrichtung 10 umfasst eine Primäransaugleitung 24 zum Ansaugen von Primärverbrennungsluft und eine Sekundäransaugleitung 26 zum Ansaugen von Sekundärverbrennungsluft.
[0016] Eine Primäransaugstelle 28 der Primäransaugleitung 24 befindet sich außerhalb des Kraftfahrzeugs, so dass möglichst kühle Frischluft angesaugt werden kann. Mit der frischen Primärverbrennungsluft wird eine optimale Leistungsentfaltung der Brennkraftmaschine erreicht. Die Primäransaugleitung 24 mündet direkt in die Primäreinlasskammer 18.
[0017] Eine Sekundäransaugstelle 30 der Sekundäransaugleitung 26 ist vor äußeren Einflüssen, welche zum Verschluss des Sekundäransaugleitung 26 füh- ren können, insbesondere Schnee, Wasser und/oder Schmutz, geschützt im Motorraum angeordnet. Im Motorraum herrschen beim Betrieb der Brennkraftmaschine auch in kalten Regionen in der Regel Temperaturen größer als 0 °C. An der Sekundäransaugstelle 30 wird die Sekundärverbrennungsluft mit einer Temperatur von beispielsweise etwa 80 °C angesaugt. Die angesaugte Warmluft verhindert eine Belastung der Sekundäransaugleitung 26 mit Schnee und Eis.
[0018] Die Sekundäransaugleitung 26 mündet in eine Sekundäreinlasskammer 32 des Luftfiltergehäuses 14, die von der Primäreinlasskammer 18 getrennt ist. Die Sekundäreinlasskammer 32 grenzt auf der Rohseite des Filterelements 16 direkt an dieses an. Die warme Sekundärverbrennungsluft aus der Sekundäransaugleitung 26 gelangt zunächst in die Sekundäreinlasskammer 32. Sie wird von dort durch das Filterelement 16 gesaugt und filtriert und gelangt in die Auslasskammer 20, von wo aus sie über die Reinluftleitung 22 der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
[0019] Die Sekundäransaugleitung 26 hat einen wesentlich kleineren Querschnitt als die Primäransaugleitung 24, so dass im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine das Durchlassvermögen der Sekundäransaugleitung 26 im Verhältnis zum Durchlassvermögen der Primäransaugleitung 24 so gering ist, dass die über die Sekundäransaugleitung 26 angesaugte warme Sekundärverbrennungsluft einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Leistungsentfaltung der Brennkraftmaschine hat. Weiter unten in Verbindung mit der Figur 3 wird näher erläutert, dass im Normalbetrieb die Erwärmung der der Brennkraftmaschine zugeführten Gesamtverbrennungsluft durch die Sekundärverbrennungsluft vernachlässigbar klein ist. Die Form und Größe der Sekundäransaugleitung 26 ist abhängig von den Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine, insbesondere deren Leistungscharakteristik und dem Bedarf an Gesamtverbrennungsluft, vorgegeben. Die Länge und der Querschnitt der Sekundäransaugleitung 26 sind dazu so aufeinander und auf das Durchlassvermögen der Primäransaugleitung 24 abgestimmt, dass im Normalbetrieb, wie in Figur 2 schematisch gezeigt, ein Sekundärdruckverlust dpsek in der Sekundäransaugleitung 26 im Vergleich zu einem Gesamtdruckverlust dptot in der Ansaugvorrichtung 10 so groß ist, dass eine Ansaugen von Verbrennungsluft über die Sekundäransaugleitung 26 nahezu verhindert wird.
[0020] Andererseits sind die Abmessungen der Sekundäransaugleitung 26 im Vergleich zur Primäransaugleitung 24 so gewählt, dass im Fall eines Verschlusses der Primäransaugleitung 24, beispielsweise bei Schneebefall, das Durchlassvermögen der Sekundäransaugleitung 26 ausreicht, um die Brennkraft- ma s c h i n e m i t e i n e m z u m Betrieb notwendigen Mindest-Verbren- nungsluftmassenstrom zu versorgen. Dies wird weiter unten in Verbindung mit Figur 4 näher erläutert. Über die Sekundäransaugleitung 26 kann außerdem ein Unterdruck im Luftfiltergehäuse 14 abgebaut werden, der beim Verschluss der Primäransaugleitung 24 insbesondere durch Schnee, Eis und/ oder Schmutz entstehen kann. So kann verhindert werden, dass der Schnee, das Eis und der Schmutz aus der Primäransaugleitung 24 in das Luftfiltergehäuse 14 gesaugt und das Filterelement 16 verschmutzt oder beschädigt wird.
[0021 ] Das Diagramm in Figur 2 zeigt beispielhaft bei offener Primäransaugleitung 24 den Gesamtdruckverlust dptot (mittlere Kurve) und den Sekundärdruckverlust dpsek (untere Kurve) in Abhängigkeit von einem Gesamt- Luftmassenstrom m*tot durch die Ansaugvorrichtung 10 in verschiedenen Teillastbereichen der Brennkraftmaschine. Die Druckverluste dptot und dpsek sind in der Figur 2 auf der linken vertikalen Ordinatenachse in Millibar (mbar) abgetragen. Der Gesamt-Luftmassenstrom m*tot, der bei der beispielhaft verwendeten Anordnung zwischen etwa 80 kg/h und 760 kg/h beträgt, ist auf der horizontal verlaufenden Abszissenachse in Kilogramm pro Stunde (kg/h) abgetragen. Die Druckverluste dptot und dpsek nehmen mit zunehmendem Gesamt-Luftmassenstrom m*tot jeweils progressiv zu. Der Gesamtdruckverlust dptot nimmt Werte zwischen etwas über 0 mbar und etwa 15 mbar an. Der Sekundärdruckverlust dpsek nimmt Werte zwischen etwas über 0 mbar und etwa 3 mbar an.
[0022] Des Weiteren ist in dem Diagramm aus Figur 2 die Abhängigkeit eines Se- kundär-Luftmassenstroms m*sek durch die Sekundäransaugleitung 26 (obere Kurve) von dem Gesamt-Luftmassenstrom m*tot gezeigt. Der Sekundär- Luftmassenstrom m*sek ist in Figur 2 auf der rechten vertikalen Ordinaten- achse in kg/h abgetragen. Der Sekundär-Luftmassenstrom m*sek nimmt mit zunehmendem Gesamt-Luftmassenstrom m*tot zu. Er nimmt Werte zwischen etwa 2,5 kg/h und etwa 25 kg/h ein. In Figur 2 ist dargestellt, dass beispielsweise bei einem Gesamt-Luftmassenstrom m*tot von etwa 760 kg/h ein Sekundär-Luftmassenstrom m*sek von lediglich etwa 25 kg/h durch die Sekundäransaugleitung 26 angesaugt wird . Der Anteil des Sekundär-Luft- massenstroms m*sek beträgt etwa ein Dreißigstel des Gesamt-Luftmassen- stroms m*tot. Die Beimischung erwärmter Sekundärverbrennungsluft zu der Primärverbrennungsluft wird im Normalbetrieb also nahezu verhindert.
[0023] Das Diagramm aus der Figur 3 zeigt beispielhaft bei offener Primäransaugleitung 24 eine Temperaturänderung dT (obere Kurve) der Gesamtverbren- nungsluft und den Sekundär-Luftmassenstrom m*sek (untere Kurve) in Abhängigkeit von dem Gesamt-Luftmassenstrom m*tot in den in Figur 2 gezeigten Teillastbereichen der Brennkraftmaschine. Die Temperaturänderung dT ist in Figur 3 auf der linken vertikalen Ordinatenachse in Kelvin (K) abgetragen. Der Sekundär-Luftmassenstrom m*sek ist auf der rechten vertikalen Ordinatenachse in kg/h abgetragen. Der Gesamt-Luftmassenstrom m*tot in kg/h ist auf der horizontal verlaufenden Abszissenachse abgetragen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Temperatur der Sekundärverbrennungsluft etwa 80 °C. Die Temperatur der Primärverbrennungsluft beträgt etwa 20 °C. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass die Temperaturänderung dT Werte zwischen etwa 1 , 15 K und etwa 1 ,75 K annimmt. Unter anderen Rahmenbedingungen, beispielsweise wenn die Sekundärverbrennungsluft eine Temperatur von weniger als 80 °C hat, können auch Temperaturänderungen dT der Gesamtverbrennungsluft von weniger als 1 ,15 K erreicht werden.
[0024] Das Diagramm aus Figur 4 zeigt beispielhaft einen Gesamtdruckverlust dptot* in Abhängigkeit von dem Gesamt-Luftmassenstrom m*tot bei verschlossener Primäransaugleitung 24. Der Gesamtdruckverlust dptot* ist in der Figur 4 auf der linken vertikalen Ordinatenachse in mbar abgetragen. Der Gesamt-Luftmassenstrom m*tot ist auf der horizontal verlaufenden Abszissenachse in kg/h abgetragen. Der Gesamtdruckverlust dptot* nimmt mit zunehmendem Gesamt-Luftmassenstrom m*tot progressiv zu. Bei dem Ge- samt-Luftmassenstrom m*tot von etwa 80 kg/h beträgt der Gesamtdruckver- lust dptot* etwa 78,3 mbar. Es hat sich gezeigt, dass in der beschriebenen Ausführungsform ein Gesamtdruckverlust dptot* von bis zu 250 mbar realisiert werden kann, ohne dass die Brennkraftmaschine„abstirbt".
[0025] Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen einer Ansaugvorrichtung 10 sind unter anderem folgende Modifikationen möglich:
[0026] Die Erfindung ist nicht beschränkt auf eine Ansaugvorrichtung 10 von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen. Vielmehr kann sie auch bei andersartigen Brennkraftmaschinen, beispielsweise bei Industriemotoren, eingesetzt werden.
[0027] Statt in der Länge und im Querschnitt kann die Sekundäransaugleitung 26 zur Realisierung der erfindungsgemäßen Funktion auch in andersartiger Weise in Form und/oder in Größe unterschiedlich zur Primäransaugleitung 24 ausgestaltet sein.
[0028] Auf die Sekundäreinlasskammer 32 kann je nach Ausgestaltung der Sekundäransaugleitung 26 und/oder der Bauart der Brennkraftmaschine und/oder den Betriebsbedingungen auch verzichtet werden. Die Sekundäransaugleitung 26 kann dann in die Primäreinlasskammer 18 führen.
[0029] Das Filtermedium des Filterelements 16 kann statt aus einem anisotropen, porösen Material aus einem andersartigen zu filtrieren von Luft geeigneten Material sein.
[0030] Die Temperatur der Sekundärverbrennungsluft kann auch kleiner oder größer als 80 °C sein.
[0031 ] Die Primärverbrennungsluft kann auch deutlich wärmer oder kälter als 20 °C sein.
[0032] Der Anteil des Sekundär-Luftmassenstroms m*sek bei offener Primäransaugleitung 24 kann auch mehr oder weniger als ein Dreißigstel des Gesamt- Luftmassenstroms m*tot betragen.
[0033] Der Gesamt-Luftmassenstrom m*tot kann auch weniger als 80 kg/h oder mehr als 760 kg/h betragen. Die Werte für den Gesamtdruckverlust dptot, den Sekundärdruckverlust dpsek und den Sekundär-Luftmassenstrom m*sek können beispielsweise abhängig von der Art der Brennkraftmaschine und/oder den Umgebungsbe- dingungen und/ oder der Ausgestaltung der Ansaugvorrichtung 10 auch größer oder kleiner sein.

Claims

Ansprüche
Ansaugvorrichtung (10) einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer Primäransaugleitung (24) und einer Sekundäransaugleitung (26) zum Ansaugen von Verbrennungsluft, wobei die Primäransaugleitung (24) in eine Primäreinlasskammer (18) eines Luftfiltergehäuses (14) mündet, die Sekundäransaugleitung (26) in eine Sekundäreinlasskammer (32) des Luftfiltergehäuses (14) mündet und die Sekundäransaugleitung (26) im Vergleich zur Primäransaugleitung (24) in Form und/oder Größe so ausgestaltet ist, dass im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine das Durchlassvermögen der Sekundäransaugleitung (26) im Verhältnis zum Durchlassvermögen der Primäransaugleitung (24) so gering ist, dass die über die Sekundäransaugleitung (26) angesaugte Sekundärver- brennungsluft einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Leistung der Brennkraftmaschine hat, und dass im Fall eines Verschlusses der Primäransaugleitung (24) das Durchlassvermögen der Sekundäransaugleitung (26) ausreicht, um die Brennkraftmaschine mit einem zum Betrieb notwendigen Mindest-Verbrennungs- luftmassenstrom zu versorgen.
Ansaugvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Sekundäransaugstelle (30) der Sekundäransaugleitung (26) vor äußeren Einflüssen, welche zum Verschluss des Sekundäransaugleitung (26) führen können, insbesondere Schnee, Wasser und/oder Schmutz, geschützt angeordnet ist.
Ansaugvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäransaugstelle (30) an einem Ort angeordnet ist, an dem die dort angesaugte Sekundärverbrennungsluft eine Temperatur größer als 0 °C, insbesondere etwa 80 °C, aufweist, die ausreicht, um eine Belastung der Sekundäransaugleitung (26) mit Schnee und/oder Eis zu verhindern.
Ansaugvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und/oder die Größe, insbesondere die Länge und/oder der Querschnitt, der Sekundäransaugleitung (26) so vorgegeben ist, dass im Normalbetrieb ein Sekundärdruckverlust (dpsek) in der Sekundäransaugleitung (26) im Vergleich zu einem Gesamtdruckverlust (dptot) in der Ansaugvorrichtung (10) so groß ist, dass ein Ansaugen von Sekundärverbrennungsluft über die Sekundäransaugleitung (26) nahezu verhindert wird.
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