WO2004015254A1 - Saugvorrichtung mit impulslandung für brennkraftmaschinen - Google Patents

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WO2004015254A1
WO2004015254A1 PCT/EP2003/008185 EP0308185W WO2004015254A1 WO 2004015254 A1 WO2004015254 A1 WO 2004015254A1 EP 0308185 W EP0308185 W EP 0308185W WO 2004015254 A1 WO2004015254 A1 WO 2004015254A1
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intake
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pulse
gas
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PCT/EP2003/008185
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Otto Altmann
James K. Doty
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Solvay Advanced Polymers, Llc
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an intake device for internal combustion engines and in particular an intake device with a pulse control unit assigned to each combustion chamber in order to generate air / gas charging pulses with a pulse control unit in various geometric embodiments.
  • air suction systems are, among other things, vibrating tube, resonance and turbulence suction systems which lead to an optimized air supply into the combustion chambers of combustion engines. Furthermore, in particular for V-shaped cylinder arrangements, airway control devices are known which make it possible to steplessly control the airway length of the intake pipes assigned to the combustion chambers. Furthermore, air suction systems are known which do not integrate the necessary air throttle element (throttle valve) for controlling the air mass supplied to the combustion chamber into the intake plenum of the air suction system, but rather a number of air throttle elements corresponding to the number of cylinders at the end of the respective suction pipe assigned to a combustion chamber in the vicinity of the cylinder head.
  • throttle valve the necessary air throttle element
  • the invention has for its object to provide an intake device that enables a pulsed or pulsed air flow to be generated for the introduction into the combustion chambers of an internal combustion engine.
  • an intake device which can be used in particular as an air intake device for a Brerin engine.
  • the intake device has an intake manifold assigned to each combustion chamber of the internal combustion engine, one end of which opens into an air inlet assigned to a combustion chamber and the other end of which has an air outlet opening of an intake plenum Connection is established.
  • the suction device is characterized by a pulse switching unit in each of the suction pipes.
  • the pulse switching unitsin are capable of generating at least one control device to generate charging pulses of high pressure, which can get through the air intakes of the cylinder head into the combustion chambers of the internal combustion engine by opening the pulse switching units for gas passage (quickly) and (quickly) become.
  • this switching time is substantially between 0.5 milliseconds (ms) and a maximum of 5 milliseconds (ms) and, according to another embodiment, this switching time is in a time range of approximately 0.1 ms to approx 10 ms during the piston combustion air intake time.
  • a pulse switching unit closes in the closed state in such a way that the leak rate of a pulse switching unit is very low to nonexistent (that in the range from “0.1 m A 3 / h to a maximum of 1.5 m ⁇ 3 / h, is).
  • a pulse switching unit is actuated by means of an or an electrical, magnetic or mechanical operated actuator or control device.
  • the control can also take place on a combination of electrical, magnetic or mechanical control.
  • the charge pulses are essentially characterized by their pressure, in particular the charge pulses generated are essentially characterized by their peak pressure (maximum pressure). According to a further embodiment, the pressure is essentially above approximately 6 bar, and according to another embodiment the pressure is essentially in a pressure range from approximately 1.5 bar to approximately max. 20 bar.
  • the intake device additionally has an infinitely controllable airway control unit assigned to each intake manifold, in order to set the total length of each intake manifold in a design-related predetermined range in accordance with the current operating conditions of the internal combustion engine.
  • each of the intake pipes additionally has an exhaust gas recirculation feed, which is arranged in a region between the pulse switching unit and the air inlet into the cylinder head.
  • each of the intake pipes additionally has a swirl and / or tumble element, which is arranged in a region between the pulse switching unit and the air inlet into the cylinder head.
  • the intake plenum also has an exhaust gas recirculation valve and / or a turbocharger valve.
  • the exhaust gas recirculation valve serves to introduce part of the exhaust gases from the internal combustion engine in operation in order to reduce the total emissions of exhaust gases.
  • the turbocharger valve is used analogously to introduce pressurized gas, in particular air and / or exhaust gases, which is compressed by means of a turbocharger (e.g. an exhaust gas turbocharger).
  • the intake plenum is fed via an air supply by means of an intake air compressor with pressurized gas, which is preferably composed of air or a mixture of air and exhaust gases.
  • the intake air compressor includes an air filter.
  • the air supply to the intake plenum has a combined gas mass and gas pressure measuring unit.
  • the combined gas mass and gas pressure measuring unit is able to determine both the gas mass flowing through, here in particular air or a mixture of air and exhaust gases, and the pressure of this gas flowing through.
  • the measured variables obtained serve to control or regulate the Brerin engine or the pulse switching units.
  • the pressure of charging pulses generated by a pulse switching unit is dependent on a pressure in the intake plenum, on a pressure of a gas compressed and supplied by means of turbocharging, and / or the switching time of the pulse switching unit.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an intake device for an internal combustion engine in an embodiment according to the invention
  • FIG. 2a shows a schematic illustration of a detail from an intake device for an internal combustion engine in an embodiment according to the invention
  • FIG. 2b shows a further schematic illustration of a detail from in an intake device for an internal combustion engine in an embodiment according to the invention
  • FIG. 2c shows a further schematic illustration of a detail from an intake device for an internal combustion engine in an embodiment according to the invention
  • FIG. 3 a shows a sectional view of an airway control unit in a first angular position in an embodiment according to the invention
  • FIG. 3b shows a sectional view of an airway control unit in a second angular position in an embodiment according to the invention
  • 3 c shows a sectional view of an airway control unit in a third angular position in an embodiment according to the invention
  • FIG. 3d shows a perspective view of an inner air / gas guiding device from FIGS. 3a to 3c in an embodiment according to the invention.
  • FIG. 4a shows a schematic perspective view of a ball throttle pulse switching unit in an embodiment according to the invention.
  • FIG. 4b shows a schematic perspective view of a spherical segment pulse switching unit in an embodiment according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a suction device according to an embodiment of the invention.
  • the representation can be divided into three sections, a gas supply section, a plenum section and an intake manifold section. It should be noted here that a separate intake manifold section is assigned to each combustion chamber, the plenum section serving for the gas supply to the respective intake manifold sections assigned to the combustion chambers.
  • the first section comprises the intake air compressor 10, an air filter 11, here with an integrated resonator 11 ′, and a combined air mass and gas pressure measuring unit 12, which is connected to the intake plenum 20 via an air supply 15 are connected.
  • the combustion air has to be brought to a certain working pressure so that the pulse switching unit 32 generates a charging pulse by opening and closing.
  • the air masses sucked in from the outside are compressed to the desired working pressure by means of the suction air compressor 10.
  • a gear or duo-centric system is preferably used as the compressor unit, advantageously in the area of the air filter 11.
  • the intake air compressor 10 itself can be arranged either before or after the air filter.
  • the figure shows an air filter 11 arranged downstream of the intake air compressor 10.
  • a compressor unit connected downstream of the air filter 11 offers the advantage of a lower pressure loss than in the case of an air filter 11 connected downstream of the intake air compressor 10 ( shown in Fig. 1).
  • the compression of the air leads to its high acceleration and results in a high air flow speed.
  • High-speed flowing air leads, in particular, to various flow cross-sections, transitions, projections of the air guide channels and the like, among other things, to turbulence and flow stalls due to which air volume is excited in a broadband manner.
  • a corresponding noise development is the result, which can lead to unacceptable noise perceptions of the passengers in the vehicle interior.
  • Acoustic resonator and damping elements in the air supply 15 ensure improved acoustics of the internal combustion engine during operation. 1 and according to one embodiment of the invention, the air filter 11 shown has an integrated resonator 11 'for this purpose.
  • suction devices from the prior art have had air mass measuring units, the signals of which are required for engine management.
  • suction devices based on the invention require a gas pressure measuring unit.
  • a combined air mass and gas pressure measuring unit 12, as shown in FIG. 1, is advantageously used, which makes it possible to determine not only the air mass but also the boost pressure, which is used to adjust the pressure generated by the pulse switching unit 32 Gas charging pulses or which is required as a parameter for the control (32.2) of the pulse switching unit 32.
  • the second subsection, the plenum section, comprises the intake plenum 20, which is supplied with air / gas by means of the air supply 15, which is under a specific working pressure and from which the intake pipes assigned to the respective combustion chambers (cylinders) of the internal combustion engine Air / gas are fed.
  • the illustration shows an example of a suction pipe 30 which is supplied with air / gas from the pan suction plenum via the air outlet opening 31 and which opens into the cylinder head 40 of the internal combustion engine through the air inlet 41.
  • a throttle element 13 is shown in the area of the air supply 15, as is known from the prior art. Technology is known. This throttle element, preferably arranged in a throttle element socket, is not a mandatory (optional) part of the invention.
  • the intake plenum can have further features shown in FIG. 1. For example, it is possible to introduce a resonance volume 21 and / or one or more resonance elements 22 (resonance flap) in the intake plenum. Analogous to the above description, these serve to dampen undesirable noise developments caused by the air flow dynamics. Furthermore, 20 can have additional gas feeds in the intake plenum. It is thus possible to return part of the exhaust gas flow via an exhaust gas recirculation valve 23 which is introduced into the intake plenum 20, which has proven to be effective in particular for reducing the exhaust gas emission from internal combustion engines. Likewise, a gas flow caused by turbocharger charging can be introduced into the intake plenum 20 via a turbocharger valve 24 arranged in the intake plenum 20. However, the exhaust gas flow or the gas flow from the turbocharger need not open into the intake plenum, but can also be introduced into the intake device at one or various other locations.
  • the third section comprises the intake manifold 30, which is supplied with air / gas from the intake plenum 20 through the air outlet opening 31 and which opens into the air inlet 41 of the cylinder head 40.
  • each combustion chamber of the internal combustion engine is assigned an intake manifold 30 and, accordingly, an air inlet 41 in the cylinder head 40.
  • the intake manifold integrates the pulse switching unit 32.
  • this pulse switching unit 32 serves on the one hand as an air throttle element and also as a pulse generating unit in order to generate an air charging pulse.
  • the pulse switching unit 32 can, according to one embodiment, make a throttle element (for example throttle element 13) assigned to the intake plenum obsolete.
  • the pulse switching unit 32 is arranged between the intake plenum 20 and the cylinder head 40 and can be implemented in the form of one or more flaps, a shift drum, a shift cylinder, a shift ball or any other air throttle element. It is crucial, however, that the pulse switching unit 32 is able to generate air charging pulses.
  • the pulse switching unit 32 must meet a number of basic requirements in order to be able to work according to the invention.
  • the switching time that is to say the time span between the opening and closing of the pulse switching unit 32, must be extremely short be advantageously in a range between approximately 0.5 ms and a maximum of approximately 2.5 ms.
  • the extremely short switching time makes it possible to generate air charging pulses with a pressure in the range from approx. 1.5 bar to approx. 20 bar.
  • the pressure of the air charging pulses depends both on the switching time and also on the total pressure level of the air / gas in the intake plenum 20.
  • This total pressure level results both from the pressure charging by the intake air compressor 10 and from a possible supply of a gas stream compressed by a turbocharger (for example by means of the turbocharger valve 24) and a possible supply of an exhaust gas flow (for example by means of the exhaust gas recirculation) - valve 23).
  • High demands must be placed on the tightness of the pulse switching unit 32 so that the leak rate is low, ie there is almost no leak rate. This can be achieved with special seals and / or dampers.
  • the moving mass must be kept as low as possible, since it has to be accelerated and braked during both the opening process and the closing process. It should also be borne in mind that reproducible opening and closing processes are easier to ensure with a small moving mass.
  • the pulse switching unit 32 is advantageously implemented in the form of a switching ball element or switching ball segment element. These designs have a number of significant advantages. Thus, the air / gas flow is not disturbed by a wave or other / comparable other elements by these designs of the pulse switching unit 32; A disturbance in the air / gas flow can severely hinder (prevent) or disrupt the formation of air charging pulses. In addition, the angular position of these versions of the pulse switching unit 32, i.e. the opening and closing of the pulse switching unit 32 can be set reliably, quickly, reproducibly and easily from the outside by a mechanical, magnetic, electrical or a combination thereof.
  • the intake manifold 30 shown in FIG. 1 additionally has a resonance control unit 33, an exhaust gas recirculation feed 34 and a swirl and / or tumble element 35.
  • the resonance control unit 33 serves to dampen undesirable noise developments caused by the air flow dynamics.
  • the resonance control unit 33 can be, for example, a rotatable actuating element for the controllable selection of an adapted air flow cross-sectional area.
  • a part of the exhaust gas flow into the intake plenum 20 can be a corresponding part of the exhaust gas flow directly into the intake pipes assigned to the combustion chambers.
  • the swirl and / or tumble element is in the vicinity of the air inlet 41 or preferably directly on the air inlet 41.
  • Air inlet .41 arranged and, if desired and / or required, can give the air / gas stream flowing into the combustion chamber an advantageous flow form, ie swirl or tumble, which leads to improved air / fuel mixing.
  • the section 100 shown in FIG. 1 comprises the plenum 20 including the possible throttle element 13 and a partial section of the intake manifold shown including the pulse switching unit 32. Further embodiments of the invention are shown for this section 100 in the following figures.
  • FIG. 2a to 2c show schematic representations of section 100 of the suction device shown in FIG. 1 in further embodiments according to the invention.
  • FIG. 2a shows an intake plenum 20 which has an infinitely controllable airway control unit 50 (in a schematic representation).
  • the intake plenum 20 is supplied with air under pressure by the intake air compressor 10 via the air supply 15.
  • the intake plenum 20 shown in FIG. 2a does not have a throttle element 13 assigned to it, the absence of which is illustrated by reference number 13 '.
  • the continuously controllable airway control unit 50 makes it possible to continuously select the total intake manifold length in a predetermined range in order to provide the best possible adaptation of the total intake manifold length to the load and speed of the internal combustion engine.
  • Embodiments of an airway control unit 50 are illustrated in FIGS. 3a to 3d described below.
  • the continuously controllable airway control unit 50 can furthermore have or integrate one or more control disks and / or further control elements or units which regulate, control, or make a separately controllable timing of the air charging pulses.
  • the lust / gas flow can be pre-clocked by a breaker disc or its flow velocity can be modulated.
  • the air / gas of the intake plenum 20 is introduced via the air inlet opening 31 into the suction pipe 30 (see FIG. 1) which has a pulse switching unit 32.
  • the pulse switching unit 32 in this embodiment is shown schematically as a ball segment pulse switching unit 32 '.
  • the external drive device 32 "is as one at an angle shown rotatable lever.
  • the air / gas is further guided through the suction pipe 30 to the air inlet 41 in the cylinder head 40.
  • the illustrated partial region 30 'of the intake manifold 30 serves as a resonance charging region 30' in order to set the air therein vibrating. This happens in addition to the generation of the air charging pulses by the ball segment pulse switching unit 32 '.
  • a portion of the air duct of the continuously controllable airway control unit 50 can be part of the entire resonance charging region (not shown in FIG. 2a).
  • FIG. 2b shows an intake plenum 20 which is supplied with air under pressure by the intake air compressor 10 via the air supply 15.
  • the intake plenum 20 shown in FIG. 2b has a throttle valve 13 ′′ assigned to it.
  • the air / gas of the intake plenum 20 is introduced via the air outlet opening 31 into the suction pipe 30 (see FIG. 1), which has a ball segment pulse switching unit 32 '.
  • the external control device 32 ′′ is shown as a lever that can be rotated through an angle.
  • the air / gas is further guided through the suction pipe 30 to the air inlet 41 in the cylinder head 40.
  • the illustrated partial region 30 "of the intake manifold 30 serves as a resonance charging region 30" in order to set the air therein vibrating. This is done in addition to the generation of the air charge pulses by the spherical segment pulse switching unit 32 '.
  • the resonance charging region 30 "extends from the throttle valve 13" to the ball segment pulse switching unit 32 '.
  • FIG. 2c shows an intake plenum 20 which is supplied with air under pressure by the intake air compressor 10 via the air supply 15.
  • the intake plenum 20 shown in FIG. 2c has a ball throttle element 13 ′ ′′ assigned to it, which can be designed analogously or similarly to the ball segment pulse switching unit 32 ′.
  • the air / gas of the intake plenum 20 is introduced via the air inlet opening 31 into the intake manifold 30 (see FIG. 1), which has a ball segment pulse switching unit 32 '.
  • the external control device 32 ′′ is shown as a lever that can be rotated through an angle.
  • the air / gas is further guided through the suction pipe 30 to the air inlet 41 in the cylinder head 40.
  • the illustrated partial region 30 '"of the intake manifold 30 serves as a resonance charging region 30'" in order to set the air therein vibrating. This is done in addition to the generation of the air charge pulses by the ball segment pulse switching unit 32 '.
  • the resonance charging region 30 "extends from the ball throttle element 13 '" to the ball segment pulse switching unit 32'.
  • FIGS. 3a to 3c show longitudinal sectional views of an airway control unit 50 in three different angular positions
  • FIG. 3d shows a perspective view of an inner air / gas guide device of the airway control unit shown in FIGS. 3a to 3c.
  • the intake plenum 20 can be seen, from which air / gas via an air inlet opening 31 into a tulip 54, a transition opening 55 of the tulip 54 and further via an orifice channel 52 and an orifice opening 52 thereof 1 is guided into the intake pipe 30 shown in FIG. 1.
  • An inner wall 57 encloses the inner intake plenum 20 and the tulip 54 is formed by additional walls adjoining the inner wall 57.
  • FIG. 3 a It can also be seen in FIG. 3 a that a flow cross-section of the tulip 54 starting from the internal intake plenum 20 in the direction of the orifice 52 ′, which represents the transition to the intake pipe 30, is reduced for the air / gas flow.
  • This is illustrated by the schematically illustrated tulip cross sections 60, 61 and 62 in FIG. 3a and the tulip 54 can be described as trumpet-like.
  • the tapering of the tulip 54 in the direction of the intake manifold 30 and thus in the direction of the air inlet 41 of the cylinder head 40 leads to an acceleration of the air / gas flow.
  • the inner wall 57 as well as the outer wall 58 have a circular contour over the largest part of their circumference, each with essentially constant radii.
  • the inner wall 57 as well as the outer wall 58 define an annular channel 56 with an essentially constant cross-section, which essentially corresponds to a cross-section of the orifice channel 52 or the orifice opening 52 '. Further embodiments can have a larger or smaller cross section of the orifice channel 52 or the orifice opening 52 ′ compared to the cross section of the ring channel 56.
  • the cross-sectional transition preferably a continuous cross-sectional transition, is achieved here by a wall of the outlet channel 52 that adjoins the outer wall 58 and seals on the inner wall 57.
  • the device formed by the inner wall 57 and the tulip 54 and rotatable about an axis 51 and comprising the suction plenum 20 shown in the longitudinal sectional views shown is referred to below as the inner air / gas guiding device.
  • the inner air / gas guiding device is rotatably mounted about an angle of rotation 53 by means of the axis 51.
  • 3a shows the smallest possible angle of rotation 53
  • FIGS. 3b and 3c show the airway control unit 50 in the angular position, each with a larger angle of rotation.
  • the air path control unit 50 shown in FIG. 3 a in an angular position with the smallest possible angle of rotation 53 represents the shortest adjustable air path length of the ring channel 56 of the air path control unit 50.
  • FIG. 3a shows the smallest possible angle of rotation 53
  • FIGS. 3b and 3c show the airway control unit 50 in the angular position, each with a larger angle of rotation.
  • air / gas flows from the intake plenum in accordance with the aforementioned angular position 20 via the air inlet opening 31 into the tulip 54, the transition opening 55 of the tulip 54, and directly further via the outlet channel 52 and its outlet opening 52 'into the subsequent suction pipe 30 shown in FIG. 1, in angular positions with an increasingly larger angle of rotation 53 the adjustable airway length of the ring channel 56 up to a maximum airway length of the ring channel 56, which corresponds to a maximum angle of rotation 53.
  • air / gas flows from the intake plenum 20 via the air inlet opening 31 into the tulip 54, the transition opening 55 of the tulip 54 into the ring channel 56 and via the outlet channel 52 and its outlet opening 52 1 into the intake pipe 30 shown in FIG. 1, the length of the ring channel 56 in FIG. 3c being greater than its length in FIG. 3b.
  • a sealing device 64 preferably ensures that the tulip 54 is sealed against the outer wall 58 against air-gas leakage into the “dead” area of the ring channel 56, while a sealing device 65 ensures that the mouth channel is sealed against the inner wall and thereby also air / gas leakage into the "dead” area of the ring channel 56 is avoided.
  • the sealing devices 64 and 65 must be designed in such a way that they do not cause too great a resistance to the rotation of the inner air / gas guiding device, but still ensure sufficient tightness.
  • FIG. 3d shows a perspective view of the inner air / gas guiding device of the airway control unit shown in FIGS. 3a to 3c.
  • the inner wall 57 can be seen in a trough-like configuration which forms the annular channel 56 in connection with the outer wall.
  • the trough-like design is a possible embodiment which leads to an essentially circular, elliptical or semicircular or semi-elliptical cross-sectional contour of the annular channel 56.
  • the cross-sectional contour of the ring channel 56 can have other shapes (for example rectangular, triangular or the same), the inner wall 57 shown then has another design profile corresponding to the cross-sectional contour.
  • the transition opening 55 of the inner air / gas guiding device or of the tulip 54 has an essentially circular cross-section corresponding to a circular cross-sectional contour of the ring channel 56.
  • the cross section can also be designed in accordance with elliptical, semicircular or semi-elliptical, rectangular or triangular and the same.
  • the bearing eye cutout 59 can be seen, which receives the axis 51 in order to rotate the inner air / gas guiding device into a desired angular position.
  • a wall section of the tulip 54 which closes off the intake plenum 20, runs in the direction of the inner wall 57.
  • the wall section of the tulip 54 has a continuously enlarging longitudinal sectional view corresponding to FIGS. 3a to 3c Radius which, in combination with the opposite wall section of the tulip 54, accordingly defines the tapering of the tulip 54 described above. This can also be seen in FIGS. 3a to 3c.
  • the air inlet opening 31 of the tulip 54 has an essentially rectangular cross-sectional shape, while, as mentioned above, the transition opening 55 has an essentially circular cross section.
  • FIGS. 4a and 4b show schematic perspective views of a spherical or spherical segment pulse switching unit.
  • Ball valves are used for the flow control or regulation of gaseous or liquid media and are known.
  • the ball or ball segment pulse switching units shown here are based on a ball or ball segment adapted to the special requirements as a flow control element, which also have design, manufacturing and packaging advantages.
  • one or more flaps or. Control element systems which have at least one continuous axis for controlling or suspending one or more flaps or control elements.
  • This continuous axis which is not required in the spherical and spherical segment system, results in some disadvantages which are of interest in view of the requirements for a pulse switching unit mentioned above.
  • An axis around which a fluid flows inevitably creates a so-called "wave shadow", which is associated with a reduced flow rate and disturbing undesirable effects such as turbulence.
  • the sealing of an axle is always critical and is subject to increased wear.
  • FIG. 4a shows a schematic perspective view of a ball-pulse switching unit.
  • the ball-pulse switching unit shown is composed of a two-part outer casing, a first outer shell (half shell) 71 and a second outer shell (half shell) 72, which enclose the ball switching element 70 '.
  • the ball switching element 70 ′ is shown in the flow position, so that a fluid (gas or liquid) is able to flow in accordance with the direction of flow (fluid inlet) 80.
  • the front control edge 76 also serves as a sealing edge 76, so that in a position rotated by 90 °, the ball switching element 70 ′ closes tightly against the first outer shell (half shell) 71 or the second outer shell (half shell) 72.
  • the rotation takes place here by means of an external control device via the bearing area 75 by, for example, an angle of rotation 82, the bearing area 75 being sealed against undesired fluid leakage or leakage by means of the sliding or sealing bearing 73.
  • the front control edge 76 also serves as a sealing edge 76 and is designed in such a way that it opposes rotation, as little resistance as possible, in order to enable quick opening and closing in accordance with the switching time mentioned above, but the tightness is nevertheless so high that it is low until no leak rate can be spoken by the closed ball-pulse switching unit.
  • the spherical segment pulse switching unit shown is composed of a two-part outer casing, a first outer shell (half shell) 71 and a second outer shell (half shell) 72, which enclose the spherical segment switching element 70 ".
  • the spherical segment switching element 70" is in Flow position shown, so that a fluid (gas or liquid) is able to flow according to the flow direction (fluid inlet) 80 or the flow direction (fluid outlet) 81.
  • the front control edge 76 also serves as a sealing edge 76, so that in a position rotated by 90 °, the ball segment switching element 70 ′′ closes tightly against the first outer shell (half shell) 71 or the second outer shell (half shell) 72.
  • the rotation takes place here an external control device via the bearing area 75 by, for example, an angle of rotation 82, the bearing area 75 being sealed against fluid leakage or leakage by means of the sliding or sealing bearing 73.
  • the front control edge 76 also serves as a sealing edge 76 is designed in such a way that it opposes the smallest possible resistance to rotation in order to enable rapid opening and closing in accordance with the switching time mentioned above, but the tightness is nevertheless so high that from little to none Leakage rate can be spoken by the closed ball segment pulse switching unit.
  • Both the ball switching element 70 'and the ball segment switching element 70 can be designed to be flattened if space-saving designs are desired or required.
  • the flow rate of the fluid can be set in the two versions by different rotation angles 82.
  • the outlet side of the ball segment in the shape of a carrot Switching element 70 "in particular improves the flow properties of the flowing fluid on the outlet side in an angular range between 0 ° (open state, shown in FIG. 4b) and 90 ° (closed state, not shown, direction of rotation indicated by 82).
  • the impulse control elements (balls, ball segments, rollers or roller segments), see possible embodiments (not shown), rotate at speeds between 500 revolutions per minute (rpm) up to approximately 5000 rpm, depending on the embodiment and desired Pulse duration or in a certain cycle in coordination with the air intake process of the internal combustion engine.
  • the control elements may have two or more air passages for the required airflow pulses, but this is not shown.
  • control elements are driven individually or in groups, the left and right cylinder banks mechanically, electrically or electro-magnetically with and without a gearbox.

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Abstract

Die Erfindung offenbart eine Ansaugvorrichtung, insbesondere eine Luftansauganlage, für eine Brennkraftmaschine. Den Brennkammern der Brennkraftmaschine sind Lufteinlässe in deren Zylinderkopf zugeordnet. Jeweils ein Ende von Saugrohren der erfindungsgemässen Ansaugvorrichtung stehen mit den Lufteinlässen in Verbindung, wobei die jeweils anderen Enden der Saugrohre (30) über Lufteintrittsöffnungen in ein Ansaug-Plenum (20) der Ansaugvornchtung münden. Jedes der Saugrohre weist ferner eine Impuls-Schalteinheit (32') auf, die mittels einer Ansteuervorrichtung (32') in der Lage ist durch schnelles Öffnen und schnelles Schliessen Luftladeimpulse hohen Drucks zu erzeugen, die den Brennkammern zugeführt werden.

Description

Saugvorrichtung mit Impulsladung für Brennkraftmaschinen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansauvorrichtung für Brennkraftmaschinen und insbesondere eine Ansaugvomchtung mit einer jeder Brennkammer zugeordneten Impuls- Steuereinheit, um Luft/Gas-Ladeimpulse, mit Impuls- Steuereinheit in verschiedenen geometrischen Ausführungsformen, zu erzeugen.
Mit der forschreitenden Entwicklung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge, findet eine kontinuierliche Verbesserung der hiermit in Verbindung stehenden Systeme und Vorrichtungen statt. Eines der Hauptziele der Motorentwicklung im Kraftfahrzeugsbereich ist die Optimierung des Verbrennungsprozesses bzw. eine Verringerung des Treibstoffverbrauchs, die mit der Optimierung einhergeht. Eine der relevanten Vorrichtungen der Verbrennungskraftmaschinen ist die Luft- Sauganlage.
Bekannt auf dem Gebiet der Luft-Sauganlangen sind unter anderem Schwingrohr-, Resonanz- und Turbulenz-Sauganlagen, die zu einer optimierten Luftzufuhr in die Brennkammern von Brermkraftmaschinen führen. Ferner sind insbesondere für V-förmige Zylinderanordnungen Luftweg-Steuervorrichtungen bekannt, die es ermöglichen, die Luftweglänge der den Brennkammern zugeordneten Saugrohre stufenlos zu steuern. Weiterhin sind Luft- Sauganlagen bekannt, die das notwendigen Luftdrosselelement (Drosselklappe) zum Steuern der der Brennkammer zugeführten Luftmasse nicht in dem Ansaugplenum der Luft- Sauganlage integrieren, sondern eine der Zylinderzahl entsprechende Anzahl von Luftdrosselelementen am Ende des jeweiligen einer Brennkammer zugeordneten Saugrohrs in der Nähe des Zylinderkopfs aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansaugvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, einen gepulsten bzw. impulsgeladenen Luftstrom für die Einleitung in die Brennkammern einer Brennkraftmaschine zu erzeugen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung in Form von Aus- und Weiterbildungen werden durch die abhängigen Patentansprüche beschrieben.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird eine Ansaugvorrichtung bereitgestellt, die insbesondere als Luftansaugvorrichtung für eine Brerinkraftmaschine verwendet werden kann. Die Ansaugvorrichtung weist ein jeder Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeordnetes Saugrohr auf, wobei dessen eines Ende in einen einer Brennkammer zugeordneten Lufteinlass mündet und dessen anderes Ende mit einer Luftemtrittsöffhung eines Ansaug-Plenums in Verbindung steht. Die Ansaugvorrichtung ist durch je eine Impuls-Schalteinheit in jedem der Saugrohre gekennzeichnet. Die Impuls-Schalteinheiteή sind mittel mindestens einer Ansteuervorrichtung in der Lage, Ladeimpulse hohen Drucks zu erzeugen, die durch die Lufteinlässe des Zylinderkopfs in die Brennkammern der Brennkraftmaschine gelangen können, indem die Impuls-Schalteinheiten für einen Gasdurchtritt (schnell) geöffnet und (schnell) geschlossen werden.
Der Ladeimpulse erzeugende Vorgang des Öffnens und anschließenden Schließens einer Impuls-Schalteinheit ist durch dessen Zeitdauer charakterisiert, die im folgenden als Schaltzeit bezeichnet wird. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt diese Schaltzeit unterhalb von im wesentlichen zwischen 0,5 Millisekunfen ( ms ) und maximal 5 Millisekunden (ms) und gemäß einer weiteren anderen Ausfuhrungsforrn liegt diese Schaltzeit in einem Zeitbereich im wesentlichen von ca. 0,1 ms bis ca. 10 ms, während der Kolben- Verbrennungs- Luft- Ansaug- Zeit.
Die Erzeugung von Ladeimpulsen hohen Drucks durch die vorstehend beschriebene Impuls- Schalteinheit erfordert eine hohe Dichtigkeit einer Impuls-Schalteinheit. Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsforrn schließt eine Impuls-Schalteinheit im geschlossenen Zustand derart ab, so dass die Leckrate einer Impuls-Schalteinheit sehr gering bis nicht vorhanden ist (die im Bereich von "0, 1 mA3/h bis maximal 1,5 mΛ3/h, liegt).
Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsforrn wird eine Impuls-Schalteinheit mittels eines bzw. einer elektrischen, magnetischen oder mechanischen betriebenen Aktuators bzw. Ansteuervόrrichtung betätigt. Die Ansteuerung kann auch auf einer Kombination von elektrischer, magnetischer oder mechanischer Ansteuerung erfolgen.
Die Ladeimpulse sind im wesentlichen durch ihren Druck charakterisiert, insbesondere sind die erzeugten Ladeimpulse im wesentlichen durch ihren Spitzendruck (Maximaldruck) charakterisiert. Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsforrn liegt der Druck im wesentlichen oberhalb von ungefähr 6 bar, und gemäß einer anderen Ausführungsform liegt der Druck in einem Druckbereich im wesentlichen von ca. 1,5 bar bis ca. max. 20 bar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Ansaugvorrichtung zusätzlich eine jedem Saugrohr zugeordnete stufenlos steuerbare Luftweg-Steuereinheit auf, um die Gesamtlänge jedes Saugrohrs in einem konstruktionsbedingt vorbestimmten Bereich entsprechend der aktuellen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine einzustellen. Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsforrn weist jedes der Saugrohre zusätzlich eine Abgasrückführ-Zuführung auf, die in einem Bereich zwischen der Impuls-Schalteinheit und dem Lufteinlass in den Zylinderkopf angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist jedes der Saugrohre zusätzlich ein Drall- und/oder Tumble-Element auf, das in einem Bereich zwischen der Impuls-Schalteinheit und dem Lufteinlass in den Zylinderkopf angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Ansaug-Plenum ferner ein Abgasrückführ- Ventil und/oder ein Turbolader- Ventil auf. Das Abgasrückführ- Ventil dient zur Einleitung eines Teils der Abgase der im Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine, um die Gesamtemission an Abgasen zu reduzieren. Das Turbolader-Ventil dient analog zur Einleitung von unter Druck stehendem Gas, insbesondere Luft und/oder Abgase, das mittels eines Turboladers (z.B. eines Abgasturboladers) verdichtet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Ansaug-Plenum über eine Luftzuführung mittels eines Ansaug-Luftverdichters mit unter Druck stehendem Gas gespeist, das sich vorzugsweise aus Luft oder einer Mischung aus Luft und Abgasen zusammensetzt. Gemäß einer weiteren anderen Ausfuhrungsforrn schließt der Ansaug-Luftverdichter einen Luftfilter ein.
Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsforrn weist die Luftzuführung zu dem Ansaug-Plenum eine kombinierte Gasmassen- und Gasdruck-Messeinheit auf. Die kombinierte Gasmassen- und Gasdruck-Messeinheit ist in der Lage sowohl die durchströmende Gasmasse, hier insbesondere Luft oder eine Mischung aus Luft und Abgasen, und den Druck dieses durchströmenden Gases zu bestimmen. Die erhaltenen Messgrößen dienen der Steuerung bzw. Regelung der Brerinkraftmaschine bzw. der Impuls-Schalteinheiten.
Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsforrn ist der Druck von durch eine Impuls-Schalteinheit erzeugten Ladeimpulsen abhängig von einem Druck in dem Ansaugplenum, von einem Druck eines mittels Turbo-Aufladung verdichteten und zugeführten Gases und/oder der Schaltzeit der Impuls-Schalteinheit.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen anhand von schematischen Darstellungen von Ausfuhrungsbeispielen beschrieben, in denen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
Fig. 2a eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einer Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform zeigt;
Fig. 2b eine weitere schematische Darstellung eines Ausschnitts aus in einer Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsforrn zeigt;
Fig. 2c eine weitere schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einer Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform zeigt;
Fig. 3 a eine Schnittansicht einer Luftweg-Steuereinheit in einer ersten Winkelposition in einer erfindungsgemäßen Ausf hrungsforrn zeigt;
Fig. 3b eine Schnittansicht einer Luftweg-Steuereinheit in einer zweiten Winkelposition in einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsforrn zeigt;
Fig. 3 c eine Schnittansicht einer Luftweg-Steuereinheit in einer dritten Winkelposition in einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform zeigt;
Fig. 3d eine perspektivische Ansicht einer inneren Luft-/Gas-Führvorrichtung aus Fig. 3a bis 3c in einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform zeigt; und
Fig. 4a eine schematische perspektivische Ansicht einer Kugeldrossel-Impuls-Schalteinheit in einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform zeigt.
Fig. 4b eine schematische perspektivische Ansicht einer Kugelsegment-Impuls- Schalteinheit in einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform zeigt.
Gleiche und ähnliche Vorrichtungen, Einheiten, Elemente etc. werden in den Zeichnungen und in der Beschreibung mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ansaugvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Darstellung lässt sich in drei Teilabschnitte gliedern, einen Gaszuführungs-Abschnitt, einen Plenum-Abschnitt und einen Saugrohr-Abschnitt. Hierbei ist zu bemerken, dass jeder Brennkammer ein eigener Saugrohr- Abschnitt zugeordnet ist, wobei der Plenum- Abschnitt für die Gaszuführung zu den jeweiligen den Brennkammem zugeordneten Saugrohr-Abschnitten dient.
Der erste Teilabschnitt, der Gaszuführungs-Abschnitt, umfasst den Ansaug-Luftverdichter 10, einen Luftfilter 11, hier mit einem integrierten Resonator 11', sowie eine kombinierte Luftmassen- und Gasdruck-Messeinheit 12, die über eine Luftzuführung 15 mit dem Ansaug- Plenum 20 verbunden sind. Gemäß einer Ausführungsform muss die Verbrennungsluft auf einem bestimmten Arbeitsdruck gebracht werden, damit die Impuls-Schalteinheit 32 durch Öffnen und Schließen einen Ladeimpuls erzeugt. Die von außen angesaugten Luftmassen werden hierzu mittels des Ansaug-Luftverdichters 10 auf den gewünschten Arbeitsdruck verdichtet. Vorzugsweise wird hierfür als Verdichtereinheit ein Zahnrad- oder Duozentrik-System vorteilhafterweise im Bereich des Luftfilters 11 eingesetzt. Der Ansaug-Luftverdichter 10 selbst kann entweder vor oder nach dem Luftfilter angeordnet sein. Die Abbildung zeigt einen dem Ansaug- Luftverdichter 10 nachgeordneten Luftfilter 11. Eine dem Luftfilter 11 nachgeschaltete Verdichtereinheit (diese Anordnung ist in Fig.l nicht dargestellt) bieten den Vorteil eines geringeren Druckverlusts als in dem Fall eines dem Ansaug-Luftverdichter 10 nachgeschalteten Luftfilters 11 (in Fig. 1 dargestellt).
Die Verdichtung der Luft führt zu deren hohen Beschleunigung und resultiert in einer hohen Luftströmungsgeschwindigkeit. Strömende Luft hoher Geschwindigkeit führt insbesondere an verschiedenen Strömungsquerschnitten, Übergängen, Vorsprüngen der Luftführungskanäle und der gleichen unter anderem zu Turbulenzen und Strömungsabrissen, aufgrund derer Luftvolumen breitbandig angeregt. Eine entsprechende Geräuschentwicklung ist die Folge, aufgrund derer es zu unannehmbaren Geräuschwahrnehmungen der Passagiere in dem Fahrzeuginnenraum kommen kann. Akustische Resonator- und Dämpfungselemente in der Luftzuführung 15 sorgen für eine verbesserte Akustik der Brennkraftmaschine im Betrieb. Entsprechend Fig. 1 und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der abgebildete Luftfilter 11 hierfür einen integrierten Resonator 11' auf.
Ansaugvorrichtungen vom Stand der Technik weisen bisher Luftmassen-Messeinheiten auf, deren Signale für das Motormanagement benötigt werden. Auf der Erfindung aufbauende Ansaugvorrichtungen benötigen neben der Luftmassen-Messeinheit eine Gasdruck- Messeinheit. Vorteilhafterweise wird eine kombinierte Luftmassen- und Gasdruck- Messeinheit 12, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, eingesetzt, die es ermöglicht, neben der Luftmasse auch den Ladedruck zu bestimmen, der für die Abstimmung des Druckes der durch die Impuls-Schalteinheit 32 erzeugten Gas-Ladeimpulse bzw. der als Kenngröße für die Ansteuerung (32.2) der Impuls-Schalteinheit 32 benötigt wird.
Der zweite Teilabschnitt, der Plenum-Abschnitt, umfasst das Ansaug-Plenum 20, das mittels der Luftzuführung 15 mit Luft/Gas versorgt wird, die unter einem bestimmten Arbeitsdruck steht und von dem aus die den jeweiligen Brennkammem (Zylindern) der Brennkraftmaschine zugeordneten Saugrohre mit Luft/Gas gespeist werden. Die Darstellung zeigt exemplarisch ein Saugrohr 30, das über die Luftemtrittsöffhung 31 mit Luft/Gas aus dem Pansaug-Plenum gespeist wird und das durch den Lufteinlass 41 in den Zylinderkopf 40 der Brennkraftmaschine mündet. In der Fig. 1 ist im Bereich der Luftzuführung 15 ein Drosselelement 13 dargestellt, wie es aus dem Stand der. Technik bekannt ist. Dieses Drosselelement, vorzugsweise in einem Drosselelement-Stutzen angeordnet, ist nicht zwingender (optionaler) Bestandteil der Erfindung.
Das Ansaug-Plenum kann weitere in der Fig. 1 gezeigte Merkmale aufweisen. Zum Beispiel ist es möglich, in dem Ansaug-Plenum ein Resonanzvolumen 21 und/oder ein oder mehrere Resonanzelemente 22 (Resonanzklappe) einzubringen. Diese dienen analog zu der vorstehenden Beschreibung der Dämpfung unerwünschter durch die Luftströmungsdynamik verursachter Geräuschentwicklungen. Weiterhin kann in das Ansaug-Plenum 20 zusätzliche Gaszuführungen aufweisen. So ist es möglich, über ein Abgasrückführ- Ventil 23, das in dem Ansaug-Plenum 20 eingebracht ist, einen Teil des Abgasstroms zurückzuführen, was sich insbesondere zur Reduzierung der Abgasemission von Brennkraftmaschinen als effektiv erwiesen hat. Ebenso kann eine Gasstrom verursacht durch eine Turbolader-Aufladung über ein in dem Ansaug-Plenum 20 angeordnetes Turbolader- Ventil 24 in das Ansaug-Plenum 20 eingebracht werden. Der Abgasstrom bzw. der Gasstrom der Turbo- Aufladung müssen jedoch nicht in das Ansaug-Plenum münden, sondern können auch einer oder verschiedenen anderen Orten in die Ansaugvorrichtung eingeleitet werden.
Der dritte Teilabschnitt, der Saugrohr-Abschnitt, umfasst das Saugrohr 30, das durch die Luftemtrittsöffhung 31 mit Luft/Gas aus dem Ansaug-Plenum 20 gespeist wird, und das in den Lufteinlass 41 des Zylinderkopfs 40 mündet. Wie vorstehend beschrieben, ist jeder Brennkammer der Brennkraftmaschine jeweils ein Saugrohr 30 und entsprechend ein Lufteinlass 41 in dem Zylinderkopf 40 zugeordnet.
Das Saugrohr integriert die Impuls-Schalteinheit 32. Diese Impuls-Schalteinheit 32 dient erfindungsgemäß einerseits als Luftdrosselelement als auch als Impuls-Erzeugungseinheit, um Luftladeimpuls zu erzeugen. In der Funktion als Luftdrosselelement kann die Impuls- Schalteinheit 32 gemäß einer Ausfuhrungsform ein dem Ansaug-Plenum zugeordnetes Drosselelement (zum Beispiel Drosselelement 13) obsolet machen. Die Impuls-Schalteinheit 32 ist erfindungsgemäß zwischen Ansaug-Plenum 20 und Zylinderkopf 40 angeordnet und kann in Form einer oder mehrerer Klappen, einer Schaltwalze, eines Schaltzylinders, einer Schaltkugel oder irgendeines anderen Luftdrosselelements realisiert sein. Entscheidend ist jedoch, dass die Impuls-Schalteinheit 32 in der Lage ist Luftladeimpulse zu erzeugen.
Hierzu muss die Impuls-Schalteinheit 32 eine Reihe von grundsätzlichen Anforderungen erfüllen, um in der Lage zu sein, erfindungsgemäß zu arbeiten. So muss die Schaltzeit, das heißt die Zeitspanne zwischen Öffnen und Schließen der Impuls-Schalteinheit 32, extrem kurz sein, vorteilhafter- Weise in einem Bereich zwischen ca. 0,5 ms und maximal ca. 2,5 ms. Die extrem kurze Schaltzeit ermöglicht es, Luftladeinpulse mit einem Druck im Bereich von ca. 1,5 bar bis ca. 20 bar zu erzeugen. Der Druck der Luftladeinpulse anhängt sowohl von der Schaltzeit als auch im weiteren von dem Gesamtdruck-Niveau der Luft/Gas in dem Ansaug- Plenum 20 ab. Dieses Gesamtdruck-Niveau ergibt sich sowohl aus der Druckaufladung durch den Ansaug-Luftverdichter 10 als auch aus einer eventuellen Zuführung von einem durch einen Turbolader verdichteten Gasstrom (z.B. mittels des Turbolader- Ventils 24) und aus einer eventuellen Zuführung eines Abgasstroms (z.B. mittels des Abgasrückführ- Ventils 23). An die Dichtigkeit der Impuls-Schalteinheit 32 sind hohe Anforderungen zu stellen, so dass die Leckrate gering ist, d.h. dass nahezu keine Leckrate vorliegt. Dies kann durch spezielle Abdichtungen und/oder Dämpfer realisiert werden. Ferner ist in Anbetracht der extrem kurzen Schaltzeit die bewegte Masse möglichst gering zu halten, da diese bei sowohl dem Öffnungs- Vorgang als auch dem Schließ- Vorgang beschleunigt und abgebremst werden muss. Es ist außerdem zu Berücksichtigen, dass reproduzierbare Öff ungs- als auch Schließ- Vorgänge bei einer geringen bewegten Masse einfacher sicherzustellen sind. Damit keine parasitären Effekte auftreten, die schlimmstenfalls zu einer Druckverminderung der Luftladeinpulse führen, ist eine ausreichende Steifigkeit bzw. Trageverhalten gegen Verformungen verursacht durch den Luftstrom zu gewährleisten. Da die Erzeugung der Luftladeinpulse synchron mit der Aufladung der Brennkammer der Brennkraftmaschine mit dem zu zündenden Luft/Treibstoff-Gemisch erfolgt, ist eine Lebensdauer von mehreren Millionen Schaltzyklen, zum Beispiel durch eine ausreichend starke Dämpfung der Schaltvorgänge sicherzustellen.
Vorteilhafterweise wird die Impuls-Schalteinheit 32 in Form eines Schaltkugel-Elements bzw. Schaltkugelsegment-Elements realisiert. Diese Ausführungen weisen eine Reihe von maßgeblichen Vorteilen auf. So wird der Luft/Gas-Strom durch diese Ausführungen der Impuls-Schalteinheit 32 nicht durch eine Welle oder andere/vergleichbare andere Elemente gestört; eine Störung des Luft/Gas-Stroms kann empfindlich die Ausbildung von Luftladeimpulsen behindern (verhindern) oder stören. Außerdem kann die Winkelstellung dieser Ausführungen der Impuls-Schalteinheit 32, d.h. das Öffnen und Schließen der Impuls- Schalteinheit 32, durch eine mechanische, magnetische, elektrische oder einer Kombination daraus von außen zuverlässig, schnell, reproduzierbar und einfach eingestellt werden.
Das in Fig. 1 dargestellte Saugrohr 30 weist zusätzlich eine Resonanz-Steuereinheit 33, eine Abgasrückführ-Zuführung 34 und ein Drall und/oder Tumble- Element 35 auf. Die Resonanz- Steuereinheit 33 dient analog zu den vorbeschriebenen Resonanzelementen (integrierter Resonator 11', Resonanzvolumen 21 und/oder Resonanzelement 22) der Dämpfung unerwünschter durch die Luftströmungsdynamik verursachter Geräuschentwicklungen. Als Resonanz-Steuereinheit 33 kann zum Beispiel ein drehbares Stellelement zum steuerbaren Anwählen einer angepassten Luftdurchström-Querschnittfläche sein. Statt der Rückführung eines Teils des Abgasstroms in das Ansaug-Plenum 20 kann ein entsprechender Teil des Abgasstroms direkt in die den Brennkammern zugeordneten Saugrohre erfolgen. Hier vorzugsweise in dem Bereich zwischen Impuls-Schalteinheit 32 und Lufteinlass 41 des Zylinderkopfs 40. Das Drall- und/oder Tumble-Element ist in der Nähe des Lufteinlasses 41 bzw. vorzugsweise direkt an dem. Lufteinlass .41 angeordnet und kann, wenn gewünscht und/oder erforderlich, der in die Brennkammer einfließenden Luft/Gas-Strom eine vorteilhafte Strömungsform- Ausbildung, d.h. Drall oder Tumble, geben, die zu einer verbesserten Luft/Treibstoff-Durchmischung führt..
Der in Fig. 1 gezeigte Abschnitt 100 umfasst das Plenum 20 inklusive des möglichen Drosselelements 13 und einen Teilabschnitt des dargestellten Saugrohrs inklusive Impuls- Schalteinheit 32. Für diesen Abschnitt 100 sind in den folgenden Figuren weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen abgebildet.
Fig. 2a bis 2c zeigen schematische Darstellungen des Abschnitts 100 der in Fig. 1 dargestellten Ansaugvorrichtung in weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen.
Fig. 2a zeigt ein Ansaug-Plenum 20, das eine stufenlos steuerbare Luftweg-Steuereinheit 50 (in einer schematischen Darstellung) aufweist. Das Ansaug-Plenum 20 wird über die Luftzuführung 15 von dem Ansaug-Luftverdichter 10 mit unter Druck stehender Luft versorgt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und wie vorstehend erwähnt, weist das in Fig. 2a dargestellte Ansaug-Plenum 20 kein ihm zugeordnetes Drosselelement 13 auf, dessen Fehlen durch Bezugszeichen 13' illustriert ist. Die stufenlos steuerbare Luftweg- Steuereinheit 50 ermöglicht es, die Gesamt-Saugrohrlänge in einem vorbestimmten Bereich stufenlos zu wählen, um eine möglichst optimale Anpassung der Gesamt-Saugrohrlänge an die Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine bereitzustellen. Ausführungsformen einer Luftweg-Steuereinheit 50 sind in den nachstehend beschriebenen Fig. 3a bis 3d illustriert.
Die stufenlos steuerbare Luftweg-Steuereinheit 50 kann des weiteren eine oder mehrere Steuerscheiben und/oder weitere Steuerelemente bzw. Einheiten aufweisen bzw. integrieren, die eine Taktung der Luftladeinpulse regeln, steuern oder separat ansteuerbar machen. So kann zum Beispiel der Lust/Gas-Strom durch eine Unterbrecherscheibe schon vorgetaktet werden bzw. in seiner Strömgeschwindigkeit moduliert werden.
Die Luft/Gas des Ansaug-Plenums 20 wird über die Lufteintrittsöffhung 31 in das Saugrohr 30 (siehe Fig. 1) eingeleitet, das eine Impuls-Schalteinheit 32 aufweist. Die Impuls- Schalteinheit 32 ist in dieser Ausführungsform schematisch als eine Kugelsegment-Impuls- Schalteinheit 32' dargestellt. Die externe Ansteuervorrichtung 32" ist als ein um einen Winkel drehbarer Hebel dargestellt. Die Luft/Gas wird ferner durch das Saurohr 30 zu dem Lufteinlass 41 in dem Zylinderkopf 40 geführt.
Der dargestellte Teilbereich 30' des Saugrohrs 30 dient in dieser Ausführungsform als Resonanz-Aufladungsbereich 30', um die in ihm befindliche Luft in Schwingung zu versetzen. Dies geschieht hierbei zusätzlich zu der Erzeugung der Luftladeinpulse durch die Kugelsegment-lmpuls-Schalteinheit 32'. Ein Abschnitt des Luftkanals der stufenlos steuerbaren Luftweg-Steuereinheit 50 kann Teil des gesamten Resonanz-Aufladungsbereichs sein (nicht in Fig. 2a gezeigt).
Fig. 2b zeigt ein Ansaug-Plenum 20, das über die Luftzuführung 15 von dem Ansaug- Luftverdichter 10 mit unter Druck stehender Luft versorgt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und wie vorstehend erwähnt, weist das in Fig. 2b dargestellte Ansaug-Plenum 20 eine ihm zugeordnete Drosselklappe 13" auf.
Die Luft/Gas des Ansaug-Plenums 20 wird über die Luftemtrittsöffhung 31 in das Saugrohr 30 (siehe Fig. 1) eingeleitet, das eine Kugelsegment-Impuls-Schalteinheit 32' aufweist. Die externe Ansteuervorrichtung 32" ist als ein um einen Winkel drehbarer Hebel dargestellt. Die Luft/Gas wird ferner durch das Saurohr 30 zu dem Lufteinlass 41 in dem Zylinderkopf 40 geführt.
Der dargestellte Teilbereich 30" des Saugrohrs 30 dient in dieser Ausführungsform als Resonanz-Aufladungsbereich 30", um die in ihm befindliche Luft in Schwingung zu versetzen. Dies geschieht hierbei zusätzlich zu der Erzeugung der Luftladeinpulse durch die Kugelsegment-Impuls-Schalteinheit 32'. Der Resonanz-Aufladungsbereich 30" erstreckt sich in dieser Ausführungsform von der Drosselklappe 13" bis zu der Kugelsegment-Impuls- Schalteinheit 32'.
Fig. 2c zeigt ein Ansaug-Plenum 20, das über die Luftzuführung 15 von dem Ansaug- Luftverdichter 10 mit unter Druck stehender Luft versorgt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und wie vorstehend erwähnt, weist das in Fig. 2c dargestellte Ansaug-Plenum 20 ein ihm zugeordnetes Kugel-Drosselelement 13'" auf, das analog oder ähnlich zu der Kugelsegment-Impuls-Schalteinheit 32' ausgeführt sein kann.
Die Luft/Gas des Ansaug-Plenums 20 wird über die Lufteintrittsöffhung 31 in das Saugrohr 30 (siehe Fig. 1) eingeleitet, das eine Kugelsegment-Impuls-Schalteinheit 32' aufweist. Die externe Ansteuervorrichtung 32" ist als ein um einen Winkel drehbarer Hebel dargestellt/ Die Luft/Gas wird ferner durch das Saurohr 30 zu dem Lufteinlass 41 in dem Zylinderkopf 40 geführt. Der dargestellte Teilbereich 30'" des Saugrohrs 30 dient in dieser Ausführungsform als Resonanz-Aufladungsbereich 30'", um die in ihm befindliche Luft in Schwingung zu versetzen. Dies geschieht hierbei zusätzlich zu der Erzeugung der Luftladeinpulse durch die Kugelsegment-Impuls-Schalteinheit 32'. Der Resonanz-Aufladungsbereich 30" erstreckt sich in dieser Ausführungsform von dem Kugel-Drosselelement 13'" bis zu der Kugelsegment- Impuls-Schalteinheit 32'.
Fig. 3a bis 3c zeigen Längs-Schnittansichten einer Luftweg-Steuereinheit 50 in drei unterschiedlichen Winkelposition, während Fig. 3d eine perspektivische Ansicht einer inneren Luft-/Gas-Führvoπichtung der in Fig. 3a bis 3c dargestellten Luftweg-Steuereinheit zeigt.
In den Fig. 3 a bis 3 c ist das Ansaug-Plenum 20 zu erkennen, von dem aus Luft/Gas über eine Lufteinstrittsöffhung 31 in eine Tulpe 54, eine Übergangsöffhung 55 der Tulpe 54 und weiter über einen Mündungskanal 52 und dessen eine Mündungsöffiiung 52' in das in Fig. 1 dargestellte hieran anschließende Saugrohr 30 geführt wird. Eine innere Wandung 57 umschließt das innenliegende Ansaug-Plenum 20 und die Tulpe 54 wird über zusätzliche an die innere Wandung 57 anschließende Wandungen gebildet.
Femer ist in Fig. 3 a zu erkennen, dass sich ein Durchflussquerschnitt der Tulpe 54 ausgehend von dem innenliegenden Ansaug-Plenum 20 in Richtung auf die Mündungsöffiiung 52', die den Übergang zum Saugrohr 30 darstellt, für den Luft/Gas-Strom verringert. Dies ist durch die schematisch dargestellten Tulpenquerschnitte 60, 61 und 62 in der Fig. 3a verdeutlicht und die Tulpe 54 kann als trompetenartig bezeichnet werden. Die Verjüngung der Tulpe 54 in Richtung auf das Saugrohr 30 und somit in Richtung auf den Lufteinlass 41 des Zylinderkopfs 40 führt zu einer Beschleunigung des Luft/Gas-Stroms.
Die innere Wandung 57 als auch die äußere Wandung 58 zeigen über den größten Teil ihrer Umfange eine kreisförmige Kontur mit jeweils im wesentlichen konstanten Radien. Die innere Wandung 57 als auch die äußere Wandung 58 definieren einen Ringkanal 56 mit einem im wesentlichen konstanten Querschnitt, der im wesentlichem einem Querschnitt des Mündungskanals.52 bzw. der Mündungsöffnung 52' entspricht. Weitere Ausfiihrungsformen können einen im Vergleich mit dem Querschnitt des Ringkanals 56 größeren oder kleineren Querschnitt des Mündungskanals 52 bzw. der Mündungsöffnung 52' aufweisen. Der Querschnittsübergang, vorzugsweise ein kontinuierlicher Querschnittsübergang, wird hierbei durch eine an die äußere Wandung 58 anschließenden und an der inneren Wandung 57 abdichtenden Wandung des Mündungskanals 52 erreicht. Die von der inneren Wandung 57 und der Tulpe 54 gebildete, um eine Achse 51 drehbare und das in den dargestellten Längs-Schnittansichten abgebildete Ansaug-Plenum 20 umfassende Vorrichtung wird im folgenden als innere Luft-/Gas-Führvorrichtung bezeichnet. Die innere Luft-/Gas-Führvorrichtung ist mittels der Achse 51 um einen Drehwinkel 53 drehbar gelagert. Fig. 3a zeigt den kleinst möglichen Drehwinkel 53, während die Fig. 3b und Fig. 3c die Luftwegsteuereinheit 50 in Winkelstellung mit jeweils größerem Drehwinkel zeigen. Die in Fig. 3 a gezeigte in einer Winkelstellung mit dem kleinst möglichen Drehwinkel 53 aufweisenden Luftwegsteuereinheit 50 stellt den kürzest einstellbare Luftweglänge des Ringkanals 56 der Luftwegsteuereinheit 50 dar. In Fig. 3a strömt entsprechend der vorstehend erwähnten Winkelstellung Luft/Gas aus dem Ansaug-Plenum 20 über die Lufteinstrittsöffhung 31 in die Tulpe 54, die Übergangsöffhung 55 der Tulpe 54, und direkt weiter über den Mündungskanal 52 und dessen Mündungsöffiiung 52' in das in Fig. 1 dargestellte hieran anschließende Saugrohr 30. In Winkelstellungen mit zunehmend größerem Drehwinkel 53 verlängert sich die einstellbare Luftweglänge des Ringkanals 56 bis zu einer maximalen Luftweglänge des Ringkanals 56 hin, die einem maximalen Drehwinkel 53 entspricht. Somit strömt entsprechend der vorstehend erwähnten Winkelstellungen in Fig. 3b und 3c Luft/Gas aus dem Ansaug-Plenum 20 über die Lufteinstrittsöffhung 31 in die Tulpe 54, die Übergangsöffhung 55 der Tulpe 54 in den Ringkanal 56 und über den Mündungskanal 52 und dessen Mündungsöffnung 52' in das in Fig. 1 dargestellte hieran anschließende Saugrohr 30, wobei die Länge des Ringkanals 56 in Fig. 3c größer ist als dessen Länge in Fig. 3b.
Eine Dichtungsvorrichtung 64 sorgt vorzugsweise dafür, dass die Tulpe 54 gegen die äußere Wandung 58 gegen Luft-Gas-Austritt in den "toten" Bereich des Ringkanals 56 gedichtet ist, Während eine Dichtungsvorrichtung 65 dafür sorgt, dass der Mündungskanal gegen die innere Wandung gedichtet ist und hierdurch auch Luft-/Gas-Austritt in den "toten" Bereich des Ringkanals 56 vermieden wird. Die Dichtungsvorrichtungen 64 und 65 müssen derart ausgelegt sein, dass sie einen nicht zu großen Widerstand gegen die Drehung der inneren Luft-/Gas-Führvorrichtung verursachen, aber dennoch eine ausreichende Dichtigkeit gewährleisten.
Fig. 3d zeigt eine perspektivische Ansicht der inneren Luft-/Gas-Führvorrichtung der in Fig. 3a bis 3c dargestellten Luftweg-Steuereinheit. In der perspektivischen Darstellung ist die innere Wandung 57 in einer wannenartigen Ausgestaltung zu erkennen, die in Verbindung mit der äußeren Wandung den Ringkanal 56 bildet. Die wannenartige Ausbildung ist eine mögliche Ausführungsform, die zu einer im wesentlichen kreisförmigen, elliptischen oder halbkreisförmigen bzw. halbelliptischen Querschnittskontur des Ringkanals 56 führt. Die Querschnittskontur des Ringkanals 56 kann andere Formen (zum Beispiel rechteckformig, dreieckformig oder der gleichen) aufweisen, wobei die dargestellte innere Wandung 57 dann ein anderes der Querschnittskontur entsprechendes Ausgestaltungsprofil aufweiset. Die Übergangsöffhung 55 der inneren Luft-/Gas-Führvorrichtung bzw, der Tulpe 54 weist einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt entsprechend einer kreisförmigen Querschnittskontur des Ringkanals 56 auf. Der Querschnitt kann ebenfalls entsprechend elliptischen, halbkreisförmigen bzw. halbelliptischen, rechteckförmig oder dreieckformig und der gleichen ausgebildet sein.
Femer ist der Lageraugenausschnitt 59 zu erkennen, der die Achse 51 aufnimmt, um die inneren Luft-/Gas-Führvorrichtung in eine gewünschte Winkelstellung zu drehen. Ausgehend von der Umfassung des Lageraugenausschnitts 59 verläuft ein gegen das Ansaug-Plenum 20 abschließender Wandungsabschnitt der Tulpe 54 in Richtung auf die innere Wandung 57. Der Wandungsabschnitt der Tulpe 54 weist in einer den Fig. 3a bis 3c entsprechenden Längs- Schnittansicht einen sich kontinuierlich vergrößernden Radius auf, der in Kombination mit dem gegenüber liegenden Wandungsabschnitt der Tulpe 54 entsprechend die vorstehend beschriebene Verjüngung der Tulpe 54 festlegt. Dies ist ebenfalls in den Fig. 3a bis 3c zu erkennen. Die Lufteintrittsöffhung 31 der Tulpe 54 zeigt eine in der Querschnittkontur im wesentlichen rechteckformige Ausgestaltung aus während wie vorstehend erwähnt die Übergangsöffhung 55 einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Fig. 4a bzw. Fig. 4b zeigen schematische perspektivische Ansichten einer Kugel- bzw. Kugelsegment-Impuls-Schalteinheit. Kugelhähne finden für die Durchfluss-Steuerung bzw. Regelung von gasförmigen bzw. flüssigen Medien Anwendung und sind bekannt. Die hier dargestellten Kugel- bzw. Kugelsegment-Impuls-Schalteinheiten basieren auf einer den speziellen Anforderungen angepassten Kugel bzw. Kugelsegment als Durchfluss- Steuerelement, die zudem Auslegungs-, fertigungstechnische sowie Pack- Vorteile aufweisen.
Im allgemeinen wird für die Druckfluss-Steuerung bzw. Regelung ein oder mehrere Klappenbzw. Stellelement-Systeme eingesetzt, die mindestens eine durchgehende Achse zur Ansteuerung bzw. Aufhängung einer oder mehrerer Klappen bzw. Stellelemente aufweisen. Diese durchgehende Achse, die in Kugel- und Kugelsegment-System nicht benötigt werden, habe einige Nachteile zur Folge, die in Hinblick auf die vorstehend erwähnten Anforderungen an eine Impuls-Schalteinheit von Interesse sind. Eine von einem Fluid umflossene Achse erzeugt zwangsläufig einen sogenannten "Wellenschatten", der mit einer reduzierten Durchflussleistung sowie störenden nicht erwünschten Effekten wie Verwirbelungen einhergeht. Ferner ist die Abdichtung einer Achse stets kritisch und unterliegt einem erhöhten Verschleiß.
Im folgenden wird auf das in Fig. 4a dargestellte Kugel-System bzw. auf das in Fig. 4b dargestellte Kugelsegment-System zur Verwendung als Impuls-Schalteinheiten eingegangen. Fig. 4a zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Kugel-Impuls-Schalteinheit. Die dargestellte Kugel-Impuls-Schalteinheit setzt sich aus einer zweiteiligen äußeren Umfassung, einer ersten Außenschale (Halbschale) 71 sowie einer zweiten Außenschale (Halbschale) 72, zusammen, die das Kugel-Schaltelement 70' einschließen. Das Kugel- Schaltelement 70' ist in Durchflussposition dargestellt, so dass ein Fluid (Gas bzw. Flüssigkeit) in der Lage ist, entsprechend der Flussrichtung (Fluideinlass) 80 zu fließen. Die vordere Steuerkante 76 dient zugleich als Dichtkante 76, so dass in einer um 90° gedrehten Position das Kugel-Schaltelement 70' dicht gegen die ersten Außenschale (Halbschale) 71 bzw. die zweiten Außenschale (Halbschale) 72 abschließt. Die Drehung erfolgt hierbei durch eine äußere Ansteuervorrichtung über den Lagerbereich 75 um zum Beispiel einen Drehwinkel 82, wobei der Lagerbereich 75 mittels des Gleit- bzw. Dichtlagers 73 gegen unerwünschten Fluidaustritt bzw. Lecken abgedichtet ist.
Die vordere Steuerkante 76 dient zugleich als Dichtkante 76 und ist derart ausgelegt, dass sie einer Drehung möglichst, kleinen Widerstand entgegensetzt, um ein schnelles Öffnen und Schließen entsprechend der vorstehend erwähnten Schaltzeit zu ermöglichen, aber die Dichtigkeit dennoch so hoch ist, dass von einer geringen bis keinen Leckrate durch die geschlossene Kugel-Impuls-Schalteinheit gesprochen werden kann.
Fig. 4abzeigt eine schematische perspektivische Ansicht Kugelsegment-Impuls-Schalteinheit. Die dargestellte Kugelsegment-Impuls-Schalteinheit setzt sich aus einer zweiteiligen äußeren Umfassung, einer ersten Außenschale (Halbschale) 71 sowie einer zweiten Außenschale (Halbschale) 72, zusammen, die das Kugelsegment-Schaltelement 70" einschließen. Das Kugelsegment-Schaltelement 70" ist in Durchflussposition dargestellt, so dass ein Fluid (Gas bzw. Flüssigkeit) in der Lage ist, entsprechend der Flussrichtung (Fluideinlass) 80 bzw. der Flussrichtung (Fluidauslass) 81 zu fließen. Die vordere Steuerkante 76 dient zugleich als Dichtkante 76, so dass in einer um 90° gedrehten Position das Kugelsegment-Schaltelement 70" dicht gegen die ersten Außenschale (Halbschale) 71 bzw. die zweiten Außenschale (Halbschale) 72 abschließt. Die Drehung erfolgt hierbei durch eine äußere Ansteuervorrichtung über den Lagerbereich 75 um zum Beispiel einen Drehwinkel 82, wobei der Lagerbereich 75 mittels des Gleit- bzw. Dichtlagers 73 gegen Fluidaustritt bzw. Lecken abgedichtet ist.
Die vordere Steuerkante 76 dient zugleich als Dichtkante 76 ist derart ausgelegt, dass sie einer Drehung möglichst kleinen Widerstand entgegensetzt, um ein schnelles Öffnen und Schließen entsprechend der vorstehend erwähnten Schaltzeit zu ermöglichen, aber die Dichtigkeit dennoch so hoch ist, dass von einer geringen bis keinen Leckrate durch die geschlossene Kugelsegment-Impuls-Schalteinheit gesprochen werden kann. Sowohl das Kugel-Schaltelement 70' als auch das Kugelsegment-Schaltelement 70" können abgeflacht ausgeführt sein, wenn raumsparende Ausführungen gewünscht oder erforderlich sind. Durch unterschiedliche Drehwinkel 82 kann in den beiden Ausführungen die Durchflussrate des Fluids eingestellt werden. Die karlottenformig ausgeführte Auslassseite des Kugelsegment-Schaltelements 70" verbessert insbesondere die Strömungseigenschaften des durchfließenden Fluids auf der Auslassseite in einem Winkelbereich zwischen 0° (offener Zustand, in Fig. 4b dargestellt) und 90° (geschlossener Zustand, nicht dargestellt, Drehrichtung durch 82 angezeigt).
Die Impuls- Steuerelemente ( Kugeln, Kugelsegmente Walzen oder Walzen- Segemente), siehe mögliche Ausführungsformen (nicht gezeigt), rotieren mit Geschwindigkeiten zwischen 500 Umdrehungen pro Minute (U/min ) bis zu ca. 5000 U/min, je nach Ausführungsform und gewünschter Impulsdauer bzw. in einem bestimmten Takt in Abstimmung mit den Luft- Ansaugvorgang des Verbrennungs- Motors.
Die Steuersemente können zwei oder mehrere Luftdurchlässe für die erforderlichen Luftstrom- Impulse haben, dies ist jedoch nicht gezeigt.
Der Antrieb der Steuerelemente erfolgt einzeln oder in Gruppen, der linken und rechten Zylinderbank mechanisch, elektrisch oder elektro-magnetisch mit und ohne Übersetzungs- Getriebe.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die aus einer Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche folgen. Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
Bezugszeichenliste
Ansaug-Luftverdichter
Luftfilter ' integrierter Resonator kombinierte Luftmassen- und Gasdruck-Messeinheit
Drosselelement * kein Drosselelement " Drosselklappe '" Kugeldrosselelement
Luftzuführung
Ansaug-Plenum
Resonanzvolumen
Resonanzelement
Abgasrückführ- Ventil
Turbolader- Ventil
Saugrohr ' Resonanzbereich " Resonanzbereich "' Resonanzbereich
Lufteintrittsöffhung
Impuls-Schalteinheit ' Kugelsegment-Impuls-Schalteinheit " Ansteuervorrichtung
Resonanz-Steuereinheit
Abgasrückführ-Zufuhrung
Drall- und/oder Tumble-Element
Zylinderkopf
Lufteinlass stufenlos steuerbare Luftweg-Steuereinheit
Drehachse
Mündungskanal ' Mündungsöffiiung
Drehwinkel • Tulpe
Übergangsöffhung
Ringkanal
Innenwand
Außenwand Lageraugenausschnitt
Tulpenquerschnitt
Tulpenquerschnitt
Tulpenquerschnitt
Dichtungsvorrichtung
Dichtungsvorrichtung ' Kugel-Schaltelement " Kugelsegment-Schaltelement erste Außenschale (Halbschale) zweite Außenschale (Halbschale)
Gleitlager (Dichtlager)
Lagerbereich vordere Steuerkante / Dichtkante
Fluideinlass (Flussrichtung)
Fluidausläss (Flussrichtung)
Drehwinkel

Claims

Ansprüche
1. Ansaugvorrichtung, insbesondere als Luftansauganlage für eine Brennkraftmaschine, die den Brennkammern zugeordnete Lufteinlässe (41) in einen Zylinderkopf (40) der Brennkraftmaschine aufweist, mit einem jeder Brennkammer zugeordneten Saugrohr (30), das an einem Ende in einen der Lufteinlässe (41) mündet und das an einem anderen Ende eine Lufteintrittsöffhung (31) eines Ansaug-Plenums (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Saugrohre (30) eine Impuls-Schalteinheit (32) aufweist, die eine zugeordnete Ansteuervorrichtung (32") aufweist, die in der Lage ist, einen Luftladeimpuls hohen Drucks zu erzeugen, indem die Impuls-Schalteinheit (32) geöffnet und geschlossen wird.
2. Ansaugvomchtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltzeit für das Öffnen und Schließen der Impuls-Schalteinheit (32) im wesentlichen unterhalb von ungefähr 2,5 Millisekunden liegt.
3. Ansaugvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltzeit für das Öffnen und Schließen der Impuls-Schalteinheit (32) im wesentlichen in einem Bereich von 0,5 Millisekunden bis 2,5 Millisekunden liegt.
4. Ansaugvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impuls-Schalteinheit (32) im wesentlichen dicht schließt.
5. Ansaugvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (32") der Impuls-Schalteinheit (32) elektrisch, magnetisch, mechanisch und/oder aus einer Kombination davon erfolgt.
6. Ansaugvorrichtung einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Impuls-Schalteinheit (32) erzeugter Luftladeimpuls einen ini wesentlichen oberhalb von ungefähr 6 bar liegenden Druck aufweist.
7. Ansaugvorrichtung einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Impuls-Schalteinheit (32) erzeugter Luftladeimpuls einen im wesentlichen in einem Bereich von 6 bar bis 20 bar liegenden Druck aufweist.
8. Ansaugvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugvorrichtung ferner eine oder mehrere den Saugrohren (30) zugeordnete stufenlos schaltbare Luftweg-Steuereinheiten (50) aufweist.
9. Ansaugvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugvorrichtung eine Abgasrückführ-Zuführung (34) in das Saugrohr (30) in einem Bereich zwischen der Impuls-Schalteinheit (32) und dem Lufteinlass (41) aufweist.
10. Ansaugvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugvorrichtung ein Drall- und/oder Tumble- Element (35) in dem Saugrohr (30) in einem Bereich zwischen der Impuls-Schalteinheit (32) und dem Lufteinlass (41) aufweist
11. Ansaugvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ansaug-Plenum (20) ein Abgasrückführ- Ventil (23), um Abgas auf den Brennkammern einzuleisten, und/oder ein Turbolader-Ventil (24) aufweist, um eine Turbolader-Aufladung des Ansaug-Plenums (20) mit einem unter Druck stehenden Gas zu ermöglichen.
12. Ansaugvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ansaug-Plenum (20) über eine Luftzuführung (15) durch einen Ansaug-Luftverdichter (10) mit unter Druck stehendem Gas versorgt wird.
13. Ansaugvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei' der Ansaug- Luftverdichter (10) einen Luftfilter (11) umfasst.
14. Ansaugvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführung (15) eine kombinierte Gasmassen- und Gasdruck-Messeinheit (12) aufweist.
15. Ansaugvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck eines Luftladeimpulses in einer Beziehung zu einem Druck eines Gases in dem Ansaug-Plenum (20), eines Drucks eines Gases resultierend aus einer Turbolader- Aufladung und/oder der Schaltzeit der Impuls-Schalteinheit (32) steht.
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