WO2000032923A1

WO2000032923A1 - Rohrkrümmer

Info

Publication number: WO2000032923A1
Application number: PCT/EP1999/008597
Authority: WO
Inventors: Rolf Füsser
Original assignee: Filterwerk Mann+Hummel Gmbh
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2000-06-08
Also published as: DE19855805A1

Abstract

Es wird ein Rohrkrümmer, der als Teil des Ansaugtraktes einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist, vorgeschlagen. Um bei starker Krümmung r des Rohrbogens ein Ablösen der Strömung im Innenbereich (16) der Rohrquerschnitte (13, 11, 12) zu vermeiden, sind diese innen abgeflacht. Im Gegensatz zu einem Kreisquerschnitt (15) mit vergleichbarer Fläche kann auf diese Weise eine turbulente Strömungsausbildung in der Innenkontur des Rohrbogens verhindert werden. Auf diese Weise werden die Strömungsverluste im Rohrbogen stark vermindert. Die Erfindung findet vor allen Dingen dort Anwendung, wo im Motorraum einer Brennkraftmaschine aufgrund der Einbauverhältnisse das Ansaugsystem mit starken Krümmungen ausgeführt werden muß.

Description

Rohrkrummer

Beschreibung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Rohrkrummer, der als Teil des Ansaugtraktes einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist, mit einer im Verhältnis zum Leitungsquerschnitt starken Krümmung der Leitung nach der Gattung des Patentanspruches 1

Der Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen besteht im allgemeinen aus mehreren Modulen Diese müssen an die Platzverhaltnisse im Motorraum angepaßt werden Dabei sind häufig komplizierte Geometrien zu verwirklichen, wobei sich Rohrabschnitte mit einem starken Krümmungsradius bezogen auf den Rohrquerschnitt ergeben Als typisches Beispiel für das Auftreten starker Rohrkrummungen sind die Ansaugkanale kurz vor den Zylmdereinlassen am Zylinderkopf zu nennen Dies kann z B der DE 44 99 626 T1 entnommen werden Figur 1 in Verbindung mit Figur 3 und 4 zeigt Saugkanale mit kreisrundem Querschnitt, die zu den zylinderseitigen Einlassen stark gekrümmt sind Dabei ist der Krümmungsradius der Symmetπelinie dieses Rohrabschnittes betragsmaßig ungefähr doppelt so groß wie der Durchmesser des Rohres Nach stromuπgsmechanischen Gesichtspunkten ist die beschriebene Rohrgestaltung jedoch wenig vorteilhaft Wird der Rohrbogen durch die Verbrennungsluft durchströmt, kann die Strömung dem Radius der Innenkontur nicht folgen, was zu einer Stromungsablosung fuhrt In diesem Bereich bildet sich dann ein turbulenter Wirbelraum, der die effektiv zur Verfugung stehende Querschnittsflache des Rohrbogens verkleinert Dadurch steigt der Stromungswiderstand an, was in extremen Fallen zu einem Mehrfachen des Ursprungswertes fuhren kann Man könnte nun diesem Problem Abhilfe schaffen, indem man einen Krümmungsradius des Rohrs wählen würde, der mindestes das Siebenfache des Rohrdurchmessers beträgt. Es hat sich gezeigt, daß in diesem Bereich die Rohrströmung im Rohrbogen unkritisch bleibt, d. h. daß es zu keiner Strömungsablösung kommt. Für eine solche Maßnahme ist jedoch im Normalfall im Motorraum nicht der nötige Platz vorhanden, so daß hierin keine befriedigende Lösung des Problems zu sehen ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Rohrkrümmung für den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine bei Realisierung kleiner Krümmungsradien im Verhältnis zur Querschnittsfläche des Rohres zu schaffen, welche einen möglichst geringen Strömungswiderstand unabhängig von der Durchströmungsgeschwindigkeit des Rohres aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Rohrkrümmung im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine derart zu gestalten, daß der mittlere Krümmungsradius r betragsmäßig mindestens doppelt so groß ist, wie die Höhe h des Rohrquerschnittes, gemessen in der jeweiligen Krümmungsebene des Rohrquerschnittes. Der mittlere Krümmungsradius verläuft dabei jeweils durch die Flächenschwerpunkte der Rohrquerschnitte im Bereich des Rohrkrümmers, der durch den Anfangsquerschnitt und den Endquerschnitt begrenzt ist. Die Krümmungsebene liegt senkrecht zum jeweiligen Rohrquerschnitt, wobei der Mittelpunkt M des jeweiligen Krümmungsradius ebenfalls in der Krümmungsebene liegt. Eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse im Rohrkrümmer ergibt sich, wenn der Rohrquerschnitt im Rohrkrümmer derart gewählt wird, daß der Durchmesser d eines kreisrunden Ersatzquerschnittes mit gleicher Fläche wie der gewählte Rohrquerschnitt größer ist als h. Weiterhin wird vorausgesetzt, daß das Verhältnis r/d bei einem Krümmer mit gleicher Krümmungsgeometrie und einem cioiυi i niyσi i ersatzquerschnitt kleiner als 6,5 ist. Es hat sich nämncπ gezeigt, αaß oberhalb dieses Verhältnisses die Strömung im Ersatzkrümmer mit kreisförmigem

Querschnitt ebenfalls unkritisch ist, so daß sich die erfindungsgemäße Verbesserung nicht auswirken würde. Die Rohrquerschnitte im Bereich des Rohrkrümmers weisen im wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche auf, da der Volumenstrom der

Ansaugluft über die Länge des Rohrkrümmers konstant ist. Allerdings kann sich eine

Veränderung der Querschnittsfläche aufgrund er konstruktiven Ausgestaltung des

Rohrkrümmers ergeben. Der mittlere Rohrquerschnitt ergibt sich dann als

Durchschnittswert aller Rohrquerschnitte über die Länge des Rohrkrümmers.

Der Effekt der geometrischen Ausgestaltung der Rohrquerschnitte entsprechend des Erfindungsgedaπkens ist der, daß sich deren Höhe im Vergleich zum Durchmesser des kreisförmigen Ersatzquerschnittes verringert. Diese konstruktive Maßnahme führt zu einer stabileren Ausprägung der ansonsten leicht störbaren Haftfähigkeit der Strömung entlang der Innenkontur des Rohrkrümmers. Auf diese Weise werden Ablösungen vermieden, wodurch für den Rohrkrümmer ein optimaler Strömungswiderstand erreicht wird.

Einer besonderen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens gemäß sind die Rohrquerschnitte zwischen Anfangs- und Endquerschnitt des Rohrkrümmers auf der dem Krümmungsmittelpunkt der Rohrkrümmung zugewandten Seite abgeflacht. Dies kann insbesondere durch Vorsehen eines geraden Abschnittes in der Umfangslinie der Rohrquerschnitte erfolgen. Es hat sich dabei gezeigt, daß die günstigste Querschnittsform für die Rohrquerschnitte der Schnittfläche eines Brotes entspricht. Hiermit ist eine Form der Querschnittsfläche gemeint, die im Bereich der inneren Rohrkontur gerade verläuft und zur Außenkontur des Rohrquerschnitts durch kleine Radien mit einer näherungsweise halbkreisförmigen oder elliptischen Krümmung verbunden ist. Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn der Querschnittsfläche eine nierenförmige Gestalt gegeben wird. Der Bereich der geraden Rohrkontur ist dann zum Rohrinneren hin gekrümmt, wodurch h im ablösungsgefährdeten Bereich der Rohrkrümmung weiter verkleinert werden kann.

Im Bereich der stärksten Rohrkrümmung im Rohrbogen kann die Querschnittsfläche der Rohrquerschnitte leicht erhöht werden. Hierdurch sinkt in diesem Bereich die ou umui iyöyeöchwindigkeit des Fluids mit der Folge einer geringeren

Ablösungsgefährdung.

Vorteilhafterweise wird für den Querschnitt ein Verhältnis b/h der Breite und der Höhe des Rohrquerschnitts von größer als 2 gewählt. Diese Querschnittsformen weisen ein vertretbares Verhältnis zwischen Umfang und Fläche des Querschnitts auf und bewirken dabei eine hinreichend große Beruhigung der Strömung im Rohrkrümmer.

Gemäß einer Modifikation der Erfindung sind der Anfangs- sowie der Endquerschnitt oder zumindest einer von beiden mit einer Übergangszone versehen. Diese erlaubt die freie Gestaltung der Querschnittsfläche im Rohrbogen unabhängig von dem sonst im Ansaugtrakt herrschenden Querschnitt, der z. B. rund sein kann. Die Übergangszone bildet einen kontinuierlichen Übergang vom Querschnitt des Ansaugtraktes in den Querschnitt des Rohrkrümmers. Dabei können Übergangsstück, Ansaugtrakt und Rohrkrümmer einteilig oder in Modulbauweise ausgeführt sein. Die Übergangsstücke können auch derart ausgeführt sein, daß die Ansaugluft bereits in diesem Abschnitt des Ansaugtraktes eine Richtungsänderung erfährt. Der Krümmungsradius in den Übergangsstücken muß allerdings hinreichend groß gewählt werden, daß sich in diesem Teil des Ansaugtraktes keine ablösungsbehaftete Rohrströmung ausbildet.

Es ist vorteilhaft, den Ansaugtrakt in verschiedenen Luftführungsmodulen herzustellen. Dies kann beispielsweise ein Saugrohr oder auch ein Luftfiltergehäuse sein. Weiterhin können Drosselorgane mit Leitungsabschnitten kombiniert werden usw. In diese Luftführungsmodule kann der Rohrkrümmer in der erfindungsgemäßen Geometrie integriert werden. Er bildet dabei kein einzelnes Bauteil, sondern eine konstruktive Ausgestaltung des Luftführungsmoduls.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Zeichnung

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematischen Ausfuhrungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen

Figur 1 die dreidimensionale Darstellung der Umrißgestaltung eines

90° Rohrkrümmers mit einem brotformigen Querschnitt,

Figur 2 eine dreidimensionale Darstellung der Wandflache eines

Ansaugkanals zu einem Zylinder mit zwei Ventilen, wobei die in dem Ansaugkanal auftretende starke Krümmung mit einem brotformigen Querschnitt versehen ist

Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele

In Figur 1 ist die Geometrie des erfmdungsgemaßen Rohrbogens dargestellt Der Rohrbogen leitet die Verbrennungsluft in Richtung der Pfeile 10 um 90° um. Ein Anfangsquerschnitt 1 1 und ein Endquerschnitt 12 weisen die Form der Schnittflache eines Brotes auf Rohrquerschnitte 13 zwischen Anfangs- und Endquerschnitt weisen eine konstante Querschnittform auf, die dem Anfangs- und Endquerschnitt entsprechen Der Krümmungsradius r ergibt sich aus der den Krummungsmittelpunkt M mit den Flachenschwerpunkten S der Querschnittsflachen 11 , 12, 13 verbindenden Strecke In diesem Ausfuhrungsbeispiel beschreibt eine Krümmung 14, die durch alle Flachenschwerpunkte S der Querschnittsflachen 13 verlauft, einen Viertelkreis Somit ist auch der Krümmungsradius konstant

Gestrichelt eingezeichnet ist ein Ersatzquerschnitt 15, der denselben Flächeninhalt wie der Rohrquerschnitt 13 aufweist. Der Ersatzquerschπitt 15 hat auch denselben Krümmungsradius wie der Rohrquerschnitt 13 Wahrend der Ersatzquerschπitt 15 annähernd denselben Außenradius beschreibt wie der Rohrquerschnitt 13, fallt der Innenradius des Ersatzquerschnittes 15 deutlich kleiner aus als der des oπrquerscnnitts 13. Hieraus ergibt sich, daß bei dem Rohrkrümmer mit dem

Rohrquerschnitt 13 bei gleichen Einbaumaßen zum Außenradius hin ein geringerer

Innenradius realisiert werden kann, was eine Gefahr der Ablösung der Strömung in diesem Rohrwandbereich verringert. Eine Abflachung 16 des Rohrquerschnittes 13 führt zu einer weiteren Verminderung der Ablösungsgefahr.

Figur 2 verdeutlicht ein Anwendungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Rohrkrummer im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine. Es handelt sich hierbei um die Gestaltung der Innenkontur eines Saugrohrs 22 kurz vor den mit nicht dargestellten Ventilen versehenen Zylindereinlassen 17 Ein Saugrohrquerschnitt 18 weist Kreisform auf. An diesen ist eine Übergangszone 19 angeschlossen, die zu einer kontinuierlichen Veränderung des kreisförmigen Saugrohrquerschnitts 18 zum Anfangsquerschnitt 1 1 einer Krummungszone 20 fuhrt. Die Krümmungszone 20 weist im wesentlichen einen brotformigen Querschnitt auf und endet im Endquerschnitt 12, der z. B in der Ebene eines nicht dargestellten Zylinderkopfflansches des Saugrohrs liegen kann. Von dort teilt sich der Eπdquerschnitt 12 in zwei im wesentlichen runde Luftkanäle 21 , die zu den Einlassen 17 führen. Da diese lediglich die halbe Querschnittsflache des Saugrohrs besitzen, sind die Stromungsverhältnisse bezüglich der Rohrkrummung in diesem Bereich als unkritisch anzusehen.

Claims

Patentansprüche

Rohrkrummer, der als Teil des Ansaugtraktes einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist, mit einem Anfangsquerschnitt (11 ) und einem Endquerschnitt (12), wobei

- alle Rohrquerschnitte (13) zwischen Anfangs- und Endquerschnitt im wesentlichen die gleiche Querschnittsflache aufweisen,

- das Verhältnis r/d des mittleren Krümmungsradius r zum Durchmesser d einer Kreisflache mit dem Flächeninhalt des mittleren Rohrquerschnitts kleiner 6,5 ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis r/h von r zur Hohe h der Rohrquerschnitte (13), gemessen in der jeweiligen Krummungsebene, großer als das Verhältnis r/d ist

Rohrkrummer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß dessen Wandung auf der einem Krummungsmittelpunkt (M) der Rohrkrummung zugewandten Seite abgeflacht ist

Rohrkrummer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrquerschnitte (13) die Form der Schnittflache eines Brotes aufweisen

Rohrkrummer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrquerschnitte (13) die Form einer Niere aufweist

Rohrkrummer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrquerschnitte (13) im Bereich der stärksten Rohrkrummung eine leicht vergrößerte Querschnittsflache aufweisen

Rohrkrummer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis b/h der Breite b der Rohrquerschnitte (13) zu deren Hohe h großer als 2 ist

7. Rohrkrümmer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Leitungsabschnitten des Ansaugtraktes und dem Anfangsquerschnitt (11 ) und/oder dem Endquerschnitt (12) eine Übergangszone (19) mit einem kontinuierlichen Übergang von dem Querschnitt des jeweiligen Leitungsabschnittes zum Anfangs- oder Endquerschnitt befindet.

8. Rohrkrümmer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Übergangszone die Einleitung der Richtungsänderung erfolgt.

9. Rohrkrümmer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser integraler Bestandteil eines im Ansaugtrakt eingesetzten Luftführungsmoduls, beispielsweise eines Saugrohres (16), ist.