Mit der forschreitenden Entwicklung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbrennungs- motoren 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 Brennkraftmaschinen 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- Sáúganlage 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 Brennkraftmaschine 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 Lufteintrittsöffnung eines Ansaug-Plenums in Verbindung steht. Die Ansaugvorrichtung ist durch je eine Impuls-Schalteinheit in jedem der Saugrohre gekennzeichnet. Die Impuls-Schalteinheiten 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 Ausführungsform 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 Ausführungsform 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 rn13/h bis maximal 1,5 m^3/h, liegt).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Impuls-Schalteinheit mittels eines bzw. einer elektrischen, magnetischen oder mechanischen betriebenen Aktuators bzw.

Ansteuervorrichtung 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 Ausfihrungsform 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 Ausführungsform 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 Ausführungsform schließt der Ansaug-Luftverdichter einen Luftfilter ein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform 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 Brennkraftmaschine bzw. der Impuls-Schalteinheiten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform 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 Ausführungsbeispielen beschrieben, in denen : Fig. l 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 Ausführungsform zeigt ; Fig. 2b eine weitere schematische Darstellung eines Ausschnitts aus in einer Ansaugvor- richtung für eine Brennkraftmaschine in einer erfindungsgemäßen Ausführungs- form zeigt ; Fig. 2c eine weitere schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einer Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt ; Fig. 3a eine Schnittansicht einer Luftweg-Steuereinheit in einer ersten Winkelposition in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt ; Fig. 3b eine Schnittansicht einer Luftweg-Steuereinheit in einer zweiten Winkelposition in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt ; Fig. 3c eine Schnittansicht einer Luftweg-Steuereinheit in einer dritten Winkelposition in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt ; Fig. 3d eine perspektivische Ansicht einer inneren Luft-/Gas-Führvorrichtung aus Fig. 3a bis 3c in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt ; und Fig. 4a eine schematische perspektivische Ansicht einer Kugeldrossel-Ixnpuls-Schalteinheit in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.

Fig. 4b eine schematische perspektivische Ansicht einer Kugelsegment-Impuls- Schalteinheit in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 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 Brennkammern zugeordneten Saugrohr-Abschnitten dient.

Der erste Teilabschnitt, der GaszuEührungs-Abschnitt, umfasst den Ansaug-Luftverdichter 10, einen Luftfilter 11, hier mit einem integrierten Resonator 11', sowie eine kombinierte Luft- massen-und Gasdruck-Messeinheit 12, die über eine Luftzuführung 15 mit dem Ansaug- Plenum 20 verbunden sind.

1 F 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 Luftmasse 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 Brennkammern (Zylindern) der Brennkraftmaschine zugeordneten Saugrohre mit Luft/Gas gespeist werden. Die Darstellung zeigt exemplarisch ein Saugrohr 30, das über die Lufteintrittsöffnung 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 2Q 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 Lufteintrittsöffnung 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 Ausführungsform 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 Öffnungs-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 Lufteintrittsöffnung 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 Zylinderkopf40 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 Kugelsegrnent-Impuls-Schälteinheit 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 Lufteintrittsöffnung 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 Lufteintrittsöffnung 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-Führvorrichtung der in Fig. 3a bis 3c dargestellten Luftweg-Steuereinheit zeigt.

In den Fig. 3a bis 3c ist das Ansaug-Plenum 20 zu erkennen, von dem aus Luft/Gas über eine Lufteinstrittsöffnung 31 in eine Tulpe 54, eine Übergangsöffnung 55 der Tulpe 54 und weiter über einen Mündungskanal 52 und dessen eine Mündungsöffnung 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.

Ferner ist in Fig. 3a zu erkennen, dass sich ein Durchflussquerschnitt der Tulpe 54 ausgehend von dem innenliegenden Ansaug-Plenum 20 in Richtung auf die Mündungsöffnung 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 Umfänge 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 Ausführungsformen 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.

J r 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. 3a 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 Lufteinstrittsöffnung 31 in die Tulpe 54, die Übergangsöffnung 55 der Tulpe 54, und direkt weiter über den Mündungskanal 52 und dessen Mündungsöffnung 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 Lufteinstrittsöffnung 31 in die Tulpe 54, die Übergangsöffnung 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 rechteckförmig, dreieckförmig oder der gleichen) aufweisen, wobei die dargestellte innere Wandung 57 dann ein anderes der Querschnittskontur entsprechendes Ausgestaltungsprofil aufweiset. Die Übergangsöffnung 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 dreieckförmig und der gleichen ausgebildet sein.

Ferner 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 Lufteintrittsöffnung 31 der Tulpe 54 zeigt eine in der Querschnittkontur im wesentlichen rechteckförmige Ausgestaltung aus während wie vorstehend erwähnt die Übergangsöffnung 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 gasförtnigen 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 Klappen- bzw. 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 knpuls-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-Enpuls-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 karlottenförmig 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 Luft- strom-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 Ausfiihrungsbeispiel 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 10 Ansaug-Luftverdichter 11 Luftfilter 11'integrierter Resonator 12 kombinierte Luftmassen-und Gasdruck-Messeinheit 13 Drosselelement 13'kein Drosselelement 13"Drosselklappe 13"'Kugeldrosselelement 15 Luftzuführung 20 Ansaug-Plenum 21 Resonanzvolumen 22 Resonanzelement 23 Abgasrückführ-Ventil 24 Turbolader-Ventil 30 Saugrohr 30'Resonanzbereich 30"Resonanzbereich 30"'Resonanzbereich 31 Lufteintrittsöffnung 32 Impuls-Schalteinheit 32'Kugelsegment-Impuls-Schalteinheit 32"Ansteuervorrichtung 33 Resonanz-Steuereinheit 34 Abgasrückführ-Zuführung 35 Drall-und/oder Tumble-Element 40 Zylinderkopf 41 Lufteinlass 50 stufenlos steuerbare Luftweg-Steuereinheit 51 Drehachse 52 Mündungskanal 52'Mündungsöffnung 53 Drehwinkel 54 Tulpe 55 Übergangsöffnung 56 Ringkanal 57 Innenwand 58 Außenwand 59 Lageraugenausschnitt 60 Tulpenquerschnitt 61 Tulpenquerschnitt 62 Tulpenquerschnitt 64 Dichtungsvorrichtung 65 Dichtungsvorrichtung 70'Kugel-Schaltelement 70"Kugelsegment-Schaltelement 71 erste Außenschale (Halbschale) 72 zweite Außenschale (Halbschale) 73 Gleitlager (Dichtlager) 75 Lagerbereich 76 vordere Steuerkante/Dichtkante 80 Fluideinlass (Flussrichtung) 81 Fluidauslass (Flussrichtung) 82 Drehwinkel