EP2769075A1 - Anordnung einer luftversorgungseinrichtung an einem zylinderkopf für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Anordnung einer luftversorgungseinrichtung an einem zylinderkopf für eine verbrennungskraftmaschine

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EP2769075A1
EP2769075A1 EP12756112.4A EP12756112A EP2769075A1 EP 2769075 A1 EP2769075 A1 EP 2769075A1 EP 12756112 A EP12756112 A EP 12756112A EP 2769075 A1 EP2769075 A1 EP 2769075A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder head
air
internal combustion
combustion engine
suction device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12756112.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen HÄFNER
Cecile Jecker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2769075A1 publication Critical patent/EP2769075A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10209—Fluid connections to the air intake system; their arrangement of pipes, valves or the like
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
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    • F02M35/10288—Air intakes combined with another engine part, e.g. cylinder head cover or being cast in one piece with the exhaust manifold, cylinder head or engine block
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    • F02M35/16—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines characterised by use in vehicles
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of an air supply device on a
  • DE 44 03 219 A1 discloses a pre-fabricable as a module intake module for a multi-cylinder internal combustion engine, are integrated in the injectors, which is flanged to a cylinder head of the engine and a split housing with a lower part, a sealingly connected to this upper part and at least one Having air inlet.
  • the air inlet is connected via an intake duct with several air pipes with outlet openings.
  • the injection valves are within the housing adjacent to the in the air pipes
  • Outlet openings of the air pipes arranged. It is provided that in the housing an intake air filter between a raw air side and a clean air side is arranged and the clean air side of the intake duct together with Lucassammeikanal and at least away from this leading pipe sections of the air pipes are formed in the upper part of the housing.
  • the air supply devices each comprise an intake device for distributing air to the combustion engine to be supplied to combustion chambers of the internal combustion engine and a compressor for compressing the air.
  • the compressor is via an air duct element fluidly connected to the suction device, so that air between the
  • Suction and the compressor can flow.
  • Patent claim 1 solved.
  • Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
  • the air supply device comprises a
  • the suction device is used for distribution of the suction
  • Internal combustion engine to be supplied air to combustion chambers, in particular cylinders of the internal combustion engine.
  • the air supply device further comprises a compressor, for example, an exhaust gas turbocharger, by means of which the air to be supplied to the internal combustion engine is to be compressed.
  • the compressor is fluidly connected via an air line element with the suction device. For example, compressed air can flow from the compressor to the suction device, which can then distribute the compressed air to the combustion chambers.
  • Air supply device starting from the on an air side of the
  • the intermediate space while the cylinder head is at least partially arranged This means that, for example, a cylinder head cover of the cylinder head and / or at least one other partial area of the cylinder head is arranged in the intermediate space.
  • the particularly compact arrangement leads to the solution and / or to avoid package problems, in particular in a space-critical area such as an engine compartment of the motor vehicle.
  • the very short line lengths lead to particularly small
  • the arrangement according to the invention also has only a very small number of parts, in particular for guiding the air and for connecting the components of the
  • Air supply device d. H. the suction device, the compressor and the air duct element. This results in particularly low costs and low weight of the arrangement according to the invention.
  • the small number of parts also leads to a very small number of interfaces, so that the arrangement only small
  • the compressor, the air duct element and the suction device extend, for example, at least substantially arcuately over the cylinder head.
  • the connecting flanges or the planes are inclined relative to one another.
  • a third connecting flange of the suction device via which the suction device with cylinder head is at least indirectly connected, and / or fourth connecting flange of an exhaust gas of the internal combustion engine to be driven and the compressor driving turbine of the exhaust gas turbocharger, via which the turbine at least indirectly with the cylinder head can be connected or connected, arranged in respective other levels, with the other levels, in particular in the vertical direction of the internal combustion engine at the top, to extend towards each other.
  • the first connecting flange of the cylinder head is referred to as an inlet flange, via which the internal combustion engine air is supplied.
  • the second connecting flange of the cylinder head is referred to as an inlet flange, via which the internal combustion engine air is supplied.
  • Connecting flange of the cylinder head is also referred to as exhaust flange, via which exhaust of the internal combustion engine off and, for example, the turbine of the exhaust gas turbocharger is supplied.
  • This exhaust gas turbocharger may be associated with the compressor, which is to be driven by the turbine by means of exhaust gas from the internal combustion engine. Due to the inclination of the outlet flange and the inlet flange against each other can be a very short
  • Line length of the exhaust gas turbocharger on the outlet side (exhaust flange) at least substantially directly on the cylinder head to the intercooler on the inlet side (inlet flange) are realized at least directly on the cylinder head. This benefits the low space requirement of the arrangement.
  • a cooling device in particular a charge air cooler, is integrated in the suction device for cooling the compressed air by means of the compressor.
  • the cooling device serves to increase the degree of charge of the air, since it cools the compressed and thus heated air again.
  • Cooling device in the suction device the suction device on a particularly high functional integration, which keeps their number of parts, their weight and their costs low.
  • this integration allows the presentation of a particular simple and therefore time- and cost-effective installation, since the suction device and possibly the associated with her air duct element and / or compressor pre-assembled as a module component and mounted as a pre-assembled module component time and cost on the cylinder head, that can be attached or can.
  • the pre-assembly of the module component can at least partially coincide in time with the assembly of the cylinder head and the rest of the internal combustion engine, so that the entire internal combustion engine can be produced in a short time and thus cost.
  • the air duct element comprises a throttle element with a throttle valve and an actuator for actuating the throttle valve.
  • a cross section which can be flowed through by the air supplied to the internal combustion engine can be variably adjusted.
  • the air duct element has a very high modularity and a high functional integration, which keeps the weight, the number of parts and the costs low.
  • the air duct element comprises a
  • Silencer flows through the air and serves to dampen noise, so that the internal combustion engine has a very good noise behavior. This benefits the ride comfort for occupants of the motor vehicle.
  • an oil separator is integrated into the suction device.
  • the oil separator serves to separate an oil component of an oil-gas mixture from a gas component of the mixture.
  • blow-by gas which comprises the oil-gas mixture
  • the oil separator then separates the oil content at least predominantly from the gas content.
  • the oil content can then be returned to an oil circuit of the internal combustion engine.
  • the gas may be an intake tract, in particular the air duct element, and above the
  • a cylinder head cover is integrated into the suction device, by means of which the cylinder head is at least partially covered.
  • parts of the housing in particular the upper housing part with the lower housing part by a screwing and / or welding, and / or bonding and / or riveting are connected to each other, and / or these parts are at least partially integral with each other.
  • connection technologies a particularly permanently tight and easy connection of the housing parts with each other can be achieved.
  • housing parts made of plastics can be at least partially dispensed with welding of these parts to metallic fasteners.
  • the total weight of the assembly can be kept small.
  • Fig. 1 is a schematic front view of an air supply device for
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of the air supply device according to
  • Figs. 1 and 2 show an air supply device 10 which is formed on a cylinder head of, for example, a reciprocating internal combustion engine
  • FIGs. 1 and 2 show the
  • Air supply device 10 while in its installed position, in which the
  • Air supply device 10 is at least substantially located in its associated with the cylinder head or held on this state.
  • the air supply device 10 comprises a compressor 12 of an exhaust gas turbocharger.
  • the compressor 12 By means of the compressor 12, the internal combustion engine to be supplied with air to be compressed.
  • the exhaust gas turbocharger comprises a turbine which can be driven by exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas turbocharger and thus the compressor 12 is arranged on an outlet side 14 of the cylinder head, not shown in FIGS. 1 and 2.
  • exhaust gas flows out of the internal combustion engine via the cylinder head.
  • the exhaust side 14 is also referred to as the exhaust side.
  • the air supply device 10 further comprises an air duct element 16, by means of which the compressed air from the compressor 12 on an inlet side 18 of the
  • the inlet side 18 becomes also referred to as suction or air side.
  • the air duct element 16 comprises a noise damper 20, which is fluidically connected to the compressor 12.
  • the air duct element 16 further comprises a throttle plate 22 with a throttle valve 24.
  • the throttle plate 22 is fluidly connected to the noise damper 20, so that the air from the noise damper 20 in the throttle valve actuator 22 on or can flow through this.
  • the throttle valve 24 serves to variably adjust a flow cross-section 26 through which the air can flow. So can
  • the air supply device 10 further comprises an intake device 28, which is arranged at least substantially on the inlet side 18 of the cylinder head and thus of the internal combustion engine.
  • the suction device 28 comprises an upper housing part 30 and one with the upper housing part 30 via respective ones
  • the suction device 28 which is also referred to as a suction module, also has a charge air distributor 42, by means of which the compressed air is divided into combustion chambers designed as cylinders of the internal combustion engine. In other words, the air can flow from the receiving space 38 via the charge air distributor 42 into the combustion chambers (cylinders) of the internal combustion engine.
  • the suction device 28 has a connection piece 44.
  • the suction device 28 For fluidically connecting the suction device 28 With the cylinder head or with the combustion chambers, the suction device 28 has a first connecting flange, which is arranged in a first plane 48. This corresponds to a second connecting flange of the cylinder head, over which the
  • Suction device 28 is connected via the first connecting flange with the cylinder head or connectable.
  • the second connecting flange of the cylinder head is arranged in a second plane, which extends at least substantially parallel to the first plane 48.
  • the turbine For fluidically connecting the turbine with the cylinder head or with the combustion chambers, so that the exhaust gas can be supplied to the turbine, the turbine has a third connecting flange, which is arranged in a third plane 50. This corresponds to a fourth connecting flange of the cylinder head, via which the cylinder head can be connected to the turbine via the third connecting flange.
  • the fourth connection flange is arranged in a fourth plane, which extends at least substantially parallel to the third plane 50.
  • the planes 48, 50 extend toward one another in the vertical direction of the cylinder head and thus of the internal combustion engine relative to the installation position of the air supply device 10.
  • the planes 48, 50 are inclined towards each other or towards each other.
  • the third plane and the fourth plane of the cylinder head which are inclined relative to each other according to the levels 48, 50 such that they extend towards each other in the vertical direction of the cylinder head towards each other. Due to this tendency of
  • the length of the air duct by means of the air duct element 16 can be kept very low.
  • the air supply device 10 held on the cylinder head extends from the suction device 28 arranged on the inlet side 18 of the cylinder head via the air duct element 16 to the compressor 12 arranged on the exhaust side 14 of the cylinder head over the cylinder head forming a limited by the suction device 28, the air duct element 16 and the compressor 12 intermediate space 52.
  • the intermediate space while the cylinder head can be at least partially arranged. So is a very compact Arrangement represented, whereby package problems can be solved and / or avoided, especially in a space-critical area such as an engine compartment of the motor vehicle.
  • the suction device 28 on the cylinder head are screws 54, 56, which are screwed into the cylinder head.
  • the screws 54 also serve to connect the upper housing part 30 with the lower housing part 34.
  • the screws 54 pass through respective through openings of the upper housing part 30 and the lower housing part 34 and are screwed into the cylinder head.
  • the upper housing part 30 is clamped to the lower housing part 34.
  • the upper housing part 30 are connected to the lower housing part 34 by a screw, a weld, a bond and / or riveting together, and / or that these parts are at least partially integral with each other.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Luftversorgungseinrichtung (10) an einem Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, bei welcher die Luftversorgungseinrichtung (10) eine Ansaugeinrichtung (28) zur Verteilung von der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft an Brennräume der Verbrennungskraftmaschine und einen Verdichter (12) zum Verdichten der Luft umfasst, welcher über ein Luftleitungselement (16) fluidisch mit der Ansaugeinrichtung (28) verbunden ist, wobei sich die am Zylinderkopf gehaltene Luftversorgungseinrichtung (10) von der auf einer Luftseite (18) des Zylinderkopfes angeordneten Ansaugeinrichtung (28) über das Luftleitungselement (16) zu dem auf einer Abgasseite (14) des Zylinderkopfes angeordneten Verdichter (12) über den Zylinderkopf hinweg unter Ausbildung eines von der Ansaugeinrichtung (28), dem Luftleitungselement (16) und dem Verdichter (12) begrenzten Zwischenraum (52) erstreckt, in welchem der Zylinderkopf zumindest teilweise angeordnet ist.

Description

Anordnung einer Luftversorgungseinrichtung an einem Zylinderkopf für eine
Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Luftversorgungseinrichtung an einem
Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1.
Die DE 44 03 219 A1 offenbart ein als Baueinheit vorfertigbares Saugmodul für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, in dem Einspritzventile integriert sind, das an einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine anflanschbar ist und das ein geteiltes Gehäuse mit einem Unterteil, einem abdichtend mit diesem verbundenen Oberteil und mindestens einem Lufteinlass aufweist. Der Lufteinlass ist über einen Ansaugkanal mit mehreren Luftrohren mit Auslassöffnungen verbunden. Zur Kraftstoffeinspritzung sind in den Luftrohren die Einspritzventile innerhalb des Gehäuses benachbart zu den
Auslassöffnungen der Luftrohre angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass im Gehäuse ein Ansaugluftfilter zwischen einer Rohluftseite und einer Reinluftseite angeordnet ist und der reinluftseitige Teil des Ansaugkanals nebst Luftsammeikanal und mindestens von diesem wegführende Rohrabschnitte der Luftrohre im Oberteil des Gehäuses eingeformt sind.
Aus der DE 37 30 817 C2 ist eine Zylinderkopfhaube mit Saugrohranlage für eine
Brennkraftmaschine der Viertakt-Hubkolben-Bauart bekannt, die eine Baueinheit bilden. Die Zylinderkopfhaube dieser Baueinheit ist unter Vermittlung einer Dichtung sowie von Schrauben an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gehalten. Dabei ist vorgesehen, dass die Schraubenköpfe in koaxial angeordnete Befestigungsschrauben eingedreht sind, die den mehrteiligen Zylinderkopf in Lage halten.
Darüber hinaus sind aus dem Serienbau von Kraftwagen derartige Anordnungen von Luftversorgungseinrichtungen an korrespondierenden Zylinderköpfen von
Verbrennungskraftmaschinen bekannt, bei welchen die Luftversorgungseinrichtungen jeweils eine Ansaugeinrichtung zur Verteilung von der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft an Brennräume der Verbrennungskraftmaschine und einen Verdichter zum Verdichten der Luft umfassen. Der Verdichter ist dabei über ein Luftleitungselement fluidisch mit der Ansaugeinrichtung verbunden, so dass Luft zwischen der
Ansaugeinrichtung und dem Verdichter strömen kann.
Diese bekannten Anordnungen weisen einen unerwünscht hohen Bauraumbedarf auf, was zu Package-Problemen insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie in einem Motorraum eines Kraftwagens führen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung einer
Luftversorgungseinrichtung an einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Anordnung einen besonders geringen Bauraumbedarf aufweist,
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung einer Luftversorgungseinrichtung an einem Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Bei einer solchen Anordnung einer Luftversorgungseinrichtung an einem Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens und insbesondere eines Personenkraftwagens, umfasst die Luftversorgungseinrichtung eine
Ansaugeinrichtung. Die Ansaugeinrichtung dient zur Verteilung von der
Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft an Brennräume, insbesondere Zylinder der Verbrennungskraftmaschine.
Die Luftversorgungseinrichtung umfasst ferner einen Verdichter beispielsweise eines Abgasturboladers, mittels welchem die der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft zu verdichten ist. Der Verdichter ist dabei über ein Luftleitungselement fluidisch mit der Ansaugeinrichtung verbunden. So kann beispielsweise verdichtete Luft von dem Verdichter zur Ansaugeinrichtung überströmen, die dann die verdichtete Luft auf die Brennräume verteilen kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich die am Zylinderkopf gehaltene
Luftversorgungseinrichtung ausgehend von der auf einer Luftseite der
Verbrennungskraftmaschine angeordneten Ansaugeinrichtung über das
Luftleitungselement hin zu dem auf einer Abgasseite der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Verdichter über den Zylinderkopf hinweg, d. h. in Hochrichtung oberhalb des Zylinderkopfes unter Ausbildung eines von der Ansaugeinrichtung, dem Luftleitungselement und dem Verdichter begrenzten Zwischenraum erstreckt. In dem Zwischenraum ist dabei der Zylinderkopf zumindest teilweise angeordnet. Dies bedeutet, dass beispielsweise eine Zylinderkopfhaube des Zylinderkopfes und/oder wenigstens ein anderweitiger Teilbereich des Zylinderkopfes in dem Zwischenraum angeordnet ist. Durch diese Anordnung der Luftversorgungseinrichtung und ihrer Komponenten, d. h. des Verdichters, der Ansaugeinrichtung und des Luftleitungselements ist eine sehr kompakte und bauraumgünstige Anordnung geschaffen, welche nur sehr geringe Leitungslängen, über die die Luft den Brennräumen zugeführt wird, aufweist.
Die besonders kompakte Anordnung führt zur Lösung und/oder zur Vermeidung von Package-Problemen, insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie ein Motorraum des Kraftwagens. Die nur sehr geringen Leitungslängen führen zu besonders kleinen
Ansaugvolumen, was der Dynamik, d. h. dem Ansprechverhalten und somit dem
Fahrverhalten der Verbrennungskraftmaschine zugute kommt. Aufgrund der kompakten Anordnung weist die Luftversorgungseinrichtung nur kurze Ansprechzeiten auf
Änderungen der Ansaugluftmenge, insbesondere beim Beschleunigen des Kraftwagens, auf, woraus die vorteilhafte Dynamik resultiert.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist auch eine nur sehr geringe Teileanzahl insbesondere zur Führung der Luft und zum Verbinden der Komponenten der
Luftversorgungseinrichtung, d. h. der Ansaugeinrichtung, des Verdichters und des Luftleitungselements auf. Daraus resultieren besonders geringe Kosten sowie ein geringes Gewicht der erfindungsgemäßen Anordnung. Die geringe Teileanzahl führt auch zu einer besonders geringen Anzahl an Schnittstellen, so dass die Anordnung nur geringe
Toleranzen, eine besonders gute Dichtheit sowie eine besonders hohe
Funktionserfüllungssicherheit aufweist.
Der Verdichter, das Luftleitungselement und die Ansaugeinrichtung erstrecken sich beispielsweise zumindest im Wesentlichen bogenförmig über den Zylinderkopf hinweg. Dabei kann eine zumindest im Wesentlichen kreisbogensegmentförmige, eine
anderweitige zumindest im Wesentlichen rundliche, wie auch eine zumindest im wesentlichen eckige Anordnung vorgesehen sein, welche zu dem besonders geringen Bauraumbedarf führt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind ein erster
Verbindungsflansch des Zylinderkopfes, über welchen die Ansaugeinrichtung mit dem Zylinderkopf verbunden ist, und ein zweiter Verbindungsflansch des Zylinderkopfes, über welchen Abgas von dem Zylinderkopf abführbar ist, in jeweiligen Ebenen angeordnet, welche sich, insbesondere in Hochrichtung der Verbrennungskraftmaschine nach oben hin, aufeinander zu erstrecken. Mit anderen Worten sind die Verbindungsflansche bzw. die Ebenen gegeneinander geneigt. Dadurch sind besonders kurze Leitungslängen zum Führen der Luft realisierbar, woraus ein besonders geringer Bauraumbedarf resultiert.
Alternativ oder zusätzlich kann auch ein dritter Verbindungsflansch der Ansaugeinrichtung, über welchen die Ansaugeinrichtung mit Zylinderkopf zumindest mittelbar verbunden ist, und/oder vierter Verbindungsflansch einer mittels Abgas der Verbrennungskraftmaschine anzutreibende und den Verdichter antreibende Turbine des Abgasturboladers, über welchen die Turbine zumindest mittelbar mit dem Zylinderkopf verbindbar bzw. verbunden ist, in jeweiligen weiteren Ebenen angeordnet, wobei sich die weiteren Ebenen, insbesondere in Hochrichtung der Verbrennungskraftmaschine nach oben hin, aufeinander zu erstrecken. Dies führt zu einen besonders geringen Bauraumbedarf der
erfindungsgemäßen Anordnung.
Der erste Verbindungsflansch des Zylinderkopfes wird dabei als Einlassflansch bezeichnet, über welchen der Verbrennungskraftmaschine Luft zugeführt wird. Der zweite
Verbindungsflansch des Zylinderkopfes wird auch als Auslassflansch bezeichnet, über welchen Abgas der Verbrennungskraftmaschine ab- und beispielsweise der Turbine des Abgasturboladers zugeführt wird.
Diesem Abgasturbolader kann der Verdichter zugeordnet sein, welcher von der Turbine mittels Abgas von der Verbrennungskraftmaschine anzutreiben ist. Durch die Neigung des Auslassflansches und des Einlassflansches gegeneinander kann eine sehr kurze
Leitungslänge vom Abgasturbolader auf der Auslassseite (Auslassflansch) zumindest im Wesentlichen unmittelbar am Zylinderkopf zum Ladeluftkühler auf der Einlassseite (Einlassflansch) zumindest unmittelbar am Zylinderkopf realisiert werden. Dies kommt dem geringen Bauraumbedarf der Anordnung zugute.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist in die Ansaugeinrichtung eine Kühleinrichtung, insbesondere ein Ladeluftkühler, zur Kühlung der mittels des Verdichters verdichteten Luft integriert. Die Kühleinrichtung dient zum Steigern des Aufladegrads der Luft, da sie die verdichtete und dadurch erwärmte Luft wieder kühlt. Durch die Integration der
Kühleinrichtung in die Ansaugeinrichtung weist die Ansaugeinrichtung eine besonders hohe Funktionsintegration auf, was ihre Teileanzahl, ihr Gewicht und ihre Kosten gering hält. Darüber hinaus ermöglicht diese Integration die Darstellung einer besonders einfachen und damit zeit- und kostengünstigen Montage, da die Ansaugeinrichtung und gegebenenfalls das mit ihr verbundene Luftleitungselement und/oder Verdichter als Modulbauteil vormontiert und als vormontiertes Modulbauteil zeit- und kostengünstig an dem Zylinderkopf montiert, d. h. befestigt werden kann bzw. können. Die Vormontage des Modulbauteils kann dabei zumindest teilweise zeitlich parallel einhergehen mit der Montage des Zylinderkopfes bzw. der übrigen Verbrennungskraftmaschine, so dass die gesamte Verbrennungskraftmaschine in nur kurzer Zeit und damit kostengünstig hergestellt werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Luftleitungselement ein Drosselklappenelement mit einer Drosselklappe und einem Stellglied zum Betätigen der Drosselklappe. Mittels der Drosselklappe kann ein von der der Verbrennungskraftmaschine zuzuführenden Luft durchströmbarer Querschnitt variabel eingestellt werden. Durch diese Integration weist das Luftleitungselement eine sehr hohe Modularität und eine hohe Funktionsintegration auf, was das Gewicht, die Teileanzahl und die Kosten gering hält..
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfasst das Luftleitungselement einen
Geräuschdämpfer als Luftführungselement. Mit anderen Worten wird der
Geräuschdämpfer von der Luft durchströmt und dient zur Dämpfung von Geräuschen, so dass die Verbrennungskraftmaschine ein sehr gutes Geräuschverhalten aufweist. Dies kommt dem Fahrkomfort für Insassen des Kraftwagens zugute.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist in die Ansaugeinrichtung ein ölabscheider integriert. Der Ölabscheider dient dazu, einen ölanteil eines Öl-Gas-Gemisches von einem Gasanteil des Gemisches abzuscheiden. Somit kann der Ölabscheider im Rahmen einer so genannten Kurbelgehäuseentlüftung eines Kurbelgehäuses der
Verbrennungskraftmaschine verwendet werden. Im Rahmen der Kurbelgehäuseentlüftung wird sogenanntes Blow-by-Gas, welches das Öl-Gas-Gemisch umfasst, von dem
Kurbelgehäuse ab - und dem ölabscheider zugeführt. Der ölabscheider scheidet dann den Ölanteil zumindest überwiegend von dem Gasanteil ab. Der Ölanteil kann dann einem Ölkreislauf der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeführt werden. Das Gas kann einem Ansaugtrakt, insbesondere dem Luftleitungselement, und darüber den
Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden.
Infolge der Integration des Ölabscheiders in die Ansaügeinrichtung geht die Montage der Ansaugeinrichtung am Zylinderkopf einher mit der Montage des ölabscheiders am Zylinderkopf. Mit anderen Worten sind keine zusätzlichen, zeit- und kostenaufwändigen Montageschritte zum separaten Befestigen des Ölabscheiders am Zylinderkopf vonnöten. Dies hält die Montagekosten gering. Ferner weist die Anordnung dadurch einen besonders geringen Bauraumbedarf auf.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in die Ansaugeinrichtung eine Zylinderkopfhaube integriert, mittels welcher der Zylinderkopf zumindest teilweise abzudecken ist. Durch diese Integration können zusätzliche und separate
Montagevorgänge zum Befestigen der Zylinderkopfhaube am Zylinderkopf entfallen, da die Montage der Zylinderkopfhaube am Zylinderkopf zeitlich einhergeht mit der Montage der Ansaugeinrichtung bzw. der gesamten Luftversorgungseinrichtung am Zylinderkopf. Die geschilderten Integrationen weisen ferner den Vorteil auf, dass dadurch die Anzahl an Schnittstellen in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann. Dies kommt der Dichtheit der Luftversorgungseinrichtung sowie geringen Toleranzen derselbigen zugute.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden Teile des Gehäuses, insbesondere das Gehäuseoberteil mit dem Gehäuseunterteil durch eine Verschraubung und/oder eine Verschweißung, und/oder eine Verklebung und/oder eine Vernietung miteinander verbunden, und/oder diese Teile sind zumindest teilweise einstückig miteinander ausgeführt. Durch diese Verbindungstechnologien kann eine besonders dauerhaft dichte und leichte Verbindung der Gehäuseteile miteinander erreicht werden. Insbesondere zur Verbindung von aus Kunststoffen hergestellten Gehäuseteilen kann bei Verschweißung dieser Teile auf metallische Verbindungselemente zumindest teilweise verzichtet werden. Somit kann das Gesamtgewicht der Anordnung klein gehalten werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in: Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer Luftversorgungseinrichtung zur
Anordnung an einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine, wobei sich bezogen auf die Einbaulage der Luftversorgungseinrichtung am Zylinderkopf eine auf einer Luftseite bzw. Auslassseite des Zylinderkopfes angeordnete Ansaugeinrichtung der Luftversorgungseinrichtung über ein Luftleitungselement zu einem auf einer Abgasseite bzw. Auslassseite des Zylinderkopfes angeordneten Verdichter der Luftversorgungseinrichtung über den Zylinderkopf hinweg unter Ausbildung eines von der Ansaugeinrichtung, dem Luftleitungselement und dem Verdichter begrenzten Zwischenraum erstreckt, und wobei der Zylinderkopf zumindest teilweise in dem Zwischenraum anzuordnen ist; und
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Luftversorgungseinrichtung gemäß
Fig. 1.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Luftversorgungseinrichtung 10, welche an einem Zylinderkopf einer beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten
Verbrennungskraftmaschine anzuordnen ist. Die Fig. 1 und 2 zeigen die
Luftversorgungseinrichtung 10 dabei in ihrer Einbaulage, in welcher sich die
Luftversorgungseinrichtung 10 in ihrem mit dem Zylinderkopf verbundenen bzw. an diesem gehaltenen Zustand zumindest im Wesentlichen befindet.
Die Luftversorgungseinrichtung 10 umfasst einen Verdichter 12 eines Abgasturboladers. Mittels des Verdichters 12 ist der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft zu verdichten. Zum Antreiben des Verdichters 12 umfasst der Abgasturbolader eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbare Turbine.
Um der Turbine vorteilhaft das Abgas zuführen zu können, ist der Abgasturbolader und damit der Verdichter 12 auf einer Auslassseite 14 des in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellten Zylinderkopfes angeordnet. Auf der Auslassseite 14 strömt Abgas über den Zylinderkopf aus der Verbrennungskraftmaschine heraus. Die Auslassseite 14 wird auch als Abgasseite bezeichnet.
Die Luftversorgungseinrichtung 10 umfasst ferner ein Luftleitungselement 16, mittels welchem die vom Verdichter 12 verdichtete Luft auf einer Einlassseite 18 des
Zylinderkopfes und der Verbrennungskraftmaschine zu führen ist. Die Einlassseite 18 wird dabei auch als Ansaugseite oder Luftseite bezeichnet. Das Luftleitungselement 16 umfasst einen Geräuschdämpfer 20, welcher fluidisch mit dem Verdichter 12 verbunden ist. So kann verdichtete Luft vom Verdichter 12 in den Geräuschdämpfer 20 ein- und den
Geräuschdämpfer 20 durchströmen.
Das Luftleitungselement 16 umfasst ferner einen Drosselklappensteller 22 mit einer Drosselklappe 24. Der Drosselklappensteller 22 ist mit dem Geräuschdämpfer 20 fluidisch verbunden, sodass die Luft von dem Geräuschdämpfer 20 in den Drosselklappensteller 22 ein- bzw. diesen durchströmen kann. Die Drosselklappe 24 dient dabei dazu, einen von der Luft durchströmbaren Strömungsquerschnitt 26 variabel einzustellen. So kann
beispielsweise eine Last bzw. ein Drehmoment der zum Beispiel als Ottomotor
ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine von einem Fahrer des Kraftwagens eingestellt werden.
Die Luftversorgungseinrichtung 10 umfasst ferner eine Ansaugeinrichtung 28, die zumindest im Wesentlichen auf der Einlassseite 18 des Zylinderkopfes und damit der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Die Ansaugeinrichtung 28 umfasst ein Gehäuseoberteil 30 und ein mit dem Gehäuseoberteil 30 über jeweilige
Verbindungsflansche 32 verbundenes Gehäuseunterteil 34. Durch das Gehäuseoberteil 30 und das Gehäuseunterteil 34 sind jeweils teilweise Luftkanäle 36 begrenzt, über die die verdichtete Luft der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden kann. Durch das Gehäuseoberteil 30 und das Gehäuseunterteil 34 ist auch ein Aufnahmeraum 38 jeweils teilweise begrenzt. In dem Aufnahmeraum 38 ist ein Ladeluftkühler 40 angeordnet. Dies bedeutet, dass der Ladeluftkühler 40 in die Ansaugeinrichtung 28 integriert ist. Der Ladeluftkühler 40 dient dazu, die verdichtete und dadurch erwärmte Luft zu kühlen.
Die Ansaugeinrichtung 28, welche auch als Saugmodul bezeichnet wird, weist ferner einen Ladeluftverteiler 42 auf, mittels welchem die verdichtete Luft auf als Zylinder ausgebildete Brennräume der Verbrennungskraftmaschine aufgeteilt wird. Mit anderen Worten kann die Luft von dem Aufnahmeraum 38 über den Ladeluftverteiler 42 in die Brennräume (Zylinder) der Verbrennungskraftmaschine einströmen. Zur fluidischen Verbindung der
Ansaugeinrichtung 28 mit dem Drosselklappensteller 22 weist die Ansaugeinrichtung 28 einen Anschlussstutzen 44 auf.
In die Ansaugeinrichtung 28 ist auch ein ölabscheider 46 integriert, mittels welchem im Rahmen einer Kurbelgehäuseentlüftung ein ölanteil von einem Gasanteil eines
Öl-Gas-Gemisches abzuscheiden ist. Zum fluidischen Verbinden der Ansaugeinrichtung 28 mit dem Zylinderkopf bzw. mit den Brennräumen weist die Ansaugeinrichtung 28 einen ersten Verbindungsflansch auf, welcher in einer ersten Ebene 48 angeordnet ist. Damit korrespondiert ein zweiter Verbindungsflansch des Zylinderkopfes, über den die
Ansaugeinrichtung 28 über den ersten Verbindungsflansch mit dem Zylinderkopf verbunden bzw. verbindbar ist. Der zweite Verbindungsflansch des Zylinderkopfes ist dabei in einer zweiten Ebene angeordnet, welche sich zumindest im Wesentlichen parallel zur ersten Ebene 48 erstreckt.
Zum fluidischen Verbinden der Turbine mit dem Zylinderkopf bzw. mit den Brennräumen, so dass der Turbine das Abgas zugeführt werden kann, weist die Turbine einen dritten Verbindungsflansch auf, welcher in einer dritten Ebene 50 angeordnet ist. Damit korrespondiert ein vierter Verbindungsflansch des Zylinderkopfes, über welchen der Zylinderkopf mit der Turbine über den dritten Verbindungsflansch verbunden werden kann. Der vierte Verbindungsflansch ist in einer vierten Ebene angeordnet, welche zumindest im Wesentlichen parallel zur dritten Ebene 50 verläuft.
Wie anhand der Fig. 1 ersichtlich ist, erstrecken sich die Ebenen 48, 50 bezogen auf die Einbaulage der Luftversorgungseinrichtung 10 in Hochrichtung des Zylinderkopfes und damit der Verbrennungskraftmaschine nach oben hin aufeinander zu. Mit anderen Worten sind die Ebenen 48, 50 gegeneinander bzw. aufeinander zu geneigt. Entsprechendes gilt auch für die dritte Ebene und die vierte Ebene des Zylinderkopfes, welche entsprechend den Ebenen 48, 50 derart gegeneinander geneigt sind, dass sie in Hochrichtung des Zylinderkopfes nach oben hin aufeinander zu verlaufen. Durch diese Neigung der
Verbindungsflansche gegeneinander sind nur sehr kurze Leitungslängen vom
Abgasturbolader auf der Auslassseite 14 zum Ladeluftkühler 40 auf der Einlassseite 18 realisiert, über die die Luft vom Verdichter 12 zur Ansaugeinrichtung 28 geführt wird.
Insbesondere kann die Länge der Luftführung mittels des Luftleitungselements 16 sehr gering gehalten werden.
Wie den Fig. 1 und 2 ferner zu entnehmen ist, erstreckt sich die am Zylinderkopf gehaltene Luftversorgungseinrichtung 10 von der auf der Einlassseite 18 des Zylinderkopfes angeordneten Ansaugeinrichtung 28 über das Luftleitungselement 16 zu dem auf der Auslassseite 14 des Zylinderkopfes angeordneten Verdichter 12 über den Zylinderkopf hinweg unter Ausbildung eines von der Ansaugeinrichtung 28, dem Luftleitungselement 16 und dem Verdichter 12 begrenzten Zwischenraum 52. In dem Zwischenraum kann dabei der Zylinderkopf zumindest teilweise angeordnet werden. So ist eine sehr kompakte Anordnung dargestellt, wodurch Package-Probleme insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie ein Motorraum des Kraftwagens gelöst und/oder vermieden werden können.
Zur Halterung insbesondere der Ansaugeinrichtung 28 an dem Zylinderkopf dienen Schrauben 54, 56, welche in den Zylinderkopf eingeschraubt werden. Die Schrauben 54 dienen auch zur Verbindung des Gehäuseoberteils 30 mit dem Gehäuseunterteil 34. Dazu durchdringen die Schrauben 54 jeweilige Durchgangsöffnungen des Gehäuseoberteils 30 und des Gehäuseunterteils 34 und sind in den Zylinderkopf eingeschraubt. Dadurch ist das Gehäuseoberteil 30 mit dem Gehäuseunterteil 34 verspannt. Ebenso ist es denkbar, dass das Gehäuseoberteil 30 mit dem Gehäuseunterteil 34 durch eine Verschraubung, eine Verschweißung, eine Verklebung und/oder eine Vernietung miteinander verbunden sind, und/oder dass diese Teile zumindest teilweise einstückig miteinander ausgeführt sind.
Bezugszeichenliste
10 Luftversorgungseinrichtung
12 Verdichter
14 Auslassseite
16 Luftleitungselement
18 Einlassseite
20 Geräuschdämpfer
22 Drosselklappensteller
24 Drosselklappe
26 Strömungsquerschnitt
28 Ansaugeinrichtung
30 Gehäuseoberteil
32 Verbindungsflansche
34 Gehäuseunterteil
36 Luftkanal
38 Aufnahmeraum
40 Ladeluftkühler
42 Ladeluftverteiler
44 Anschlussstutzen
46 ölabscheider
48 erste Ebene
50 zweite Ebene
52 Zwischenraum
54 Schrauben
56 Schrauben

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung einer Luftversorgungseinrichtung (10) an einem Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, bei welcher die Luftversorgungseinrichtung (10) eine Ansaugeinrichtung (28) zur Verteilung von der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft an Brennräume der
Verbrennungskraftmaschine und einen Verdichter (12) zum Verdichten der Luft umfasst, welcher über ein Luftleitungselement (16) fluidisch mit der Ansaugeinrichtung (28) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die am Zylinderkopf gehaltene Luftversorgungseinrichtung (10) von der auf einer Luftseite (18) des Zylinderkopfes angeordneten Ansaugeinrichtung (28) über das Luftleitungselement (16) zu dem auf einer Abgasseite (14) des Zylinderkopfes angeordneten Verdichter (12) über den Zylinderkopf hinweg unter Ausbildung eines von der Ansaugeinrichtung (28), dem Luftleitungselement (16) und dem Verdichter (12) begrenzten Zwischenraum (52) erstreckt, in welchem der Zylinderkopf zumindest teilweise angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein erster Verbindungsflansch des Zylinderkopfes, über welchen die Ansaugeinrichtung (28) mit dem Zylinderkopf verbunden ist, und ein zweiter Verbindungsflansch des Zylinderkopfes, über welchen Abgas von dem Zylinderkopf abführbar ist, in jeweiligen Ebenen angeordnet sind, welche sich, insbesondere in Hochrichtung der
Verbrennungskraftmaschine nach oben hin, aufeinander zu erstrecken.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass in die Ansaugeinrichtung (28) eine Kühlungseinrichtung (40) zur Kühlung der mittels des Verdichters (12) verdichteten Luft integriert ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Luftleitungselement (16) ein Drosselklappenelement (22) mit einer Drosselklappe (24) und einem Stellglied zum Betätigen der Drosselklappe (22) umfasst.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Luftleitungselement (16) einen Geräuschdämpfer (20) als Luftführungselement umfasst.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in die Ansaugeinrichtung (28) ein Ölabscheider (46) integriert ist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in die Ansaugeinrichtung (28) eine Zylinderkopfhaube integriert ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
Teile des Gehäuses, insbesondere das Gehäuseoberteil mit dem Gehäuseunterteil durch eine Verschraubung, eine Verschweißung, eine Verklebung und/oder eine Vernietung miteinander verbunden sind, und/oder dass diese Teile zumindest teilweise einstückig miteinander ausgeführt sind.
9. Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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