-
Die Erfindung betrifft ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Obergriff des Anspruchs 1.
-
Ein Ansaugsystem - auch als ein Frischluftverteiler oder ein Frischluftmodul bekannt - wird in einer Brennkraftmaschine zum Führen gereinigter Frischluft zu Zylindern der Brennkraftmaschine eingesetzt. Dazu weist das Ansaugsystem ein Gehäuse mit einem Lufteinlass und mit mehreren Luftauslässen auf, die jeweils zu einem Einlasskanal der Brennkraftmaschine führen. Die Luftauslässe können durch eine Klappe geschlossen oder geöffnet werden, um die Menge der durch den Luftauslass in den jeweiligen Einlasskanal strömenden Frischluft zu regeln. Die Klappen sind dabei drehfest an einer Welle festgelegt, die mit einem Antrieb antriebsverbunden ist.
-
Die Welle, die Klappen sowie das Gehäuse des Ansaugsystems bestehen aus unterschiedlichen Materialien und dehnen sich bei einer Wärmeeinwirkung unterschiedlich aus. Als Folge können die Klappen in den Luftauslässen verklemmen. Um ein Verklemmen der Klappen in den Luftauslässen zu vermeiden, können die Klappen axial verschiebbar an der Welle angeordnet sein, wie beispielsweise
EP 0 726 388 A1 offenbart. Ferner unterliegt die Welle beim Drehen einer Torsionskraft, so dass die einzelnen an der Welle festgelegten Klappen unterschiedliche Neigungswinkel relativ zu den Luftauslässen aufweisen können. Die gereinigte Frischluft wird dann ungleich zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine geführt, wodurch die Leistung der Zylinder voneinander abweichen kann.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Ansaugsystem bereitzustellen, welches den genannten Nachteil überwindet.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine weist ein Gehäuse mit einem Lufteinlass und mit wenigstens zwei Luftauslassöffnungen für jeweils einen Einlasskanal der Brennkraftmaschine auf. Ferner weist das Ansaugsystem eine Klappenanordnung mit einer durch einen Antrieb um eine Drehachse drehbaren Welle und mit wenigstens zwei an der Welle drehfest festgelegten Klappen auf. Dabei ist je eine solche Klappe an oder in einer solchen Luftauslassöffnung angeordnet und schließt oder öffnet zumindest teilweise die Luftauslassöffnung beim Drehen der Welle. Erfindungsgemäß weist die Welle wenigstens zwei Wellenstücke mit jeweils wenigstens einer Klappe auf, wobei die Wellenstücke durch ein Ausgleichsstück drehfest aneinander festgelegt sind.
-
Das erfindungsgemäße Ansaugsystem ist sowohl für eine aufgeladene als auch für eine nicht aufgeladene Brennkraftmaschine geeignet. In dem Gehäuse des Ansaugsystems wird Frischluft von dem Lufteinlass - bevorzugt nach einem Turbolader - zu den Luftauslassöffnungen geführt. Die Klappenanordnung ist an oder in dem Gehäuse derart angeordnet, dass die jeweiligen Klappen die jeweiligen Luftauslassöffnungen schließen und öffnen können. Ein Öffnungs- oder ein Schließwinkel der Klappe relativ zu der jeweiligen Luftauslassöffnung bestimmt die Menge der Frischluft, die durch die Luftauslassöffnung in den zugehörigen Einlasskanal strömen kann. Die Klappen sind an der Welle drehfest festgelegt, so dass die Klappen sich mit der Welle um die Drehachse drehen können. Das drehfeste Festlegen der Klappen an der Welle kann dabei kraft-, stoff- oder formschlüssig erfolgen. So können die Klappen beispielsweise mit der Welle verschraubt, auf die Welle aufgesteckt oder aufgeschweißt sowie auch aufgespritzt sein. Das Ausgleichsstück ist dabei derart ausgestaltet, dass das Drehmoment von dem Antrieb auf das erste Wellenstück und auf das zweite Wellenstück gleichmäßig übertragen wird. Zusätzlich werden durch das Ausgleichsstück eine ungleichmäßige Ausdehnung der Klappen, der Welle und des Gehäuses unter der Wärmeeinwirkung axial kompensiert, so dass ein Verklemmen der Klappen in den Luftauslassöffnungen vermieden wird.
-
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die Wellenstücke durch das Ausgleichsstück parallel zu der Drehachse verschiebbar aneinander festgelegt sind. Das Ausgleichsstück kann demnach keine axiale Zugkraft und keine axiale Druckkraft übertragen. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine ungleichmäßige Ausdehnung der Klappen, des Gehäuses und der Welle unter der Wärmeeinwirkung axial kompensiert und ein Verklemmen der Klappen in den Luftauslassöffnungen verhindert.
-
Zusätzlich oder alternativ kann außerdem vorgesehen sein, dass die Wellenstücke durch das Ausgleichsstück radial zu der Drehachse verschiebefest aneinander festgelegt sind. Auf diese Weise kann das Drehmoment auf das erste Wellenstück und auf das zweite Wellenstück gleichmäßig übertragen werden und die Wellenstücke auch sicher aneinander festgelegt werden.
-
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Ausgleichsstück ein erstes Verbindungsteil und ein zweites Verbindungsteil aufweist, wobei das erste Verbindungsteil an einem ersten Wellenende des einen Wellenstücks und das zweite Verbindungsteil an einem zweiten Wellenende des anderen Wellenstücks angeordnet sind. Vorgesehen ist auch, dass das erste Verbindungsteil an dem ersten Wellenende des einen Wellenstücks und das zweite Verbindungsteil an dem zweiten Wellenende des anderen Wellenstücks stoffschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig festgelegt sind. Bevorzugt sind die Verbindungsteile auf die jeweiligen Wellenteile aufgespritzt. Zweckgemäß sind das erste Verbindungsteil und das zweite Verbindungsteil axial verschiebbar und radial verschiebefest aneinander festgelegt und können eine ungleichmäßige Ausdehnung der Klappen, der Welle und des Gehäuses unter der Wärmeeinwirkung ausgleichen sowie das Drehmoment von dem ersten Wellenstück auf das zweite Wellenstück übertragen.
-
Zum formschlüssigen Festlegen der Verbindungsteile an den jeweiligen Wellenstücken ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das erste Wellenende des einen Wellenstücks und das zweite Wellenende des anderen Wellenstücks jeweils einen Festlegbereich aufweisen, durch den das erste Wellenende an dem ersten Verbindungsteil und das zweite Wellenende an dem zweiten Verbindungsteil formschlüssig festgelegt sind. Der jeweilige Festlegbereich kann dazu einen von einem Kreis abweichenden Querschnitt - beispielsweise vielkantig oder einseitig abgeflacht - aufweisen, um ein Verdrehen der Verbindungsteile an den jeweiligen Wellenstücken zu verhindern. Ferner kann der jeweilige Festlegbereich auch einen entlang der Drehachse abweichenden Querschnitt - beispielsweise eine radial ausgerichtete Verdickung - aufweisen, wodurch auch ein axiales Verschieben der Verbindungsstücke an den jeweiligen Wellenstücken verhindert werden kann. Bevorzugt weisen die Wellenenden einen abgewinkelten Festlegbereich auf. Der abgewinkelte Festlegbereich kann sowohl ein Verdrehen als auch ein axiales Verschieben der Verbindungsteile an den jeweiligen Wellenstücken vorteilhaft verhindern. Vorzugsweise weist das jeweilige Wellenende einen Winkel von 90° zu dem Wellenstück und entsprechend zu der Drehachse der Welle auf. Durch die abgewinkelten Festlegbereiche ist das Ausgleichsstücks besonders steif und belastbar.
-
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das erste Verbindungsteil wenigstens eine Feder und das zweite Verbindungsteil wenigstens eine zu der jeweiligen Feder komplementäre Nut aufweist. Das erste Verbindungsteil und das zweite Verbindungsteil können also eine Nut-Feder-Verbindung bilden, die das erste Verbindungsteil und das zweite Verbindungsteil auf einfache Weise aneinander festlegt. Eine Längsachse der Nut-Feder-Verbindung schneidet die Drehachse bevorzugt unter einem Winkel von 90° und die Nut-Feder-Verbindung erstreckt sich vorzugsweise über das gesamte Ausgleichsstück, um ein radiales Spiel der Nut-Feder-Verbindung relativ zu der Drehachse zu minimieren.
-
Ferner ist vorgesehen, dass das erste Verbindungsteil eine erste Feder und eine zweite Feder und das zweite Verbindungsteil eine erste zu der ersten Feder komplementäre Nut und eine zweite zu der zweiten Feder komplementäre Nut aufweisen, wobei die erste Feder zu der zweiten Feder und die erste Nut zu der zweiten Nut unter einem von Null abweichenden Schnittwinkel angeordnet sind. Um eine Fehlmontage zu vermeiden, können die Federn jeweils eine unterschiedliche Dicke und die zu den Federn zugehörige Nuten entsprechend jeweils eine unterschiedliche Breite aufweisen. Die Nuten bilden mit den zugehörigen Federn jeweils eine Nut-Feder-Verbindung, die sich entlang jeweils einer Längsachse erstreckt. Der Schnittwinkel zwischen den jeweiligen Federn und den jeweiligen Nuten entspricht dem Schnittwinkel der Längsachsen der Nut-Feder-Verbindungen und kann zwischen 0° und 90° variieren. Bevorzugt beträgt der Schnittwinkel 90°.
-
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass eine Längsachse der jeweiligen Feder und eine Längsachse der jeweiligen zu den Federn komplementären Nuten sich im Wesentlichen in der Drehachse schneiden. Entsprechend schneiden sich die Längsachsen der von der jeweiligen Feder und von der jeweiligen Nut gebildeten Nut-Feder-Verbindungen an der Drehachse und sind radial symmetrisch zu der Drehachse ausgebildet.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ansaugsystems ist vorgesehen, dass das Ansaugsystem einen Anschlagvorsprung aufweist, wobei der Anschlagvorsprung mit dem Ausgleichsstück zusammenwirkt und eine Drehung des Ausgleichsstücks um die Drehachse begrenzt. Der Anschlagvorsprung kann beispielsweise an dem Gehäuse des Ansaugsystems ausgebildet sein und mit dem Ausgleichsstück als ein Drehanschlag zusammenwirken. Auf diese Weise kann eine reproduzierbare Stellung des Ausgleichsstücks und folglich der Welle und der an der Welle festgelegten Klappen sichergestellt werden, wodurch die Ansteuerung der Klappen vereinfacht wird. Zusätzlich teilt das Ausgleichstück die Welle auf und ist zwischen den Klappen angeordnet, so dass die Welle durch den Anschlagvorsprung sich nicht zu stark durch die Torsionskraft verwinden kann. Durch die Festlegbereiche der Wellenstücke in dem ersten Verbindungsteil und in dem zweiten Verbindungsteil ist das Ausgleichsstücks steif und belastbar, so dass der Drehanschlag des Ausgleichsstücks mit dem Anschlagvorsprung ausreichend stabil ist.
-
Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Ansaugsystem eine ungleichmäßige Ausdehnung der Klappen, der Welle und des Gehäuses unter der Wärmeeinwirkung ausgeglichen werden und zusätzlich wird ein Verwinden der Welle unter der Torsionskraft minimiert. Auf diese Weise kann ein Verklemmen der Klappen in dem erfindungsgemäßen Ansaugsystem vorteilhaft verhindert werden.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
-
Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine isometrische Ansicht eines Ansaugsystems in Explosionsdarstellung;
- 2 eine isometrische Ansicht einer Klappenanordnung des in 1 gezeigten Ansaugsystems mit einem Antrieb;
- 3 eine isometrische Ansicht eines Ausschnitts eines Gehäuses des in 1 gezeigten Ansaugsystems;
- 4 bis 8 isometrische Ansichten jeweils eines Ausschnitts der in 2 gezeigten Klappenanordnung.
-
1 zeigt schematisch eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ansaugsystems 1 in Explosionsdarstellung. Das Ansaugsystem 1 ist sowohl für eine aufgeladene als auch für eine nicht aufgeladene Brennkraftmaschine geeignet und weist ein Gehäuse 2 mit einem Lufteinlass 3 und mit insgesamt zwölf Luftauslassöffnungen 4. Die jeweiligen Luftauslassöffnungen 4 können mit jeweiligen Einlasskanälen der Brennkraftmaschine - hier nicht gezeigt - verbunden und durch Dichtungen 5 abgedichtet werden. In dem Gehäuse 2 des Ansaugsystems 1 wird die Frischluft - bevorzugt nach einem Turbolader - von dem Lufteinlass 3 zu den Luftauslassöffnungen 4 und anschließend zu den Einlasskanälen der Brennkraftmaschine geführt. Um die Menge der Frischluft zu regeln, weist das Ansaugsystem 1 eine Klappenanordnung 6 mit einer durch einen Antrieb 7 um eine Drehachse 8 drehbaren Welle 9 und mit insgesamt sechs an der Welle 9 drehfest festgelegten Klappen 10 auf, wie auch in 2 gezeigt. Dabei sind die jeweiligen Klappen 10 an jeder zweiten Luftauslassöffnung 4 angeordnet und schließen oder öffnen zumindest teilweise die Luftauslassöffnungen 4 bei einem Drehen der Welle 9 um die Drehachse 8. Ein Öffnungs- oder ein Schließwinkel der Klappe 10 relativ zu der jeweiligen Luftauslassöffnung 4 bestimmt die Menge der Frischluft, die durch die Luftauslassöffnung 4 in den jeweiligen Einlasskanal strömen kann. Die Klappen 10 können an der Welle 9 kraft-, stoff- oder formschlüssig festgelegt werden und beispielsweise mit der Welle 9 verschraubt, auf die Welle 9 aufgesteckt oder aufgeschweißt oder aufgespritzt sein.
-
Erfindungsgemäß weist die Welle 9 ein erstes Wellenstück 11a und ein zweites Wellenstück 11b auf, die durch ein Ausgleichsstück 12 drehfest aneinander festgelegt sind. Das Ausgleichsstück 12 ist dabei zur Übertragung des Drehmoments von dem Antrieb 7 auf das erste Wellenstück 11a und auf das zweite Wellenstück 11b ausgelegt und kann eine ungleichmäßige Ausdehnung der Klappen 10, der Welle 9 und des Gehäuses 2 unter der Wärmeeinwirkung ausgleichen. In diesem Ausführungsbeispiel sind an dem ersten Wellenstück 11a und an dem zweiten Wellenstück 11b jeweils drei Klappen 10 angeordnet. Bei anderen Ausführungen kann jedoch die Welle 9 auch in mehr als zwei Wellenstücke mit jeweils wenigstens einer Klappe 10 aufgeteilt werden. Auf diese Weise können in dem Ansaugsystem 1 auch sehr hohe Toleranzen infolge einer ungleichmäßigen Ausdehnung der Klappen 10, der Welle 9 und des Gehäuses 2 vorteilhaft ausgeglichen werden. Bevorzugt weist jedoch ein Wellenstück wenigstens zwei Klappen 10 auf, um die Montage der Welle 9 in dem Gehäuse 2 zu erleichtern.
-
Die Klappenanordnung 6 ist in einem Flansch 13 des Gehäuses 2 angeordnet, wie auch in 3 gezeigt. Der Flansch 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Rahmens ausgestaltet und an dem Gehäuse 2 durch eine Schraubenverbindung mit einer Flanschdichtung 14 luftdicht festgelegt. Alternativ kann der Flansch 13 an dem Gehäuse 2 stoffschlüssig, beispielsweise durch eine Schweißverbindung, festgelegt werden. Die Welle 9 ist in Aufnahmen 15 des Flanschs 13 gelagert und durch jeweils einen Lagerstein 16 in der Aufnahme 15 rotierend festgelegt. Damit die Frischluft aus dem Gehäuse 2 durch die Luftauslassöffnungen 4 möglichst laminar ausströmt, weist der Flansch 13 trichterförmige Strömungstulpen 17 auf.
-
4 bis 8 zeigen isometrische Ansichten jeweils eines Ausschnitts der Klappenanordnung 6. Das Ausgleichsstück 12 weist ein erstes Verbindungsteil 18a und ein zweites Verbindungsteil 18b auf, wobei das erste Verbindungsteil 18a an einem ersten Wellenende 19a des ersten Wellenstücks 11a und das zweite Verbindungsteil 18b an einem zweiten Wellenende 19b des zweiten Wellenstücks 11b angeordnet sind. Zweckgemäß sind das erste Verbindungsteil 18a und das zweite Verbindungsteil 18b axial verschiebbar und radial verschiebefest aneinander festgelegt und können eine ungleichmäßige Ausdehnung der Klappen 10, der Welle 9 und des Gehäuses 2 unter der Wärmeeinwirkung ausgleichen sowie das Drehmoment von dem ersten Wellenstück 11a auf das zweite Wellenstück 11b übertragen. Die Verbindungsteile 18a und 18b sind an den jeweiligen Wellenstücken 11a und 11b formschlüssig durch jeweils einen Festlegbereich 20a und 20b festgelegt. Der jeweilige Festlegbereich 20a und 20b ist unter einem Winkel von 90° zu der Drehachse 8 an dem jeweiligen Wellenstück 11a und 11b integral ausgebildet, so dass ein Verdrehen und ein axiales Verschieben der Verbindungsteile 18a und 18b an den jeweiligen Wellenstücken 11a und 11b vorteilhaft verhindert werden. Auch die Klappen 10 sind an den jeweiligen Wellenstücken 11a und 11b formschlüssig durch jeweils einen Biegebereich 21a und 21b der jeweiligen Wellenstücke 11a und 11b festgelegt, wobei die Klappen 10 und die Verbindungsteile 18a und 18b auf die Wellenstücke 11a und 11b beispielsweise aufgespritzt sind. Die Festlegbereiche 20a und 20b sind vollständig in die Verbindungsteile 18a und 18b und die Biegebereiche 21a und 21b sind vollständig in Klappen 10 beispielsweise durch ein Kunststoffumspritzen eingebettet, so dass keine Bereiche der in die Verbindungsteile 18a und 18b sowie in die Klappen 10 eingebetteten Welle 9 nach außen ragen oder von außen sichtbar sind. Durch die gebogenen Festlegbereiche 20a und 20b sowie die Biegebereiche 21a und 21b sind das Ausgleichsstücks 12 und die Klappen 10 besonders steif und belastbar ausgestaltet.
-
Das erste Verbindungsteil 18a weist zudem eine erste Feder 22a und eine zweite Feder 23a und das zweite Verbindungsteil 18b eine erste zu der ersten Feder 22a komplementäre Nut 22b und eine zweite zu der zweiten Feder 23a komplementäre Nut 23b auf. Die Feder 22a und 23a greifen in die zugehörigen Nuten 22b und 23b ein und bilden jeweils eine Nut-Feder-Verbindung, die sich entlang jeweils einer Längsachse 22 und 23 erstreckt. Die Längsachse 22 entspricht gleichzeitig einer Längsachse der Feder 22a und einer Längsachse der Nut 22b und die Längsachse 23 entspricht gleichzeitig einer Längsachse der Feder 23a und einer Längsachse der Nut 23b. Sowohl die Federn 22a und 23a als auch die Nuten 22b und 23b erstrecken sich über das gesamte Ausgleichsstück 12, wodurch die Nut-Feder-Verbindungen steif sind und ein Verdrehen der Verbindungsteile 18a und 18b aneinander vorteilhaft verhindert wird. Um eine Fehlmontage zu vermeiden, weisen die Federn 22a und 23a jeweils eine unterschiedliche Dicke und die zu den Federn 22a und 23a zugehörige Nuten 22b und 23b entsprechend jeweils eine unterschiedliche Breite auf.
-
Ein Schnittwinkel zwischen den jeweiligen Federn 22a und 23a und den jeweiligen Nuten 22b und 23b entspricht einem Schnittwinkel der Längsachsen 22 und 23 der Nut-Feder-Verbindungen und beträgt 90°. So können die Verbindungsteile 18a und 18b relativ zu der Drehachse 8 und zueinander zentriert werden. Die Längsachsen 22 und 23 der beiden Nut-Feder-Verbindungen schneiden sich an der Drehachse 8, wobei die Längsachsen 22 und 23 zu der Drehachse 8 senkrecht sind. Zweckgemäß überlappen sich das erste Verbindungsteil 18a und das zweite Verbindungsteil 18b derart, dass das erste Verbindungsstück 18a und das zweite Verbindungsstück 18b aneinander drehfest festgelegt sind und dennoch ein ausreichendes axiales Spiel für eine axiale Ausdehnung der Wellenstücke 11a und 11b bleibt. Das Ausgleichsstück 12 kann demnach nur das Drehmoment und keine axiale Zugkraft oder Druckkraft übertragen. Auf diese Weise wird eine ungleichmäßige Ausdehnung der Klappen 10, der Welle 9 und des Gehäuses 2 unter der Wärmeeinwirkung ausgeglichen und ein Verklemmen der Klappen 10 in den Luftauslassöffnungen 4 vorteilhaft verhindert.
-
Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Ansaugsystem 1 eine ungleichmäßige Ausdehnung der Klappen 10, der Welle 9 und des Gehäuses 2 unter der Wärmeeinwirkung ausgeglichen und zusätzlich ein Verwinden der Welle 9 unter der Torsionskraft minimiert werden. Auf diese Weise kann ein Verklemmen der Klappen 10 in dem erfindungsgemäßen Ansaugsystem 1 vorteilhaft verhindert werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
