WO2016096813A1 - Luftleitung für einen ansaugtrakt einer verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines kraftwagens - Google Patents

Luftleitung für einen ansaugtrakt einer verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines kraftwagens Download PDF

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WO2016096813A1
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air line
channel
compressor
guide ribs
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Martin Matt
Andrea Schuster
Michael Onischke
Vivak LUCKHCHOURA
Jan SCHÜSSLER
Marco CIGARINI
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Mahle International Gmbh
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an air line for an intake of a
  • Such an air duct comprises at least one air-flow channel, by means of which the air to at least one in the
  • Intake tract downstream of the air duct can be arranged or routed compressor for compressing the air.
  • Air duct arranged. Further, in the intake passage of the compressor is arranged, which is arranged with respect to the flow direction of the air through the air line downstream of the air line. During her operation, the sucks
  • Air line flows through and then compressed by means of the compressor, so that an efficient operation of the internal combustion engine can be displayed.
  • Such an air line can also be found, for example, in DE 10 2010 047 823 A1 as known.
  • Object of the present invention is therefore to provide an air line of the type mentioned, by means of which a particularly efficient operation of the compressor and thus the internal combustion engine can be realized in total.
  • the air duct to have an air guiding device, by means of which a forward flow of the air extending in the direction of the compressor can be influenced while reducing swirling of the air.
  • the air guiding device is not designed for influencing a backward flow of the air away from the compressor, but instead
  • Air guiding device serves to influence the forward flow of the air in the direction of the compressor.
  • turbulence disturbances in an inflow region to the compressor and in particular to a compressor wheel can be kept at least low by means of the louver device, so that a particularly high efficiency of the compressor can be realized, especially in nominal load operation of the internal combustion engine.
  • the louver in particular in nominal load operation or
  • Intake tract can be realized.
  • the air guiding device a plurality of at least partially delimiting the channel wall of the air line to the inside projecting and circumferentially of the air line spaced apart guide ribs for influencing the running in the direction of the compressor
  • the number of guide ribs is preferably kept particularly low.
  • the air guiding device has not more than nine, preferably not more than four, guide ribs.
  • a possible pressure loss disadvantage can at least be avoided or overcompensated in comparison to an ideal routing without narrow radii.
  • the air duct can be configured with very narrow radii, thereby keeping the overall space requirement of the air duct and thus the internal combustion engine with the intake tract as a whole particularly low.
  • the guide ribs are arranged at an outlet end of the channel.
  • the guide ribs are arranged exclusively at this outlet end.
  • the channel may have a curve shape such that it has a curve inside and a curve outside.
  • the guide ribs are then preferably distributed so that they have a greater number on the inside of the curve of the channel and / or in the circumferential direction to each other at a smaller distance than on the curve outside of the channel.
  • Druchströmungswiderstands is an embodiment in which the channel of an inlet port of the air line, through which the air in the
  • the Channel can enter, up to an outlet port of the air line, through which the air can escape from the channel, extending continuously.
  • the channel may be formed by a tubular body of a shell body of the air duct in the
  • a gap is formed radially between the tubular body and shell body.
  • the tubular body can now have a perforation, through which the channel is connected Fludisch with the gap.
  • a silencer can be realized by means of the perforation and the gap. Then the gap forms an expansion chamber. If the intermediate space is also filled with a sound-absorbing material, that is to say with an absorber material, the intermediate space can also form an absorption chamber.
  • the shell body has a port for introducing a gaseous fluid into the air, which is fluidically connected to the gap, so that the fluid through the port, through the gap, through the perforation in the channel and can flow.
  • a homogeneous admixture of the fluid to the air flow can be realized.
  • the fluid is e.g. To exhaust gas, which is supplied as part of an exhaust gas recirculation of the air, or to blow-by gas, which is supplied as part of a crankcase ventilation of the air.
  • the air line can be configured as a blow-by gas inlet device.
  • the tubular body can lead from an inlet connection formed on the shell body of the air duct to an outlet port formed on the shell body. This also results in a reduced flow resistance.
  • Supplying air to the internal combustion engine is suitable and determined, has an air line of the type presented above and a compressor to which the air line is connected on the outlet side.
  • the compressor is expedient part of an exhaust gas turbocharger.
  • the intake section may include an air filter upstream of the air line.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of an air duct according to a first
  • Internal combustion engine with at least one air-flow channel for guiding the air to at least one can be arranged in the intake tract downstream of the air line compressor for
  • the air duct has an air guiding device, by means of which a forward flow of the air extending in the direction of the compressor can be influenced by reducing the turbulence of the air;
  • FIG. 2 shows a detail of a schematic perspective view of the air duct according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a detail of a schematic perspective view of the air duct according to a third embodiment
  • FIG. 4 shows a detail of a schematic perspective view of the air duct according to a fourth embodiment.
  • Fig. 5 is a circuit diagram-like schematic diagram of an internal combustion engine with an intake, in which such an air line is arranged.
  • FIG. 1 shows, in a schematic perspective view, an air duct 10 as a whole, according to a first embodiment, for an intake tract of an internal combustion engine designated by 46 in FIG. 5, which is designated by 48 in FIG. 5.
  • the internal combustion engine 48 sucks air via the intake tract 46, which flows through the intake tract 46 and thus the air line 10.
  • the air line 10 is also referred to as a clean air line.
  • a compressor 52 shown in FIG. 5 is arranged in the intake tract 46, the compressor 52 being arranged downstream of the air line 10 with respect to a flow direction S of the air through the intake tract 46. This means that the air first the air duct 10 and then the
  • Compressor 52 flows through, so that the air is guided or conducted by means of the air line 10 to the compressor 52.
  • the air line 10 comprises a channel 12, through which the air can flow, by means of which the air is led to the compressor 52.
  • the air line 10 in this case has a connection region 14, via which
  • the air duct 10 has a curved course.
  • the air line 10 is constructed with at least one radius.
  • the radius is particularly low, so that the air line 10 is strongly curved.
  • the air is deflected or diverted by means of the air line 10 in comparison to a straight-line flow of the air.
  • the air duct 10 here has a curved course, wherein by the curve shape or curvature of a curve inside 28 and a
  • Curve outside 30 are defined.
  • the compressor 52 as shown in FIG. 5, a compressor housing 56 and a compressor 58, which in the compressor housing 56 about an axis of rotation relative to the
  • Compressor housing 56 is rotatably arranged.
  • the compressor housing 56 has at least one air duct, which in the finished state of the
  • Intake tract 46 is fluidly connected to the channel 12. As a result, the air flowing through the channel 12 out of the channel 12 and into the channel of
  • Compressor housing 56 flow, so that the air through the channel of the Compressor housing 56 is guided to the compressor 58.
  • the compressor wheel 58 has a plurality of compressor blades, which are impinged by the air. The air is compressed by means of the compressor wheel 58.
  • the compressor 52 is a component of an exhaust gas turbocharger 50, which also includes a turbine 54 arranged in an exhaust tract 60 of the internal combustion engine 48.
  • the turbine 54 is driven by exhaust gas of the internal combustion engine 48, wherein the compressor 52 is driven by the turbine 54.
  • energy contained in the exhaust gas can be used to compress the air.
  • Demenschend leads in Fig. 5, the intake manifold 46 to an engine block 62 of
  • Internal combustion engine 48 in which the combustion chambers are located while the exhaust duct 60 leads away from the engine block 62.
  • Internal combustion engine 48 to be able to realize a total of, the air duct 10 a with respect to the flow direction S of the air upstream of the connection portion 14 arranged louver 16, by means of which, while reducing
  • the air guiding device 16 does not serve to influence a reverse flow of the air away from the compressor 52, but the said forward flow of the air is influenced by means of the air guiding device 16.
  • the forward flow has the flow direction S, with which the air, the air duct 10 and its channel 12th
  • the louver 16 has exactly one
  • unwanted turbulence or turbulence of the air can be at least reduced or kept low.
  • the transverse rib 18 extends continuously over a flow cross-section through which the air can flow through the channel 12 and thus the air duct 10.
  • the transverse rib 18 has a straight course and extends, for example, through the center of the preferably at least substantially Circular flow cross section, so that the channel 12 is at least substantially circular in shape at least in the region of the flow cross-section.
  • Air line 10 is limited, wherein the wall is formed for example of a plastic.
  • the transverse rib 18 extends continuously from one region of the wall to an opposite region of the wall, wherein it is preferably provided that the transverse rib 18 is formed integrally with the wall and therefore preferably made of a plastic.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the air duct 10. In the second
  • the louver 16 a plurality of guide ribs 20a-i, which project from the in Fig. 2 at 22 and the channel 12 at least partially delimiting wall of the air duct 10 inwardly.
  • the guide ribs 20a-i are in the radial direction of the air duct 10 and the channel 12 inwardly from the wall 22 and are spaced from each other in the circumferential direction U of the air duct 10.
  • the number of guide ribs 20a-i is low.
  • the air guiding device 16 comprises at most nine guide ribs 20a-i.
  • the guide ribs 20a-i each have an in
  • Circumferential direction U of the air duct 10 extending width of 2.5 millimeters, extending in the radial direction of the air duct 10 and the channel 12 height of 5.75 millimeters and in the flow direction S of the air or in the longitudinal direction of the air duct 10 extending length of 15 millimeters
  • the length is also referred to as the depth of the guide ribs 20a-i.
  • the guide ribs 20a-i have a ratio of their width B to their height H of 2.5 to 5.75.
  • the air guiding device 16 comprises exactly four guide ribs 20a-d, which are unevenly distributed, for example, in the circumferential direction U of the air line 10.
  • the guide rib 20a and the guide rib 20c each have a width of 2.5 millimeters, a height of 10 millimeters and a length
  • the guide ribs 20b and 20d preferably have a width of 2.5 millimeters, a height of 10 millimeters and a length or depth of 10 millimeters. This means that the guide ribs 20a-d of the third embodiment have a ratio of their width to their height of 0.25. It was surprisingly found that thereby the
  • Forward flow of the air can be influenced particularly advantageous.
  • the respective guide ribs 20a-d have a length or depth in a range of up to and including 10 millimeters
  • Fig. 4 shows a fourth embodiment of the air duct 10, which basically corresponds to the third embodiment.
  • the outer guide ribs 20a and 20c are spaced at most 1 10 degrees.
  • the outer guide ribs 20a and 20c with the central axis 24 of the narrowest inner radius of the air duct 10 include a respective angle ⁇ of at most 1 10 degrees.
  • the guide ribs 20a and 20b form a first Leitrippenpan, wherein the guide ribs 20c and 20d form a second Leitrippencover.
  • the guide ribs 20c and 20d it is illustrated that the respective guide ribs 20c and 20d or 20a and 20b of the respective guide rib pair are spaced apart by an angle ⁇ of 40 degrees.
  • the guide ribs 20a and 20b or 20c and 20d are spaced apart by 40 degrees relative to the circumference of the air duct 10, whereby the forward flow of the air can be influenced in a particularly advantageous manner.
  • louver 16 flow separations with turbulence in front of the compressor 52, in particular the compressor inlet, can be kept at least low or avoided.
  • turbulence in the compressor 52 itself can be avoided or minimized, so that a particularly efficient operation of the compressor 52 and the internal combustion engine 48 can be represented.
  • the air duct 10 with a particularly small radius that is, with a strong curvature, be designed to keep their space requirements low.
  • the guide ribs 20a-d lead to a higher pressure loss upstream of the compressor 52 and to a lower pressure loss downstream of the compressor 52 and thus to a higher one Pressure ratio and a higher efficiency.
  • the boost pressure at the outlet of the compressor 52 is thus higher with simultaneous lower compressor power.
  • the compressor 52 can be operated with a particularly high efficiency, so that a particularly efficient and fuel-efficient operation of the internal combustion engine 48 can be realized.
  • the guide ribs 20a-i are preferably distributed in the circumferential direction U such that a larger number of guide ribs 20a-i are arranged on the inside of the curve 28 than on the outside of the curve 30. Additionally or alternatively, too be provided that the guide ribs 20a-i are arranged on the inside of the curve 28 with a greater density, ie with kelieneren distances from one another in the circumferential direction U than on the outside of the curve 30. In particular, an embodiment is conceivable in which only at the
  • Tubular body 32 is formed, which is enclosed by a shell body 34 of the air duct 10 in the circumferential direction U. This is done so that radially between
  • the tubular body 32 is also provided with a perforation 40 through which the 12 channel is fludically connected to the gap 36.
  • the pipe body 32 expediently leads from an inlet connection 42 of the air duct 10 formed on the shell body 34 to an outlet connection 44 formed on the shell body 34. This also results in a reduced one
  • the shell body 34 has a port 38 for introducing a gaseous fluid into the air, which is fluidly connected to the gap 36, so that the fluid through the port 38, through the gap 36, through the Perforation 40 in the tubular body 32 and in the channel 12 and can flow.
  • the fluid is e.g. to exhaust gas, which is supplied as part of an exhaust gas recirculation of the air, or to blow-by gas, in the context of a
  • crankcase ventilation is supplied to the air.
  • a crankcase ventilation is shown and designated 64.
  • a blow-by-gas line 66 leads to the air line 10.
  • the air line 10 can be designed as a blow-by gas inlet device.
  • the crankcase breather 64 also has an oil mist separation, not shown here.
  • the intake tract 46 of the internal combustion engine 48 which is suitable and intended for supplying air to the internal combustion engine 48, contains the air line 10 and the compressor 52, to which the air line 10 is connected on the outlet side.
  • the intake tract 46 includes an air filter 68 upstream of the air line 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftleitung (10) für einen Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem von Luft durchströmbaren Kanal (12) zum Führen der Luft zu wenigstens einem in dem Ansaugtrakt stromab der Luftleitung (10) anordenbaren Verdichter zum Verdichten der Luft, wobei die Luftleitung (10) eine Luftleiteinrichtung (16) aufweist, mittels welcher unter Reduzieren von Verwirbelungen der Luft eine in Richtung des Verdichters verlaufende Vorwärtsströmung der Luft beinflussbar ist.

Description

LUFTLEITUNG FÜR EINEN ANSAUGTRAKT EINER VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE,
INSBESONDERE EINES KRAFTWAGENS
Die Erfindung betrifft eine Luftleitung für einen Ansaugtrakt einer
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 .
Derartige Luftleitungen für Ansaugtrakte von Verbrennungskraftmaschinen,
insbesondere für Kraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Eine solche Luftleitung umfasst wenigstens einen von Luft durchströmbaren Kanal, mittels welchem die Luft zu wenigstens einem in dem
Ansaugtrakt stromab der Luftleitung anordenbaren Verdichter zum Verdichten der Luft geführt beziehungsweise geleitet wird. Mit anderen Worten ist im vollständig
hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine in dem Ansaugtrakt die
Luftleitung angeordnet. Ferner ist in dem Ansaugtrakt der Verdichter angeordnet, welcher bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch die Luftleitung stromab der Luftleitung angeordnet ist. Während ihres Betriebs saugt die
Verbrennungskraftmaschine Luft über den Ansaugtrakt an, wobei diese Luft die
Luftleitung durchströmt und anschließend mittels des Verdichters verdichtet wird, sodass ein effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine darstellbar ist. Eine solche Luftleitung ist beispielsweise auch der DE 10 2010 047 823 A1 als bekannt zu entnehmen.
Verbrennungskraftmaschinen weisen üblicherweise eine kompakte Bauweise auf, um den Bauraumbedarf der Verbrennungskraftmaschinen gering zu halten. Bedingt durch diese kompakte Bauweise sind die Luftleitungen, welche auch als Reinluftleitungen bezeichnet werden, vor allem im Anströmbereich des Verdichters mit engen Radien konstruiert. Es hat sich gezeigt, dass trotz optimaler Auslegung der Luftleitung vor allem im Nennlastbereich der Verbrennungskraftmaschine strömungsbedingte Ablösungen beziehungsweise Turbulenzen in der Luftleitung auftreten können, welche zu einer Verminderung des Verdichterwirkungsgrades führen. Die Folge ist, dass die
grundsätzlich maximal mögliche Nennleistung der Verbrennungskraftmaschine nicht erreicht wird. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Luftleitung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher sich ein besonders effizienter Betrieb des Verdichters und somit der Verbrennungskraftmaschine insgesamt realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird durch eine Luftleitung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Luftleitung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welcher sich ein besonders effizienter Betrieb des Verdichters und somit der Verbrennungskraftmaschine insgesamt realisieren lässt, ist es
erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Luftleitung eine Luftleiteinrichtung aufweist, mittels welcher unter Reduzieren von Verwirbelungen der Luft eine in Richtung des Verdichters verlaufende Vorwärtsströmung der Luft beeinflussbar ist. Mit anderen Worten ist die Luftleiteinrichtung nicht etwa zum Beeinflussen einer von dem Verdichter weg verlaufenden Rückwärtsströmung der Luft ausgebildet, sondern die
Luftleiteinrichtung dient zum Beeinflussen der in Richtung des Verdichters verlaufenden Vorwärtsströmung der Luft. Mittels der Luftleiteinrichtung können dabei insbesondere Turbulenzstörungen in einem Anströmbereich zum Verdichter und insbesondere zu einem Verdichterrad dieses zumindest gering gehalten werden, sodass sich ein besonders hoher Wirkungsgrad des Verdichters vor allem im Nennlastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt. Mit anderen Worten ist es mittels der Luftleiteinrichtung möglich, insbesondere im Nennlastbetrieb beziehungsweise
Nennlastfall eine Ablösung und Turbulenzen der Strömung der Luft in der Luftleitung insbesondere im Bereich ihres kleinsten Radius zumindest gering zu halten oder zu verhindern, sodass ein besonders vorteilhaftes Druckverhältnis zwischen einem Bereich stromauf des Verdichters und einem Bereich stromab des Verdichters in dem
Ansaugtrakt realisiert werden kann. Insbesondere ist es möglich, eine besonders vorteilhafte Anstromung von Verdichterschaufeln des Verdichters zu realisieren, woraus eine besonders hohe Druckdifferenz resultiert, was wiederum zu einem hohen
Wirkungsgrad des Verdichters führt. Insbesondere kann eine vorteilhafte Anstromung von Randbereichen der Verdichterschaufeln realisiert werden. Insgesamt ist es somit möglich, einen besonders hohen Wirkungsgrad des Verdichters und somit eine besonders hohe mögliche Leistung der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Luftleiteinrichtung eine Mehrzahl von von einer den Kanal zumindest teilweise begrenzenden Wandung der Luftleitung nach innen abstehenden und in Umfangsrichtung der Luftleitung voneinander beabstandeten Leitrippen zum Beeinflussen der in Richtung des Verdichters verlaufenden
Vorwärtsströmung aufweist. Dabei wird die Anzahl der Leitrippen vorzugsweise besonders gering gehalten.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Luftleiteinrichtung höchstens neun, vorzugsweise höchstens vier, Leitrippen aufweist. Durch die Minimierung und optimale Auslegung der Leitrippen insbesondere im Anströmbereich zum Verdichter kann ein möglicher Druckverlustnachteil zumindest vermieden oder überkompensiert werden im Vergleich zu einer idealen Leitungsführung ohne enge Radien. Insbesondere ist es durch gezielte Positionierung der Leitrippen möglich, im Lastfall entstehende Ablösungserscheinungen und Turbulenzen der Strömung der Luft zumindest gering zu halten oder zu vermeiden, sodass sich ein besonders hoher Wirkungsgrad des
Verdichters realisieren lässt. Gleichzeitig kann die Luftleitung mit sehr engen Radien ausgestaltet werden, um dadurch den Bauraumbedarf der Luftleitung und somit der Verbrennungskraftmaschine mit dem Ansaugtrakt insgesamt besonders gering zu halten. Dadurch, dass die Anzahl der Leitrippen besonders gering gehalten wird, kann auch ein übermäßiger Druckverlust vermieden werden, sodass sich eine besonders hohe Leistung der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Leitrippen in Umfangsrichtung der Luftleitung ungleichmäßig verteilt sind.
Zweckmäßig kann vorgesehen sein, dass die Leitrippen an einem Austrittsende des Kanals angeordnet sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Leitrippen ausschließlich an diesem Austrittsende angeordnet sind.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Kanal eine Kurvenform besitzen, so dass er eine Kurveninnenseite und eine Kurvenaußenseite aufweist. Die Leitrippen sind dann bevorzugt so verteilt, dass sie an der Kurveninnenseite des Kanals eine größere Anzahl und/oder in der Umfangsrichtung zueinander einen geringeren Abstand aufweisen als an der Kurvenaußenseite des Kanals. Hierdurch läßt sich die Ablenkungswirkung der
Kurvenform mittels der Leitrippen in der Luftströmung wieder ausgleichen.
Vorteilhaft hinsichtlich des Druchströmungswiderstands ist eine Ausgestaltung, bei der sich der Kanal von einem Einlassanschluss der Luftleitung, durch den die Luft in den
Kanal eintreten kann, bis zu einem Auslassanschluss der Luftleitung, durch den die Luft aus dem Kanal austreten kann, durchgehend erstreckt. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Kanal durch einen Rohrkörper gebildet sein, der von einem Schalenkörper der Luftleitung in der
Umfangsrichtung umschlossen ist, wobei radial zwischen Rohrkörper und Schalenkörper ein Zwischenraum ausgebildet ist. Der Rohrkörper kann nun eine Perforation aufweisen, durch die der Kanal fludisch mit dem Zwischenraum verbunden ist. Im einfachsten Fall kann mittels der Perforation und dem Zwischenraum ein Schalldämpfer realisiert werden. Dann bildet der Zwischenraum eine Expansionskammer. Wenn der Zwischenraum außerdem mit einem Schallschluckstoff, also mit einem Absorbermaterial, befüllt ist, kann der Zwischenraum auch eine Absorptionskammer bilden.
Bevorzugt ist jedoch eine Weiterbildung, bei welcher der Zwischenraum in
Umfangsrichtung verteilten Einleitung eines anderen gasförmigen Fluids genutzt wird. Dann weist der Schalenkörper einen Anschluss zum Einleiten eines gasförmigen Fluids in die Luft auf, der mit dem Zwischenraum fluidisch verbunden ist, so dass das Fluid durch den Anschluss, durch den Zwischenraum, durch die Perforation in den Kanal und einströmen kann. Hierdurch läßt sich eine homogene Zumischung des Fluids zur Luftströmung realisieren. Bei dem Fluid handelt es sich z.B. um Abgas, das im Rahmen einer Abgasrückführung der Luft zugeführt wird, oder um Blow-By-Gas, das im Rahmen einer Kurbelgehäuseentlüftung der Luft zugeführt wird. Insbesondere kann daher die Luftleitung als Blow-By-Gas-Einleiteinrichtung ausgestaltet sein.
Bei einer anderen Weiterbildung kann der Rohrkörper von einem am Schalenkörper ausgebildeten Einlassanschluss der Luftleitung bis zu einem am Schalenkörper ausgebildeten Auslassanschluss führen. Hierdurch ergibt sich ebenfalls ein reduzierter Durchströmungswiderstand.
Ein erfindungsgemäßer Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine, der zum
Zuführen von Luft zur Verbrennungskraftmaschine geeignet und bestimmt ist, besitzt eine Luftleitung der vorstehend vorgestellten Art und einen Verdichter, an den die Luftleitung austrittsseitig angeschlossen ist. Mithilfe der Luftleiteinrichtung läßt sich die Zuströmung zum Verdichter verbessern. Der Verdichter ist zweckmäßig Bestandteil eines Abgasturboladers. Der Ansaugtrakt kann stromauf der Luftleitung ein Luftfilter enthalten. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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 Perspektivansicht einer Luftleitung gemäß einer ersten
Ausführungsform für einen Ansaugtrakt einer
Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem von Luft durchströmbaren Kanal zum Führen der Luft zu wenigstens einem in dem Ansaugtrakt stromab der Luftleitung anordenbaren Verdichter zum
Verdichten der Luft, wobei die Luftleitung eine Luftleiteinrichtung aufweist, mittels welcher unter Reduzieren von Verwirbelungen der Luft eine in Richtung des Verdichters verlaufende Vorwärtsströmung der Luft beeinflussbar ist;
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht der Luftleitung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht der Luftleitung gemäß einer dritten Ausführungsform;
Fig. 4 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht der Luftleitung gemäß einer vierten Ausführungsform; und
Fig. 5 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugtrakt, in dem eine solche Luftleitung angeordnet ist.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Luftleitung gemäß einer ersten Ausführungsform für einen in Fig. 5 mit 46 bezeichneten Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine, die in Fig. 5 mit 48 bezeichnet ist.
Während ihres Betriebs saugt die Verbrennungskraftmaschine 48 über den Ansaugtrakt 46 Luft an, welche den Ansaugtrakt 46 und somit die Luftleitung 10 durchströmt. Die Luftleitung 10 wird dabei auch als Reinluftleitung bezeichnet. Im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine 48 ist im Ansaugtrakt 46 ein in Fig. 5 gezeigter Verdichter 52 angeordnet, wobei der Verdichter 52 bezogen auf eine Strömungsrichtung S der Luft durch den Ansaugtrakt 46 stromab der Luftleitung 10 angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Luft zunächst die Luftleitung 10 und daran anschließend den
Verdichter 52 durchströmt, sodass die Luft mittels der Luftleitung 10 zum Verdichter 52 geführt beziehungsweise geleitet wird. Hierzu umfasst die Luftleitung 10 einen von der Luft durchströmbaren Kanal 12, mittels welchem die Luft zum Verdichter 52 geleitet wird.
Die Luftleitung 10 weist dabei einen Anschlussbereich 14 auf, über welchen
beziehungsweise in welchem die Luftleitung 10 - im fertig hergestellten Zustand des Ansaugtrakts 46 - fluidisch mit dem Verdichter 52 verbunden beziehungsweise verbindbar ist.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass die Luftleitung 10 einen gekrümmten Verlauf aufweist. Hierzu ist die Luftleitung 10 mit wenigstens einem Radius konstruiert. Um den
Bauraumbedarf der Luftleitung 10 und somit des Ansaugtrakts 46 insgesamt gering zu halten, ist der Radius besonders gering, sodass die Luftleitung 10 stark gekrümmt ist. Durch diese gekrümmte Ausgestaltung der Luftleitung 10 wird die Luft mittels der Luftleitung 10 umgelenkt beziehungsweise umgeleitet im Vergleich zu einer geradlinigen Strömung der Luft. Insoweit besitzt die Luftleitung 10 hier einen kurvenförmigen Verlauf, wobei durch die Kurvenform bzw. Krümmung eine Kurveninnenseite 28 und eine
Kurvenaußenseite 30 definiert sind.
Der Verdichter 52 weist gemäß Fig. 5 ein Verdichtergehäuse 56 und ein Verdichterrad 58 auf, welches in dem Verdichtergehäuse 56 um eine Drehachse relativ zu dem
Verdichtergehäuse 56 drehbar angeordnet ist. Das Verdichtergehäuse 56 weist wenigstens einen Luftkanal auf, welcher im fertig hergestellten Zustand des
Ansaugtrakts 46 fluidisch mit dem Kanal 12 verbunden ist. Dadurch kann die den Kanal 12 durchströmende Luft aus dem Kanal 12 aus- und in den Kanal des
Verdichtergehäuses 56 einströmen, sodass die Luft mittels des Kanals des Verdichtergehäuses 56 zu dem Verdichterrad 58 geführt wird. Das Verdichterrad 58 weist eine Mehrzahl von Verdichterschaufeln auf, welche von der Luft angeströmt werden. Dabei wird die Luft mittels des Verdichterrads 58 verdichtet.
Der Verdichter 52 ist eine Komponente eines Abgasturboladers 50, welcher auch eine in einem Abgastrakt 60 der Verbrennungskraftmaschine 48 angeordnete Turbine 54 umfasst. Die Turbine 54 ist dabei von Abgas der Verbrennungskraftmaschine 48 antreibbar, wobei der Verdichter 52 von der Turbine 54 antreibbar ist. Dadurch kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden. Demensprechend führt in Fig. 5 der Ansaugtrakt 46 zu einem Motorblock 62 der
Verbrennungskraftmaschine 48, in dem sich deren Brennräume befinden, während der Abgastrackt 60 vom Motorblock 62 wegführt.
Um nun einen besonders wirkungsgradgünstigen und somit effizienten Betrieb des Verdichters 52 und somit des Abgasturboladers 50 sowie der
Verbrennungskraftmaschine 48 insgesamt realisieren zu können, weist die Luftleitung 10 eine bezogen auf die Strömungsrichtung S der Luft stromauf des Anschlussbereichs 14 angeordnete Luftleiteinrichtung 16 auf, mittels welcher unter Reduzieren von
Verwirbelungen der Luft in der Luftleitung 10 eine in Richtung des Verdichters
verlaufende Vorwärtsströmung der Luft beeinflussbar ist. Mit anderen Worten dient die Luftleiteinrichtung 16 nicht zum Beeinflussen einer von dem Verdichter 52 weg verlaufenden Rückwärtsströmung der Luft, sondern die genannte Vorwärtsströmung der Luft wird mittels der Luftleiteinrichtung 16 beeinflusst. Die Vorwärtsströmung besitzt die Strömungsrichtung S, mit der die Luft die Luftleitung 10 bzw. deren Kanal 12
durchströmt.
Bei der ersten Ausführungsform weist die Luftleiteinrichtung 16 genau eine
durchgehende Querrippe 18 auf, mittels welcher die Vorwärtsströmung der Luft beeinflusst wird, wodurch ein Ablösen der Luft von der Luftleitung 10 sowie
unerwünschte Verwirbelungen beziehungsweise Turbulenzen der Luft zumindest reduziert oder gering gehalten werden können.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass sich die Querrippe 18 durchgängig über einen von der Luft durchströmbaren Strömungsquerschnitt des Kanals 12 und somit der Luftleitung 10 erstreckt. Dabei weist die Querrippe 18 einen geraden Verlauf auf und erstreckt sich beispielsweise durch den Mittelpunkt des vorzugsweise zumindest im Wesentlichen kreisrunden Strömungsquerschnitts, sodass der Kanal 12 zumindest im Bereich des Strömungsquerschnitts zumindest im Wesentlichen kreisrund ausgebildet ist.
Im Bereich des Strömungsquerschnitts ist der Kanal 12 von einer Wandung der
Luftleitung 10 begrenzt, wobei die Wandung beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet ist. Die Querrippe 18 erstreckt sich dabei durchgängig von einem Bereich der Wandung zu einem gegenüberliegenden Bereich der Wandung, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Querrippe 18 einstückig mit der Wandung ausgebildet und demzufolge vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Luftleitung 10. Bei der zweiten
Ausführungsform weist die Luftleiteinrichtung 16 eine Mehrzahl von Leitrippen 20a-i auf, welche von der in Fig. 2 mit 22 bezeichneten und den Kanal 12 zumindest teilweise begrenzenden Wandung der Luftleitung 10 nach innen abstehen. Dabei stehen die Leitrippen 20a-i in radialer Richtung der Luftleitung 10 beziehungsweise des Kanals 12 nach innen von der Wandung 22 ab und sind in Umfangsrichtung U der Luftleitung 10 voneinander beabstandet. Um einen durch die Luftleiteinrichtung 16 bewirkten
Druckverlust zumindest gering zu halten, ist die Anzahl der Leitrippen 20a-i gering.
Vorliegend umfasst die Luftleiteinrichtung 16 höchstens neun Leitrippen 20a-i.
Bei der zweiten Ausführungsform weisen die Leitrippen 20a-i jeweils eine in
Umfangsrichtung U der Luftleitung 10 verlaufende Breite von 2,5 Millimetern, eine in radialer Richtung der Luftleitung 10 beziehungsweise des Kanals 12 verlaufende Höhe von 5,75 Millimetern und eine in Strömungsrichtung S der Luft beziehungsweise in Längserstreckungsrichtung der Luftleitung 10 verlaufende Länge von 15 Millimetern auf, wobei die Länge auch als Tiefe der Leitrippen 20a-i bezeichnet wird. Bei der zweiten Ausführungsform weisen somit die Leitrippen 20a-i ein Verhältnis aus ihrer Breite B zu ihrer Höhe H von 2,5 zu 5,75 auf.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Luftleitung 10, wobei die Luftleiteinrichtung 16 genau vier Leitrippen 20a-d umfasst, welche beispielsweise in Umfangsrichtung U der Luftleitung 10 ungleichmäßig verteilt sind. Bei der dritten Ausführungsform ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Leitrippe 20a und die Leitrippe 20c jeweils eine Breite von 2,5 Millimetern, eine Höhe von 10 Millimetern und eine Länge
beziehungsweise Tiefe von 15 Millimetern aufweisen. Die Leitrippen 20b und 20d weisen vorzugsweise eine Breite von 2,5 Millimetern, eine Höhe von 10 Millimetern und eine Länge beziehungsweise Tiefe von 10 Millimetern auf. Dies bedeutet, dass die Leitrippen 20a-d der dritten Ausführungsform ein Verhältnis aus ihrer Breite zu ihrer Höhe von 0,25 aufweisen. Es wurde nämlich überraschend gefunden, dass sich hierdurch die
Vorwärtsströmung der Luft besonders vorteilhaft beeinflussen lässt.
Als vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die jeweiligen Leitrippen 20a-d eine Länge beziehungsweise Tiefe in einem Bereich von einschließlich 10 Millimetern bis
einschließlich 50 Millimetern aufweisen, wobei sich die Vorwärtsströmung der Luft bei einer Tiefe beziehungsweise Länge von 15 Millimetern besonders vorteilhaft
beeinflussen lässt.
Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Luftleitung 10, welche grundsätzlich der dritten Ausführungsform entspricht. In Fig. 4 ist eine Mittelachse 24 des engsten
Innenradius der Luftleitung 10 gezeigt. Bezogen auf diese Mittelachse 24 sind die äußeren Leitrippen 20a und 20c höchstens 1 10 Grad beabstandet. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die äußeren Leitrippen 20a und 20c mit der Mittelachse 24 des engsten Innenradius der Luftleitung 10 einen jeweiligen Winkel α von höchstens 1 10 Grad einschließen.
Darüber hinaus bilden die Leitrippen 20a und 20b ein erstes Leitrippenpaar, wobei die Leitrippen 20c und 20d ein zweites Leitrippenpaar bilden. Anhand der Leitrippen 20c und 20d ist veranschaulicht, dass die jeweiligen Leitrippen 20c und 20d beziehungsweise 20a und 20b des jeweiligen Leitrippenpaares um einen Winkel ß von 40 Grad voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten sind die Leitrippen 20a und 20b beziehungsweise 20c und 20d bezogen auf den Kreisumfang der Luftleitung 10 um 40 Grad voneinander beabstandet, wodurch die Vorwärtsströmung der Luft besonders vorteilhaft beeinflusst werden kann.
Mittels der Luftleiteinrichtung 16 können Strömungsablösungen mit Verwirbelungen vor dem Verdichter 52, insbesondere dessen Verdichtereintritt, zumindest gering gehalten oder vermieden werden. Darüber hinaus können Verwirbelungen im Verdichter 52 selbst vermieden oder gering gehalten werden, sodass sich ein besonders effizienter Betrieb des Verdichters 52 und der Verbrennungskraftmaschine 48 darstellen lässt. Gleichzeitig kann die Luftleitung 10 mit einem besonders geringen Radius, das heißt mit einer starken Krümmung, ausgestaltet werden, um ihren Bauraumbedarf gering zu halten. Im Vergleich zur Luftleitung 10 ohne die Leitrippen 20a-i beziehungsweise 20a-d führen die Leitrippen 20a-d zu einem höheren Druckverlust stromauf des Verdichters 52 und zu einem geringeren Druckverlust stromab des Verdichters 52 und somit zu einem höheren Druckverhältnis und einem höheren Wirkungsgrad. Der Ladedruck am Austritt des Verdichters 52 ist somit höher bei gleichzeitiger niedrigerer Verdichterleistung. Insgesamt kann somit der Verdichter 52 mit einem besonders hohen Wirkungsgrad betrieben werden, sodass sich auch ein besonders effizienter und kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 48 realisieren lässt.
Sofern die Luftleitung 10 wie hier eine Kurvenform besitzt, sind die Leitrippen 20a-i vorzugsweise in der Umfangsrichtung U so verteilt, dass an der Kurveninnenseite 28 eine größere Anzahl an Leitrippen 20a-i angeordnet ist als an der Kurvenaußenseite 30. Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Leitrippen 20a-i an der Kurveninnenseite 28 mit einer größeren Dichte, also mit kelieneren Abständen zueinander in der Umfangsrichtung U angeordnet sind als an der Kurvenaußenseite 30. Insbesondere ist dabei auch eine Ausführungsform denkbar, bei der nur an der
Kurveninnenseite 28 solche Leitrippen 20a. -i angeordnet sind.
Ferner ist zweckmäßig vorgesehen, dass die Leitrippen 20a-i bevorzugt oder
ausschließlich an einem Austrittsende 26 der Luftleitung 10 angeordnet sind.
Wie sich in der Zusammenschau der Fig. 1 bis 4 ergibt, kann gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Kanal 12 durch einen
Rohrkörper 32 gebildet ist, der von einem Schalenkörper 34 der Luftleitung 10 in der Umfangsrichtung U umschlossen ist. Dabei erfolgt dies so, dass radial zwischen
Rohrkörper 32 und Schalenkörper 34 ein Zwischenraum 36 ausgebildet wird. Der Rohrkörper 32 ist außerdem mit einer Perforation 40 ausgestattet, durch die der 12 Kanal fludisch mit dem Zwischenraum 36 verbunden ist.
Zweckmäßig führt der Rohrkörper 32 von einem am Schalenkörper 34 ausgebildeten Einlassanschluss 42 der Luftleitung 10 bis zu einem am Schalenkörper 34 ausgebildeten Auslassanschluss 44. Hierdurch ergibt sich ebenfalls ein reduzierter
Durchströmungswiderstand.
Im gezeigten Beispiel ist ferner vorgesehen, dass der Zwischenraum 36 zur in
Umfangsrichtung U verteilten Einleitung eines anderen gasförmigen Fluids genutzt wird. Dementsprechend weist der Schalenkörper 34 einen Anschluss 38 zum Einleiten eines gasförmigen Fluids in die Luft auf, der mit dem Zwischenraum 36 fluidisch verbunden ist, so dass das Fluid durch den Anschluss 38, durch den Zwischenraum 36, durch die Perforation 40 in den Rohrkörper 32 bzw. in den Kanal 12 und einströmen kann.
Hierdurch läßt sich eine homogene Zumischung des Fluids zur Luftströmung realisieren. Bei dem Fluid handelt es sich z.B. um Abgas, das im Rahmen einer Abgasrückführung der Luft zugeführt wird, oder um Blow-By-Gas, das im Rahmen einer
Kurbelgehäuseentlüftung der Luft zugeführt wird. Im Beispiel der Fig. 5 ist eine solche Kurbelgehäuseentlüftung dargestellt und mit 64 bezeichnet. Erkennbar führt eine Blow- By-Gas-Leitung 66 zur Luftleitung 10. Insbesondere kann daher die Luftleitung 10 als Blow-By-Gas-Einleiteinrichtung ausgestaltet sein. Die Kurbelgehäuseentlüftung 64 weist außerdem eine hier nicht gezeigte Ölnebelabscheidung auf.
Der Ansaugtrakt 46 der Verbrennungskraftmaschine 48, der zum Zuführen von Luft zur Verbrennungskraftmaschine 48 geeignet und bestimmt ist, enthält die Luftleitung 10 und den Verdichter 52, an den die Luftleitung 10 austrittsseitig angeschlossen ist. Der Ansaugtrakt 46 enthält stromauf der Luftleitung 10 ein Luftfilter 68.

Claims

Patentansprüche
1 . Luftleitung (10) für einen Ansaugtrakt (46) einer Verbrennungskraftmaschine (48), mit wenigstens einem von Luft durchströmbaren Kanal (12) zum Führen der Luft zu wenigstens einem in dem Ansaugtrakt (46) stromab der Luftleitung (10) anordenbaren Verdichter (52) zum Verdichten der Luft,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftleitung (10) eine Luftleiteinrichtung (16) aufweist, mittels welcher unter Reduzieren von Verwirbelungen der Luft eine in Richtung des Verdichters (52) verlaufende Vorwärtsströmung der Luft beinflussbar ist.
2. Luftleitung (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftleiteinrichtung (16) eine Mehrzahl von von einer den Kanal (12) zumindest teilweise begrenzenden Wandung (22) der Luftleitung (10) nach innen
abstehenden und in Umfangsrichtung (U) der Luftleitung (10) voneinander beabstandeten Leitrippen (20a-i) aufweist.
3. Luftleitung (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftleiteinrichtung (16) höchstens neun, insbesondere vier, Leitrippen (20a-i) aufweist.
4. Luftleitung (10) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei der Leitrippen (20a-i) in Umfangsrichtung (U) der Luftleitung (10) um 40 Grad voneinander beabstandet sind.
5. Luftleitung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine der Leitrippen (20a-i) von der Mittelachse (24) des engsten Innenradius der Luftleitung (10) um höchstens 1 10 Grad beabstandet ist.
6. Luftleitung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitrippen (20a-i) ein Verhältnis aus ihrer in Umfangsrichtung (U) der Luftleitung (10) verlaufender Breite zu ihrer in radialer Richtung der Luftleitung (10) verlaufenden Höhe von 0,25 aufweisen.
7. Luftleitung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitrippen (20a-i) eine in Strömungsrichtung (S) der Luft verlaufende Länge von höchstens 15 Millimetern aufweisen.
8. Luftleitung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitrippen (20a-i) an einem Austrittsende (26) des Kanals (12) angeordnet sind.
9. Luftleitung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Kanal (12) eine Kurvenform besitzt,
- die Leitrippen (20a-i) an einer Kurveninnenseite (28) des Kanals (12) eine größere Anzahl und/oder in der Umfangsrichtung (U) zueinander einen geringeren Abstand aufweisen als an einer Kurvenaußenseite (30) des Kanals (12).
10. Luftleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Kanal (12) von einem Einlassanschluss (42) der Luftleitung (10), durch den die Luft in den Kanal (12) eintreten kann, bis zu einem Auslassanschluss (44) der Luftleitung (10), durch den die Luft aus dem Kanal (12) austreten kann, durchgehend erstreckt.
1 1 . Luftleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Kanal (12) durch einen Rohrkörper (32) gebildet ist, der von einem
Schalenkörper (34) in der Umfangsrichtung (U) umschlossen ist,
- radial zwischen Rohrkörper (32) und Schalenkörper (34) ein Zwischenraum (36) ausgebildet ist,
- der Rohrkörper (32) eine Perforation (40) aufweist, durch die der Kanal (12) fludisch mit dem Zwischenraum (36) verbunden ist.
12. Luftleitung (10) nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schalenkörper (34) einen Anschluss (38) zum Einleiten eines gasförmigen Fluids in die Luft aufweist, der mit dem Zwischenraum (37) fluidisch verbunden ist, so dass das Fluid durch den Anschluss (38), durch den Zwischenraum (36), durch die Perforation (40) in den Kanal (12) einströmen kann.
13. Luftleitung (10) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftleitung (10) als Blow-By-Gas-Einleiteinrichtung ausgestaltet ist.
14. Luftleitung (10) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rohrkörper (32) von einem am Schalenkörper (34) ausgebildeten
Einlassanschluss (42) der Luftleitung (10) bis zu einem am Schalenkörper (34) ausgebildeten Auslassanschluss (44) führt.
15. Ansaugtrakt (46) einer Verbrennungskraftmaschine (48) zum Zuführen von Luft zur Verbrennungskraftmaschine (48),
- mit einer Luftleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- mit einem Verdichter (52), an den die Luftleitung (10) austrittsseitig
angeschlossen ist.
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