DE10319168A1

DE10319168A1 - Im Saugrohr eines Hubkolbenmotors wirksames Lufttaktventil

Info

Publication number: DE10319168A1
Application number: DE2003119168
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber; Thomas Leiber
Original assignee: LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Current assignee: LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2004-12-02

Abstract

Es wird ein im Saugrohr eines Hubkolbenmotors wirksames Lufttaktventil beschrieben, das als Klappe ausgebildet ist und durch einen Feder-Masse-Schwinger in zwei Endstellungen bewegt werden kann. Die konstruktive Ausbildung dieser Anordnung wird näher erläutert.

Description

Die Erfindung betrifft ein im Saugrohr eines Hubkolbenmotors wirksames Lufttaktventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
In verschiedenen Veröffentlichungen und Patentanmeldungen wurde ein Lufttaktventil und seine Funktion und Vorteile beschrieben.

In der älteren Patentanmeldung 10317802.3 wurde aufgezeigt wie bedeutsam die geringe Drehmasse und ein guter Wirkungsgrad des elektromagnetischen Antriebs für ein derartiges Ventil sind. Die Ausgestaltung der Klappe selbst mit ebenfalls geringer Drehmasse, ihre Lagerung und Abdichtung sind ebenfalls von großer Bedeutung.

Es ist aus der WO 02/073012 bekannt, dass die Klappe im Saugrohr frei beweglich angeordnet ist und einen geringen Luftspalt zum Gehäuse aufweist und hiermit eine mäßige Dichtwirkung erzeugt. Es ist aus MT/12/2001 Jahrgang 62 Seite 1003 Bild 4 ebenfalls bekannt, dass der Klappe sich an einer Kante das Gehäuse anlegt. Die Dichtwirkung hängt dabei neben vielen Toleranzen auch von der Ebenheit der Klappe und des Gehäuses ab. Die Klappenbefestigung erfolgt meist derart, dass die Welle im Gehäuse in die Lagerung eingesteckt wird und anschließend die Klappe mit der Welle verschraubt oder vernietet wird. Ein weiteres Problem stellen die hohen Magnetkräfte des außerhalb der Klappe angebrachten Magneten des elektromagnetischen Antriebs dar, dessen Ankerkraft auf die Lagerung einwirkt.

Die Mitnahme der Klappe über den Antrieb muss trotz kleiner Drehmasse eine hohe Wechsellastspielzahl aushalten. Der Bauraum für den Magneten ist zwischen den Saugkanälen knapp bemessen; die Montage des Magneten in diesem Bauraum ist problematisch.

Außerdem soll die Klappenachse möglichst dicht am Zylinderkopf, bzw. Einlassventil liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Konstruktion des Lufttaktventils so auszugestalten, dass seine einwandfreie und vorteilhafte Funktion gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst und zwar entweder durch deren Zusammenwirken oder auch nur durch die Anwendung einzelner Merkmale. Wichtig ist weiterhin, eine Positionsbestimmung für die Klappenstellung vorzusehen, um eine Softtouchregelung realisieren zu können, die eine geringe Geräuschentwicklung gewährleistet.

Zusätzlich zum Lufttaktventil benötigt die Saugrohranlage noch eine zentrale Drosselklappe, was Aufwand bedeutet. Auch hierfür biete die Erfindung eine Lösung an.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch das Saugrohr an der Stelle des Luft taktventils
2 einen Schnitt entlang der Linie A
3 einen Schnitt entlang den Linien B und B'
4 eine Ausbildungsmöglichkeit für den Antrieb
5 eine Alternative für die Klappenausbildung
6 Ausbildungen der Klappe und ihrer Abdichtung
7 weitere Ausbildungen für die Abdichtung
8 den Antrieb der Klappe bei ihrer zusätzlichen Verwendung als Drosselklappe
1 zeigt einen Schnitt durch die Klappe einschließlich deren Lagerung und deren Antrieb mittels eines Drehankers 1. Auf den Anker wirkt der durch das Magnetjoch 1a und eine Erregerspule 1b gebildete Elektromagnet. Dessen Ausbildung ist in der älteren Anmeldung 10317802.3 beschrieben und z. B. mittels einer Kerbverzahnung mit einem Lagerrohr 2 verbunden. Dieses besitzt einen Mitnehmer 3, welcher in die Klappe 4 eingreift und die Bewegung überträgt. Beidseitig der Klappe sind Dichtbuchsen 5a und 5b eingesetzt, die später anhand der 6a, 6b und 6c beschrieben werden. Das Lagerrohr 2 ist z. B. mittels Nadellager 6a, 6b und zusätzlich durch ein Lager 6c gelagert. Diese zusätzliche Außenlagerung ist sehr wichtig zur Abstützung gegenüber den Magnetkräften. Da diese Lagerung insgesamt überbestimmt ist, ist die Abstützung 8 des zusätzlichen Lagers 6c einschließlich eines Lagerzapfen, mit dem Gehäuse 7 einstellbar verbunden, was zeichnerisch nicht ausgeführt wurde. Im Innern 9 der als Rohr ausgebildeten Lagerwelle 2 ist ein als in beide Richtungen wirksame Feder ausgebildeter Drehstab 9 untergebracht, der auf der rechten Seite in das Lagerrohr 2 und auf der linken Seite in einen Drehstabhebel 10 eingepresst ist. Dieser ist wiederum z. B. mittels Schrauben 11 mit dem Gehäuse 7 einstellbar verbunden. Mit dem Gehäuse 7. ist über ein Verbindungsteil 12 das feststehende Teil 13b eines Sensors verbunden.
Vorteilhafterweise wird hier ein Wirbelstromsensor eingesetzt, dessen Spulen in einer kleinen Leiterplatte 13b integriert sind und deren Bedämpfung über ein übliches Target 13 erfolgt. Dieses ist ebenfalls wie der Drehanker 1 auf das Lagerrohr 2 aufgepresst. Die Signalauswertung erfolgt über einen ASIC 13a. Der Elektromagnet 1a, 1b samt Sensor ist in dem Bauraum zwischen den Saugrohrgehäusen 7 und 14 untergebracht, was besonders vorteilhaft ist. Die angrenzenden Gehäuse 14 und 14a zeigen die Abgrenzung.
2 zeigt einen Schnitt A durch den Mitnehmen 3 mit der angrenzenden Klappe 4.
3 zeigt einen Schnitt in den Ebenen B, bzw. B'. Die Klappe 4 ist in dem Gehäuse 7a gelagert. Dieses Gehäuse 7a ist hier als getrennte Baueinheit ausgebildet und ist auf der linken Seite mit einem Zylinderflansch 15, z. B. durch Nieten verbunden, der seinerseits auf den anschließenden Zylinderkopf 16 in der herkömmlichen Weise aufgeschraubt sein kann, was zeichnerisch nicht ausgeführt ist. Auf der rechten Seite ist dieses Gehäuse mit dem eigentlichen Saugrohr 17 verbunden. Auf diese Weise ist eine Saugrohrmontageeinheit mit integrierten LTV geschaffen. Die Klappe liegt auf beiden Seiten auf einem Dichtrahmen 18 bzw. 18a auf, der später anhand der 6a, 6b und 6c beschrieben wird.
4 zeigt eine Seitenansicht auf das Gehäuse 7. Hier ist ein in der älteren Anmeldung 10317802.3 beschriebener Elektromagnet mittels drei Schrauben 19 mit dem Gehäuse 7 verbunden. Damit lassen sich die magnetischen Parameter wie Luftspalt im Anker und Restluftspalt zwischen Joch und Anker einstellen, die wiederum sich auf den Anschlag der Klappe 4 orientieren.
Der gezeigte Antrieb kommt mit nur einer Wicklung 1b aus. Der Pol 1a umgreift hier den Anker 1 in der Nähe der Drehachse weitgehend. Der aktive Pol 1c des Magneten steht dem freien Ende des Ankers 1 gegenüber. Der zweite Elektromagnet wird hier durch den nach der anderen Seite des Ankers 1 heruntergeführten Fortsatz mit dem Pol 1d, dem den beiden Elektromagneten gemeinsamen Pol 1a, die eine Wicklung 1b und den Anker 1 gebildet, wobei dieser Elektromagnet wirksam ist, wenn der Anker 1 dem Pol 1d des Fortsatzes näher ist als dem Pol 1c. Es ist hier noch ein Vorpol 1g am Fortsatz ausgebildet, der den Pol 1c bei seiner Wirkung unterstützt. Dies ist vorteilhaft, wenn das System aus der Mittellage anschwingt.
Zusätzlich kann ein Permanentmagnet 1f in den Magnetkreis eingesetzt werden. Der Fluss des Permanentmagneten unterstützt den Fluss der Erregerspule beim Halten des Systems in den Endstellungen und führt zu kleiner Leistungsaufnahme, da die Leistung im wesentlichen von der Halteleistung bestimmt wird. Hierbei ist es notwendig, die Erregerspule mit einer umpolbaren Ansteuerung, z. B. einer H-Brücke zu verbinden, da bei der Annäherung an die Endstellung die Kraft des Permanentmagneten durch einen Gegenfluss so geschwächt werden muss, dass ein weiches Aufsetzen auf die Endstellung oder den Anschlag bei geschlossener Klappe möglich ist. Diese Flussbeeinflussung ist auch notwendig beim Verlassen der Haltestellung, da hier die effektive Haltekraft klein sein muss, damit die Federkraft das System schnell beschleunigt. Diese Regelung ist aus der elektromagnetischen Ventilsteuerung bekannt. Hierzu ist eine Positionsbestimmung notwendig, die über sensorlose Verfahren oder über einen hier nicht gezeichneten Positionssensor erfolgen kann. Der Permanentmagnet wirkt auf beide Endstellungen.
5a und 5b zeigt eine Alternative zur Ausbildung der 2 hinsichtlich der Klappenmitnahme. Die Klappe weist hier an drei Stellen Stege 4a mit z. B. einem Sechskantprofil auf. In diese Profile wird das Ankerrohr 20 entsprechend 5b eingepresst, welches seinerseits über die Länge der Klappe 4 als Sechskant ausgebildet ist. Im Lagerbereich 21 und 21a ist das Rohr rund ausgebildet und trägt auf der linken Seite den Drehanker 1. Im Gegensatz zur eingangs erwähnten konventionellen Klappenbefestigung wird hier zuerst die Klappe 4 in das Saugrohr, bzw. dessen Gehäuse 7 eingebracht und danach die Welle, bzw. das Lagerrohr 20 eingebracht.
6 zeigt vergrößert noch einmal den Schnitt durch die Klappe 4, 6a mögliche Leckflüsse und 6b einen Anschlag- und Dichtrahmen.
6a zeigt das Aufliegen der Klappe 4 auf dem Anschlag- und Dichtrahmen 18 bzw. 18a, der in 6b nochmals perspektivisch herausgezeichnet ist. Die Leckflüsse I und II gehen oben, bzw. seitlich entsprechend den Spalten am Rahmen 18 vorbei. Ein Leckfluss III entsteht in der Ecke beim Übergang von der Klappe 4 zum Rahmen 18. Zur Verdeutlichung ist der Leckfluss III auch in 6 eingezeichnet. Wenn die Klappe an dieser Stelle mit einem Bund versehen wäre, so würde an der Stelle III unvermeidlich ein Radius vorhanden sein, der schwerlich mit dem Rahmen 18 aus Toleranzgründen übereinstimmen würde. Daher ist hier die Klappe abgesetzt, wie auch 5 zeigt. In diesen Absatz ragt eine Dichtbuchse 5, welche einen scharfkantigen Übergang ermöglicht. Dadurch ist der Leckfluss IIIb sehr gering. Diese Dichtbuchse 5 ragt wie 1 zeigt auf beiden Seiten in das Gehäuse 7 hinein und übernimmt die Abdichtung mittels kleiner Luftspalte. Eine übliche Abdichtung über z. B. Simmeringe würde zuviel Reibung erzeugen und wäre mangels Schmierung ein Problem.
Anhand der 6 wird die Justierung des Anschlags- und Dichtrahmens 18, bzw. 18a erklärt. Die beiden Rahmen werden eingeschoben und anschließend die Klappe 4 entsprechend dem Endausschlag bei geschlossener Stellung fixiert. Anschließend wird der Rahmen 18 auf die Klappe 4 gepresst und am Übergang zur Dichtbuchse 5 wird ein dünnes Distanzblech 19 eingebracht. Anschließend wird der Rahmen 18 mit dem Gehäuse 7 z. B. verklebt und gegebenenfalls zusätzlich verstiftet und das Distanzblech wieder entfernt. Im unteren Teil der 6 ist die Klappe zumindest im gesamten Auflagebereich des Dichtrahmens mit einem Hartelastomer 20 umspritzt.
Dadurch lassen sich die Dichtwirkung erhöhen und die Anschlaggeräusche reduzieren.
7a bis 7c zeigen Alternativen des Dichtrahmens 18/18a. 7a zeigt einen metallischen Rahmen, 7b einen eingespritzten Kunststoffrahmen 18' und 7b einen Hartelastomerrahmen 18'' mit Dichtlippe 18'''.
8a zeigt eine prinzipielle Darstellung der Mitverwendung der Lufttaktklappen 4 als Drosselklappe anhand einer Lufttaktklappe. Über einen Antriebsmotor 22 wird ein Nocken 23 verstellt, der über eine Rolle 24 den Drehanker 1 und damit die Klappe 4 in die gewünschte Stellung bringt. Da die Klappe entsprechend der Drehstabfunktion in der Ruhelage halb offen steht, verstellt der Nocken den Drehanker 1 entgegen der Drehstabkraft. Für beide Richtungen Auf, bzw. Zu (sh. 8b) sind zwei Nocken notwendig. Der zweite Nocken 23a wird entweder über einen zusätzlichen Antriebsmotor 22a verstellt oder über ein Getriebe 25.

Claims

Im Saugrohr (7) eines Hubkolbenmotors wirksames Lufttaktventil, das als Klappe (4) ausgebildet ist und durch einen Feder-Masse-Schwinger (1, 1a, 1b, 1c, 1d, 9) angetrieben wird und dadurch in zwei Endlagen einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) in einer Baueinheit (7a) zwischen Zylinderkopf (16) und dem Saugrohr (7) untergebracht ist und/oder dass die Klappe (4) mittels einer Lagerwelle (2) gelagert ist, auf der auch der Anker (1) des elektromagnetischen Antriebs (1, 1a, 1b) sitzt und/oder dass der Anker (1) des elektromagnetischen Antriebs (1, 1a, 1b) zusätzlich zur Lagerung (6, 6a) der Klappe (4) eine eigene Lagerung (5b) aufweist.
Lufttaktventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig in dem Gehäuse (7, 7a) Dichtbuchsen (5, 5a) für die Lagerwelle (2) vorgesehen sind.
Lufttaktventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung der Lagerwelle (2) Lager, insbesondere Nadellager (6, 6a) in dem Gehäuse (7, 7a) eingebracht sind.
Lufttaktventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) in den beiden Endstellungen auf einen Anschlag- und Dichtrahmen (18, 18a) anliegt.
Lufttaktventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerwelle (2) in der Klappe (4) fixiert ist.
Lufttaktventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerwelle einen Mitnehmer (3) für die Klappe (4) aufweist.
Lufttaktventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerwelle als Lagerrohr ausgebildet ist und dass die auf den Antrieb (1, 1a, 1b) entgegengesetzt wirkenden Federkräfte wenigstens teilweise durch einen im Lagerrohr verlaufenden Drehstab (9) erzeugt werden.
Lufttaktventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) zweiteilig ist, die durch Stege (4a) miteinander verbunden sind und dass die Stege (4a) Aufnahmen (4b) für das Lagerrohr (20) aufweisen.
Lufttaktventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (4b) und die entsprechenden Teile des Lagerrohrs (2) sich entsprechende, ineinander greifende Profile aufweisen, die z. B. als Sechskant ausgebildet sind.
Lufttaktventil nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch dass der Anschlag- und Dichtrahmen (18) metallisch oder aus Kunststoff (18') gegebenenfalls mit eingebrachter Dichtlippe (18'') ausgebildet ist.
Lufttaktventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Antrieb nur eine Wicklung (1b), zwei in den beiden Endstellungen aufgrund der Wicklung (1b) wirksame aktive Pole (1c, 1d) und einem den Anker (1) in Nähe seiner Lagerwelle (2) umgreifenden zweiten Pol (1a) aufweist.
Lufttaktventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zusätzlich einen Permanentmagneten (1f) aufweist.
Lufttaktventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb insbesondere mittels Schrauben (19) justierbar mit dem Gehäuse (7, 7a) verbunden ist.
Lufttaktventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Drehbewegung ein die Drehstellung des Antriebs (1, 1a, 1b, 1c, 1d) feststellender Sensor (13, 13b) vorgesehen ist.
Lufttaktventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13, 13b) ein Wirbelstromsensor ist.
Lufttaktventil nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Justage des Dichtrahmens (18) zusammen mit der Justage der Klappe (4) erfolgt.
Lufttaktventil nach einem der Ansprüche 4-16, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) zumindest im Auflagebereich am Dichtrahmen (18) mit einem Hartelastomer (20) ummantelt ist.
Lufttaktventil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen (4) gleichzeitig als Drosselklappe des Hubkolbenmotors ausgenutzt werden.