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Die Erfindung betrifft eine Kanalschaltvorrichtung für mindestens einen Strömungskanal, insbesondere für mindestens einen Einlasskanal einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einer mit einer Klappenwelle fest verbundenen Drosselklappe, wobei die Klappenwelle in einem Klappeneinsatz gelagert ist, welcher in den Strömungskanal zwischengeschaltet ist.
Kanalschaltvorrichtung dieser Art werden beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit zwei Einlasskanälen pro Zylinder zur Abschaltung eines Einlasskanales verwendet, um eine Ladungsbewegung im Zylinder zu verändern.
Aus der DE 39 42 637 Al ist eine Brennkraftmaschine mit einer Kanalschaltvorrichtung bekannt, welche einen zwischen Einlassleitung und im Zylinderkopf angeordneten Einlasskanälen eingeflanschten Klappeneinsatz für mehrere auf einer Klappenwelle angeordnete Wirbelsteuerventile aufweist. Auch die EP 0 675 274 Al offenbart einen ähnlichen zwischen Zylinderkopf und Einlasssammler angeordneten Klappeneinsatz mit einer mehrere Drosselklappen aufweisenden Klappenwelle. Der Klappeneinsatz ist auch hier zwischen Zylinderkopf und Einlasssammler eingeflanscht.
Die US 4, 768, 487 A beschreibt ein Einlasssystem für eine Brennkraftmaschine mit einem zwischen Einlasssammler und Zylinderkopf angeordneten Klappeneinsatz, wobei der Klappeneinsatz auch Aufnahmebutzen für Einspritzeinrichtungen aufweist. Auch die US 4, 907, 547 A offenbart einen ähnlichen Klappeneinsatz mit einer im Klappeneinsatz drehbar gelagerten Klappenwelle.
Den bekannten Klappeneinsätzen ist gemeinsam, dass sie im wesentlichen als Zwischenflansch zwischen Einlassrohren und Einlasskanälen ausgebildet sind, wobei Dichtflächen sowohl gegenüber dem Einlasssammler, als auch gegenüber dem Zylinderkopf erforderlich sind. Die Befestigung erfolgt dabei über separate Schrauben oder zusammen mit der Befestigung des Einlasssammlers. Dadurch, dass der Klappeneinsatz als Zwischenstück im Einlassströmungsweg vorgesehen ist, nimmt er zusätzlichen Platz in Anspruch, was sich nachteilig auf das Bauvolumen auswirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Kanalschaltvorrichtung zu schaffen, bei der der Dichtungs- und Montageaufwand möglichst gering gehalten wird.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Klappeneinsatz in einer Ausnehmung einer Kanalwand eines den Strömungskanal bildenden Kanalgehäuses eingesetzt ist. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Konstruktion. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Klappeneinsatz zumindest einen rohrför-
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migen, vorzugsweise zylindrischen oder kegeligen Einsatzteil aufweist, der mit seinem äusseren Mantelbereich in die entsprechend kongruent geformte, ringförmige, vorzugsweise zylindrische oder kegelige Ausnehmung eingesetzt ist. Der Einsatzteil des Klappeneinsatzes wird somit weitgehend von der ringförmigen Ausnehmung aufgenommen und kann somit zumindest überwiegend innerhalb des Kanalgehäuses angeordnet werden.
Die Vorzüge der Erfindung kommen ganz besonders zum Tragen, wenn der Klappeneinsatz zumindest zwei Einsatzteile für mindestens zwei nebeneinander angeordnete Strömungskanäle aufweist. Dadurch ist es möglich, einen Klappeneinsatz zur Steuerung von mehreren Strömungskanälen zu verwenden. Die Einsatzteile sind zweckmässigerweise fest miteinander verbunden.
Der Klappeneinsatz kann einteilig ausgeführt sein, wobei vorzugsweise die Klappenwelle eingegossen ist. Oft ist es allerdings vorteilhafter, wenn der Klappeneinsatz zweiteilig ausgeführt ist und aus einem ersten und einem zweiten Gehäuseteil besteht, wobei die Teilungsebene zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil vorzugsweise durch die Achse der Klappenwelle und die Mittelachse des Strömungskanales im Bereich des Klappeneinsatzes definiert ist. Die beiden Gehäuseteile können dabei lösbar durch eine Steckverbindung oder unlösbar durch Kleben oder Schweissen miteinander verbunden sein.
Der Klappeneinsatz samt Klappenwelle wird lose in die Ausnehmung des Kanalgehäuses eingelegt. Dies hat den Vorteil, dass keine Werkzeuge zur Montage des Klappeneinsatzes erforderlich sind. Gegebenenfalls kann der Klappeneinsatz durch eine Steckverbindung im Kanalgehäuse gesichert sein.
Um eine lagerichtige Positionierung des Klappeneinsatzes zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Einsatzteil an einer Stirnseite einen ringförmigen Kragen aufweist, welcher auf einer entsprechend ausgenommenen Schulter des Kanalgehäuses aufliegt. Eine einfache Abdichtung des Kana) gehäuses ist möglich, wenn eine Stirnfläche an der Stirnseite des Einsatzteiles plan mit einer stirnseitigen Flanschebene des Kanaigehäuses abschliesst.
Die Klappenwelle kann als durchgehende Welle einteilig oder aber geteilt ausgeführt werden. Eine geteilte Ausführung ermöglicht den Ausgleich von Bauteiltoleranzen.
Um Strömungsverluste möglichst gering zu halten, ist weiters vorgesehen, dass das Profil der Drosselklappe eine Stromlinienform aufweist.
Die Drosselklappen sind mit definierten Leckagequerschnitten im geschlossenen Zustand ausgeführt. Die Leckagequerschnitte können durch definierte Spaltbreiten am Umfang der geschlossenen Drosselklappe oder durch definierte Leckagebohrungen gebildet sein, welche eine vorbestimmte Luftmenge passieren lassen. Bei einer in den Strömungskanal mündenden Einspritzeinrichtung ist es
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ganz besonders vorteilhaft, wenn der Leckquerschnitt in der Drosselklappe so geformt und angeordnet ist, dass die Einspritzeinrichtung bei geschlossener Drosselklappe gezielt umströmbar ist. Dies erfordert eine klar definierte Leckage der geschlossenen Drosselklappe.
Für Brennkraftmaschinen mit zumindest zwei Einlasskanälen pro Zylinder, welche von der Achse der Klappenwelle geschnitten werden, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Klappenwelle im Bereich zumindest eines Einlasskanales drosselklappenlos ausgeführt ist, wobei besonders vorzugsweise der Querschnitt des Einlasskanales im Bereich der Klappenwelle geometrisch kompensiert ist. Dadurch können Strömungsverluste zufolge der Kanalsperrung durch die Klappenwelle vermieden werden.
In Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kanaischaltvorrichtung eine Drallverstelleinrichtung für drallregulierbare Strömungskanäle bildet und vorzugsweise stufenlos variabel verstellbar ist.
Die Stellung der Drosselklappen kann mittels pneumatischer Unterdrucksteller oder mittels elektrischem Antrieb erfolgen. Neben einer stufenlos variablen Verstellung ist auch eine einfache Auf/Zu-Verstellung denkbar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemässen Klappeneinsatz in einer isometrischen Explosionsdarstellung, Fig. 2 den Klappeneinsatz in einer Ansicht in Kanalrichtung, Fig. 3 den Klappeneinsatz in einer Draufsicht, Fig. 4 den Klappeneinsatz in einem Schnitt gemäss der Linie IV - IV in Fig. 2, Fig. 5 den Klappeneinsatz in einem Schnitt gemäss der Linier V - V in Fig. 2, Fig. 6 eine Einlasskanalanordnung einer Brennkraftmaschine mit eingebautem Klappeneinsatz, Fig. 7 diese Einlasskanalanordnung in einem Schnitt gemäss der Linie VII - VII in Fig. 6 und Fig. 8 diese Einlasskanalanordnung in einem Schnitt gemäss der Linie VIII - VIII in Fig. 7.
Die in Fig. 1 dargestellte Kanalschaltvorrichtung 1 weist einen Klappeneinsatz 2 mit einem ersten Gehäuseteil 3 und einem zweiten Gehäuseteil 4 auf. Pro Strö- mungskanal 5a, Sb ist ein rohrförmiger, im wesentlichen zylindrischer Einsatzteil 6 vorgesehen. Die parallel zueinander angeordneten Einsatzteile 6 sind zum Teil über Stege 7 miteinander verbunden. Die Stege 7 bilden zugleich die Lagerung 8 für eine im Klappeneinsatz 2 drehbar gelagerte Klappenwelle 9, auf welcher Drosselklappen 10 fixiert sind. Die Drosselklappen 10 können mit der Klappenwelle 9 einteilig gegossen oder lösbar mit dieser verbunden sein.
Die Drosselklappen 10 weisen definierte Leckquerschnitte auf. Die Leckquerschnitte können als definierte Spaltbreiten am Umfang oder als definierte Leckagebohrungen 18 gebildet sein, welche eine vorbestimmte Ansaug-Luftmenge passieren lassen.
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Die Teilungsebene 11 der beiden Gehäuseteile 3,4 wird durch die Achse 9a der Klappenwelle 9 und die Mittelachse 5'der Strömungskanäte 5a, 5b aufgespannt.
Der erste Gehäuseteil 3 und der zweite Gehäuseteil 4 sind miteinander über eine in Fig. 5 ersichtliche Steckverbindung 12 miteinander lösbar verbunden.
Der erste und der zweite Gehäuseteil 3,4 können alternativ zu dieser Steckverbindung auch durch Kleben oder Schweissen miteinander verbunden sein.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine Einlasskanalanordnung 20 einer Brennkraftmaschine mit eingebauter Kanalabschaltvorrichtung 1. Durch einen Einlasssammler gebildete Kanalgehäuse 15 bilden die Strömungswege für die Strömungskanäle 5a, 5b, welche die Einlasskanäle zur Brennkraftmaschine darstellen. Von den Strömungskanälen 5a, 5b sind jeweils die ersten Strömungskanäle 5a durch eine Drosselklappe 10 schaltbar. Die zweiten Strömungskanäle 5b werden von der Klappenwelle 9 gequert. Die Strömungsbehinderung der Strömungskanäle 5a, 5b durch die Klappenwelle 9 wird durch geometrische Ausgleichung der Querschnitte im Bereich der Klappenwelle 9 kompensiert, um ungewünschte Strömungsverluste zu vermeiden. Auch die Drosselklappen 10 selbst sind strömungsgünstig gestaltet, um Strömungsablösungen zu vermeiden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Kanalschaltvorrichtung zur Abschaltung eines von zwei Einlasskanälen pro Zylindern zur Erzeugung einer Ladungsbewegung im Zylinder.
Der Klappeneinsatz 2 ist mit dem zylindrischen Einsatzteil 6 in einer Ausnehmung 13 einer Kanalwand 14 eines Strömungskanales 15 eingesetzt, wie aus Fig. 8 hervorgeht. Die Ausnehmung 13 ist dabei entsprechend dem äusseren Mantelbereich 6a des Einsatzteiles 6 ringförmig, beispielsweise zylindrisch oder konisch, geformt. Jeder Einsatzteil 6 weist an einer Stirnseite 2a des Klappeneinsatzes 2 einen ringförmigen Kragen 16 auf, welcher auf einer in die Ausnehmung 13 eingeformten Schulter 17 aufliegt. Die Stirnfläche 6'des Einsatzteiles 6 schliesst dabei plan dichtend mit einer Flanschebene 15'des Kanaigehäuses 15 ab.
Der Klappeneinsatz 2 wird mit den Einsatzteilen 6 in das Kanalgehäuse 15 eingelegt. Diese schraubenlos Steckverbindung hat den Vorteil, dass keine Werkzeuge zur Montage des Klappeneinsatzes 2 erforderlich sind.
Die Verstellung der Drosselklappen kann mittels pneumatischem Unterdrucksteller oder mittels elektrischem Antrieb erfolgen. Neben einer variablen, stufenlosen Verstellung ist auch eine einfache Auf/Zu-Steuerung möglich.