DE19834835B4

DE19834835B4 - Kanalsystem, insbesondere Saugrohr für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19834835B4
Application number: DE19834835A
Authority: DE
Inventors: Arthur Klotz; Rudolf Leipelt; Stefan Maier; Holger Dr. Paffrath; Robert Dr. Vaculik
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1998-08-01
Filing date: 1998-08-01
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2018-08-02
Also published as: KR100634630B1; WO2000008321A1; KR20010072176A; CA2339232A1; BR9912964A; JP2002522689A; US6591805B1; JP4278871B2; DE19834835A1

Abstract

Kanalsystem insbesondere Saugrohr für eine Brennkraftmaschine, welches
– mindestens einen Einlaß (10) aufweist,
– mindestens zwei Auslässe (11) aufweisende Saugkanäle, wobei diese mit drehbar gelagerten, Schaltklappen (13) versehen sind, und
– die Schaltklappen (13) durch eine Kraftübertragung (21) über Ansteuerungen (19) mechanisch miteinander verkoppelt sind, und
– die Kraftübertragung mindestens einen Antrieb (15) aufweist, wobei
– die Ansteuerungen (19) aus Zahnrädern (20) oder Zahnradsegmenten (30), bestehen, wobei diese fest mit den Schaltklappen (13) verbunden sind,
– die Kraftübertragung (21) aus mindestens einer Zahnstange (22) oder Schneckenwelle (23) besteht und die Zahnstange (22) oder Schneckenwelle (23) aus einer Antriebsstange (29) und je einer Verzahnung (25) oder Schnecke (31) bestehen und
– zwischen der Kraftübertragung (21) und mindestens zwei Schaltklappen (13) eine Einstellung (27) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung (27) aus einer axial verschiebbaren und fixierbaren Verbindung zwischen Antriebsstange (29) und Verzahnung...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kanalsystem, insbesondere für die Verwendung als Saugrohr für eine Brennkraftmaschine, die in den einzelnen Saugkanälen zu den Zylindern Schaltklappen aufweist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten Saugrohrs.
Eine solche Anordnung von Schaltklappen in den einzelnen Saugkanälen eines Saugrohres ist zum Beispiel aus der DE 38 43 509 bekannt. Jeder der Zylinder besitzt zwei getrennte Ansaugkanäle für die Verbrennungsluft. Durch die Schaltklappen kann jeweils einer der Saugkanäle zu den Zylindern verschlossen werden, wodurch im Teillastbereich des Motors der effektive Ansaugquerschnitt für die Zylinder verringert werden kann. Die Ansteuerung der Schaltklappen kann über eine Schubstange erfolgen, die über einen Schaltklappenantrieb bewegt wird. Die Schaltklappen laufen auf einen mechanischen Anschlag. Somit kann die Schaltklappe nur in den Stellungen offen oder geschlossen betrieben werden. Dabei wird die Elastizität der Schubstange bewußt ausgenutzt, um durch Verformung in den Anschlagstellungen der Schaltklappen Fertigungstoleranzen auszugleichen.
Nachteilig an der bekannten Lösung ist, daß die Schaltklappen nur zwei Schaltzustände annehmen können. Wünschensewert wäre jedoch eine stufenlose Verstellbarkeit der Schaltklappen mit definierten Klappenstellungen. Für einen stufenlosen Betrieb der Schaltklappen müßte auf den Toleranzausgleich der elastischen Schubstange verzichtet werden. Dies wäre nur möglich, wenn die Saugrohr- bzw. Schaltkomponenten mit kleinsten Fertigungstoleranzen hergestellt würden. Dies ist jedoch unter Beachtung wirtschaftlicher Aspekte nicht möglich.
Aus der DE 36 30 432 A1 ist eine Betätigungseinrichtung bekannt, mit welcher synchron zu betätigende Drosselklappen von Saugrohren einer Brennkraftmaschine verbunden sind. Die Drosselklappen weisen Lagerwellen auf und wirken über Hebel mit einem Gestänge der Betätigungseinrichtung zusammen.
Aus der DE 35 03 951 A1 ist eine Stellvorrichtung für ein aus einem Hubkolben-Verbrennungsmotor und einem Propeller bestehendes Flugzeug-Vortriebsaggregat bekannt, mit welcher zugleich die Drosselklappe und die Blattsteigung des Propellers einstellbar ist.
Aus der DE 195 04 382 A1 ist ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche für jeden Zylinder über einen ersten und einen zweiten Einlaßkanal verfügt. Der zweite Einlaßkanal ist mit einer Klappenanordnung versehen und kann damit geschlossen bzw. geöffnet werden.
Aus der US 5,592,917 A ist ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche für jeden Zylinder über einen ersten und einen zweiten Einlaßkanal verfügt. Der zweite Einlaßkanal ist mit einer Klappenanordnung zur Erzeugung von Verwirbelungen versehen.
Aus der US 5,311,848 A ist ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem sich der Durchflussquerschnitt der Ansaugkanäle während des Betriebs einstellen läßt, um Turbulenzen zu erzeugen.
Aus der DE 37 02 827 A1 ist eine Ansauganlage für einen Brennkraftmaschine bekannt, welche für jeden Zylinder über eine erste und eine zweite Ansaugleitung verfügt. Die Ansauganlage verfügt über drehbewegliche Verschlußorgane für die Zu- und Abschaltung einzelner Ansaugleitungen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Saugrohr mit stufenlos verstellbaren Schaltklappen zu schaffen, welches in der Wirtschaftlichkeit der Herstellung mit bekannten Lösungen für Schaltklappen konkurrieren kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Saugrohr besitzt Schaltklappen, die in den Saugkanälen des Saugrohrs zwischen Sammelraum und zylinderseitigen Auslaß angeordnet sind. Die Ansteuerung der Schaltklappen geschieht durch Zahnräder oder Zahnradsegmente. Ein Antrieb überträgt die Schaltkraft, zum Beispiel durch eine Zahnstange über die Ansteuerung auf die Schaltklappen. Der Antrieb muß die Möglichkeit einer stufenlosen Verstellung der Schaltklappen gewährleisten. Die mechanischen Kopplungen zwischen Steuergestänge, Schaltklappen und Antrieb müssen spielfrei ausgeführt sein. Nur so läßt sich eine in Abhängigkeit von der Stellung des Antriebs genau definierte Klappenstellung erreichen. Damit die Schaltklappen untereinander immer dieselbe Stellung aufweisen, müssen fertigungsbedingte Toleranzen im Saugrohr sowie im Schaltklappensystem ausgeglichen werden. Hierzu ist eine Einstellung vorgesehen, die in die Verzahnung zwischen Zahnstange und Zahnrad oder in die Klappenwelle integriert sein kann. Die Einstellung muß so ausgeführt sein, daß sich jede einzelne Schaltklappe in ihrer Stellung verändern und anschließend fixieren läßt.
Sofern die Schaltklappen in der Nähe der Zylindereinlässe angeordnet sind, kann die genau definierte Klappenstellung zur Erzeugung einer drallbehafteten Strömung in den Verbrennungsraum der Zylinder genutzt werden. Dies hat den Vorteil einer besseren Gemischbildung im Teillastbereich des Motors, wodurch Verbrauch und Schadstoffemission vermindert werden können. Durch die stu stufenlose Verstellbarkeit ist es weiterhin möglich, Schaltklappen in allen zu den Zylinder führenden Saugkanälen anzuordnen. Natürlich dürfen dann nicht alle Schaltklappen ganz geschlossen werden, da in diesem Fall die Luftzufuhr vollständig abgeriegelt wäre.
Eine sinnvolle Ausgestaltung der Erfindung sieht die Einstellungsvorrichtung zum Toleranzausgleich an der Zahnstange bzw. Schneckenwelle vor. Diese besteht dann aus einer Antriebsstange, die mit dem Antrieb verbunden ist und pro Schaltklappe mit einer Verzahnung oder einer die Schnecke tragende Hülse versehen ist, die auf der Antriebsstange frei verschiebbar, bzw. fixierbar sind. Genauso kann die Einstellung an den Zahnrädern bzw. Zahnradsegmenten vorgenommen werden, wenn diese als Grundkörper mit aufgesteckter Verzahnung gefertigt werden. Die Integration der Einstellungen an diesen Bauteilen hat den Vorteil, daß die Verbindungen bei der Montage leicht zugänglich sind. Auch Nachjustierungen bei Wartungsarbeiten können auf diese Weise leicht vorgnommen werden, sofern die Verbindungen an den Einstellungen lösbar sind.
Es bringt jedoch auch Vorteile mit sich, wenn die Einstellung einmalig fixierbare Klebeverbindungen sind. Der Klebstoff kann dann beim Montageprozeß aufgebracht werden und demnach die gesamte Steuereinheit für die Klappen montiert werden. Fertigungstoleranzen werden dabei automatisch ausgeglichen, da die Klebeverbindung noch nicht ausgehärtet ist. Nach Aushärtung der Klebeverbindung sind die Klappen in der definierten Stellung zueinander fixiert.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist die Einstellung in die mechanische Kopplung zwischen der Schaltklappenachse und den als Ansteuerung wirkenden Zahnrädern vorgesehen. Die Klappenkurbel kann zum Beispiel in eine Bohrung der Klappenachse gesteckt werden. Die Verbindung der beiden Bauteile kann insbesondere durch eine Klebeverbindung erfolgen. Diese kann vorteilhafterweise elastisch ausgeführt sein. Da in den Klappenstellungen zwischen den Anschlägen nur kleine Kräfte zischen den Klappen wirken, ist trotz der Elastizität der Klebeverbindung eine definierte Stellung im Stellbereich der Klappen gewährleistet. In den Anschlagstellungen der Klappen kann durch die Elastizität der Klebeverbindung jedoch in Grenzen ein zusätzlicher Toleranzausgleich stattfinden. Diese Lösung vereint also die vorteilhaften Funktionsprinzipien bekannter Lösungen mit denen der erfinderischen Lösung.
In einer besonderen Ausführungsform sind die zur Anwendung kommenden Schaltklappen montagegespritzte Klappenmodule, die am Saugrohr befestigt werden können. Diese Maßnahme vergrößert die Wirtschaftlichkeit der Lösung.
Zur Herstellung des erfinderischen Saugrohrs wird ein Verfahren vorgestellt, welches eine effiziente Justierung der Schaltklappen bei der Montage ermöglicht. Dies wird durch die Verwendung einer Lehre erreicht, die die Schaltklappen in die gewünschte Stellung zueinander und zum Antrieb bringt. Nach einer Vormontage des Schaltgestänges und des Antriebs können nun die Einstellungen fixiert werden. Dadurch werden die Schaltklappen in ihrer Stellung zueinander unveränderlich. Eventuelle Fertigungstoleranzen werden automatisch kompensiert. Am Ende des Montagevorgangs wir die Lehre wieder entfernt.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Zeichnung
Weiteren Einzelheiten werden in den Zeichnungen anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen:
1 die schematische Darstellung eines Saugrohrs für eine Fünfzylinder- Brennkraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen Steuergestänge, untergebracht in einem Steuerkasten, als Aufsicht.
2 den Längsschnitt durch einen Saugkanal mit montagegespritzter Schaltklappe, wobei die Einstellung als Verbindung zwischen Klappenachse und Steuerzahnrad durch eine Klebverbindung realisiert ist.
3 die Anordnung der Steuermechanik in einem Steuerkasten, wobei diese durch mit den Klappenachsen verbundene Zahnräder und zwei Zahnstangen gebildet wird, als Aufsicht,
4 eine Steuermechanik in einem Steuerkasten, wobei diese durch Zahnradsegmente an den Klappenachsen gebildet wird, die durch eine Zahnstange angesteuert werden, als Aufsicht,
5 die Anordnung der Steuermechanik in einem Steuerkasten, wobei diese durch mit den Klappenachsen verbundene Zahnradsegmente und eine als Schneckenwelle ausgeführte Steuerstange gebildet wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Saugrohr schematisch dargestellt, an dem eine stufenlose Klappenverstellung angebracht ist. Das Saugrohr weist einen Einlaß 10 und zylinderseitige Auslässe 11 auf, wobei letztere in einen Zylinderkopfflansch 12 untergebracht sind. In jedem zweiten der Auslässe 11 ist eine Schaltklappe 13 untergebracht, die Teil eines in den Zylinderkopfflansch 12 eingebrachten montagegespritzten Klappenmoduls 14 ist. Jeder Zylinder weist somit einen Einlaß auf, der mit einer stufenlos verstellbaren Klappe versehen ist. Die Luftzufuhr im Einlaß läßt sich durch die Steuermechanik stufenlos regulieren. Die Steuermechanik besitzt einen Antrieb 15 und ist in einem Gehäuse 16 untergebracht, welches auf dem Zylinderkopfflansch 12 befestigt ist. Die Steuermechanik steht mit den Schaltklappen 13 durch Öffnungen im Gehäuseboden in Verbindung.
2 stellt den Schnitt durch den Auslaß 11 eines Saugrohrs dar. In die Öffnung des Auslasses ist die montagegespritzte Schaltklappe 13 eingesetzt. Eine Klappenwelle 17 weist ein Aufnahmeloch 18 mit länglichem Querschnitt auf. Das Aufnahmeloch steht in mechanischer Verbindung mit einer Ansteuerung 19 für die Schaltklappe, wobei die Ansteuerung aus einem Zahnrad 20 gebildet wird. Die Ansteuerung kann mit einem Dorn 34 in das Aufnahmeloch 18 eingesteckt werden. Zwischen Dorn und Aufnahmeloch ist konstruktiv ein Spalt vorgesehen, so daß die Justierung der Schaltklappe 13 noch erfolgen kann. Der Spaltraum zwischen Aufnahmeloch 18 und Dorn 34 wird durch eine elastische Masse, insbesondere Silikon, ausgefüllt. Nach Trocknung dieser Masse ist die justierte Schaltklappe fixiert. Die Antriebskraft wird durch Kraftübertragungen 21 auf das Zahnrad 20 übertragen. Die Kraftübertragung 21 kann durch Zahnstangen 22 oder durch eine Schneckenwelle 23 realisiert sein.
In 3 ist ein Klappenantrieb dargestellt, der durch zwei Zahnstangen 22 erfolgt. Diese stehen mit den Zahnrädern 20 im Eingriff, die mit den Schaltklappen verbunden sind. Die Steuereinheit für die Schaltklappen ist in dem kastenförmigen Gehäuse 16 untergebracht. In diesem Gehäuse sind Spannmittel 24 vorgesehen, die ein Verrutschen der Zahnstangen 22 auf den Zahnrädern 40 verhindern. Die Einstellung 27 kann alternativ zu der Klebeverbindung in der Klappenwelle auch durch eine Welle-Nabe-Verbindung zwischen einer Verzahnung 25 und einem Grundkörper 26 des Zahnrades 20 realisiert werden. Bei der Montage kann eine Justierung der Schaltklappen durch eine Winkelverschiebung zwischen Grundkörper 26 und Verzahnung 25 erfolgen. Nach der Montage muß diese Einstellung fixiert werden. Dies kann zum Beispiel durch eine Klebverbindung 28 erfolgen.
Eine weitere Variante der Einstellung 27 an der oberen Zahnstange 22 ist ebenfalls in 3 dargestellt. Diese ist mit frei verschiebbaren und fixierbaren Verzahnungen 25 ausgestattet. Die Justierung der Schaltklappen während des Montageprozesses erfolgt analog zu der Einstellung anhand der Zahnräder 20 zum Beispiel durch vorsehen einer Klebeverbindung 28 zwischen Verzahnung 25 und einer Antriebsstange 29, wobei die Justierung der Schaltklappen während der Trockenzeit des Klebers erfolgen muß.
4 zeigt eine Variante der Steuermechanik mit als Zahnradsegmente 30 ausgeführten Ansteuerungen. Es ist exemplarisch dargestellt, daß auch die Zahnradsegmente aus Verzahnung 25 und Grundkörper 26 bestehen können, um eine Einstellungsmöglichkeit zu realisieren. Alternativ zu Schraubenfedern als Spannmittel 24 können auch wellenförmig gebogene Biegefedern zum Einsatz kommen, die sich zum Beispiel an der Wand des Steuerkastens 16 abstützen können.
In 5 ist eine Variante dargestellt, bei der die Kraftübertragung durch die Schneckenwelle 23 gewährleistet wird. Auf die Antriebsstange 29 können Schnecken 31 zum Beispiel durch die Klebeverbindung 28 montiert sein. Die Klebeverbindung eignet sich im besonderen zur Integration der Einstellung zur Justierung der Steuerklappen. Die Antriebsstange wird durch Lagerungen 33 geführt.

Claims

Kanalsystem insbesondere Saugrohr für eine Brennkraftmaschine, welches – mindestens einen Einlaß (10) aufweist, – mindestens zwei Auslässe (11) aufweisende Saugkanäle, wobei diese mit drehbar gelagerten, Schaltklappen (13) versehen sind, und – die Schaltklappen (13) durch eine Kraftübertragung (21) über Ansteuerungen (19) mechanisch miteinander verkoppelt sind, und – die Kraftübertragung mindestens einen Antrieb (15) aufweist, wobei – die Ansteuerungen (19) aus Zahnrädern (20) oder Zahnradsegmenten (30), bestehen, wobei diese fest mit den Schaltklappen (13) verbunden sind, – die Kraftübertragung (21) aus mindestens einer Zahnstange (22) oder Schneckenwelle (23) besteht und die Zahnstange (22) oder Schneckenwelle (23) aus einer Antriebsstange (29) und je einer Verzahnung (25) oder Schnecke (31) bestehen und – zwischen der Kraftübertragung (21) und mindestens zwei Schaltklappen (13) eine Einstellung (27) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung (27) aus einer axial verschiebbaren und fixierbaren Verbindung zwischen Antriebsstange (29) und Verzahnung (25) oder Schnecke (31) in Form einer die Schnecke tragenden Hülse, die auf der Antriebsstange frei verschiebbar und fixierbar ist, besteht.
Kanalsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – die Zahnräder aus je einem Zahnkranz (32) und je einem Grundkörper (26) bestehen, – die Einstellung (27) aus einer radial verdrehbaren und fixierbaren Verbindung zwischen Zahnkranz und Grundkörper besteht.
Kanalsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verdreh-/verschiebbare und fixierbare Verbindung eine einmalig fixierbare Klebeverbindung ist.
Kanalsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung (27) in die mechanische Kopplung zwischen einer Klappenwelle (17) und der Ansteuerung (19), insbesondere durch eine Klebeverbindung (28), gebildet ist.
Kanalsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeverbindung (28) durch ein elastisches Material, insbesondere Silikon, gebildet ist.
Kanalsystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltklappen Teil von montagegespitzten Klappenmodulen (14) sind, die in das Kanalsystem integriert sind.
Verfahren zur Herstellung eines Kanalsystems nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Schritte bei der Montage der Ansteuerung durchlaufen werden: – Die Schaltklappen (13) werden in einer Lehre in die gewünschte Stellung zueinander und zum Antrieb (15) gebracht. – Antrieb und Ansteuerungen (19) werden mit der Kraftübertragung (21) verbunden. – Die Einstellungen (27) werden fixiert. – Die Lehre wird entfernt.