DE19941035A1 - Einlaßsystem mit einer Einlaßrohrverzweigung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einlaßsystem (1) mit einer Einlaßrohrverzweigung (2) für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei die Einlaßrohrverzweigung (2) pro Zylinder mehrere zu jeweils einem Einlaßkanal führende Einlaßrohre (3, 4) aufweist, von denen mindestens ein Einlaßrohr (3) durch ein Steuerorgan (5) abschaltbar ist. Um die Herstellung zu vereinfachen und den Platzbedarf möglichst gering zu halten, ist vorgesehen, daß das Steuerorgan (5) als Drehschieber (6) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einlaßsystem mit einer Einlaßrohrverzweigung für eine Brenn­ kraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei die Einlaßrohrverzweigung pro Zylinder meh­ rere zu jeweils einem Einlaßkanal führende Einlaßrohre aufweist, von denen mindestens ein Einlaßrohr durch ein Steuerorgan abschaltbar ist.

Brennkraftmaschinen mit mehreren Einlaßkanälen pro Zylindern und einer Einlaßrohrver­ zweigung mit zu den Einlaßkanälen führenden Einlaßrohren, wobei in mindestens einem Einlaßrohr pro Zylinder ein Schaltorgan angeordnet ist, sind bekannt, beispielsweise aus der US 5,762,041 A oder der EP 0449 240 A1. Die Steuerorgane sind zumeist als Drosselklappen ausgebildet. Da bei mehreren nebeneinander angeordneten Einlaßrohren, welche abwechselnd abschaltbar und nicht abschaltbar ausgeführt sind, eine durchgehende Drosselklappenwelle meist nicht möglich ist, erfolgt die Betätigung der Klappen über Seilzug oder über einen eine Vielzahl von Teilen aufweisenden Hebelmechanismus. Mit der Anzahl von Übertragungstei­ len steigt einerseits die Störanfälligkeit des Betätigungsmechanismuses, und andererseits der Herstellungs- und Platzaufwand. Abgesehen davon kann es bei Drosselklappen insbesondere in Zwischenstellungen zu die Einlaßströmung störenden Schwingungserscheinungen kom­ men.

Aus der US 5,762,041 A ist weiters bekannt, Abgas aus dem Auslaßsystem in einen von zwei Einlaßkanälen rückzuführen, wobei in der Abgasrückführleitung ein Abgasrückführventil an­ geordnet ist.

Weiters ist aus der GB 2 293 862 A eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem mit einer zu seiner Verteilerleiste führenden Abgasrückführleitung bekannt, von welcher Verteilerleiste pro Zylinder ein zu einem Einlaßkanal führender Verteilerkanal ausgeht. Der­ artige Verteilerleisten und Verteilerkanäle werden üblicherweise als zusätzliche Teile und getrennt von einer Einlaßrohrverzweigung ausgeführt, was ebenfalls den Herstellungsaufwand und den Bauaufwand erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Einlaßrohrverzwei­ gung für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art den Herstellungs- und Bau­ aufwand zu vermindern.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, daß das Steuerorgan als Drehschieber ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Achse jedes Drehschiebers etwa parallel zur Zylinderachse angeord­ net ist, und die Achse von zumindest zwei Drehschiebern eine Parallelebene zu einer durch die Zylinderachsen gebildeten Motorlängsebene aufspannen. Auf diese Weise kann die Ein­ laßrohrverzweigung einfach hergestellt und zusammengebaut werden, wobei der Betäti­ gungsmechanismus für die Drehschieber nur sehr geringen Platzbedarf einnimmt. Um eine gleichzeitige Betätigung aller Drehschieber zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß mehrere Drehschieber über eine Schubstange betätigbar sind, welche über Hebel auf die Wellen der Drehschieber einwirkt. Konstruktionsbedingt kann es vorteilhaft sein, daß zumindest eine Achse außerhalb der Parallelebene angeordnet ist. Um trotzdem eine simultane Betätigung mit den anderen Drehschiebern zu ermöglichen, weist die Schubstange im Angriffsbereich mit dem Hebel dieser Drehschieber Langlöcher auf, um die abweichende Achsenlagerung durch dieses zusätzliche Spiel auszugleichen.

Bei Brennkraftmaschinen mit zumindest einem drallerzeugenden Einlaßkanal und einem Neutralkanal pro Zylinder wird eine effektive Drallsteuerung erreicht, wenn der Drehschieber im zum Neutralkanal führenden Einlaßrohr angeordnet ist. Der Drall läßt sich auf diese Weise mit möglichst geringem Herstellungs- und Platzaufwand erreichen.

Mittels externer Abgasrückführung mit einer Abgassammelleitung, von der Verteilerkanäle zum Einlaßsystem führen, kann die Gemisch- und Gaszusammensetzung im Brennraum ge­ zielt beeinflußt werden, insbesondere um die Emissionen der Brennkraftmaschine zu verbes­ sern. Dabei ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, daß die Verteilerkanäle zumindest teilweise in die Einlaßrohrverzweigung integriert sind. Eine opti­ male Steuerung und Aufteilung des rückgeführten Abgases zu den einzelnen Zylindern wird dabei erreicht, wenn ein Abgasrückführventil im Übergangsbereich zwischen Abgassammel­ leitung und den Verteilerkanälen angeordnet ist.

In einer sehr kompakten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß das Abgas­ rückführventil an der Einlaßrohrverzweigung befestigt ist. In weiterer Ausführung der Erfin­ dung ist es weiters vorteilhaft, wenn das Abgasrückführventil eine zentrale, mit der Abgas­ sammelleitung verbundene Eingangsöffnung und mehrere vorzugsweise mit je einem Vertei­ lerkanal verbundene Ausgangsöffnungen aufweist. Dabei kann in einer äußerst bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen sein, daß das Abgasrückführventil ein in einem Ventilgehäu­ se drehbar gelagertes im wesentlichen scheibenförmiges Schaltelement aufweist, in welchem pro Auslaßöffnung eine Schaltöffnung so angeordnet ist, daß in einer Stellung die Strömungs­ verbindung zwischen Einlaßöffnung und Auslaßöffnungen unterbrochen und in zumindest einer anderen Stellung eine Strömungsverbindung zwischen der Einlaßöffnung und zumindest einer Auslaßöffnung hergestellt ist.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einlaßrohrverzweigung eines erfindungsgemäßen Einlaßsystemes samt Ab­ gasrückführventil in einer Schrägansicht,

Fig. 2 die Einlaßrohrverzweigung in teilweiser Explosionsdarstellung mit demontiertem Abgasrückführventil,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Einlaßrohrverzweigung,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Einlaßrohrverzweigung,

Fig. 5a und 5b die Einlaßrohrverzweigung in Schnitten gemäß den Linien Va-Va und Vb-Vb in Fig. 3,

Fig. 6 einen Gehäuseteil der Einlaßrohrverzweigung in einer Draufsicht,

Fig. 7 ein Abgasrückführventil in einer Explosionsdarstellung,

Fig. 8 eine Schrägansicht eines Abgasrückführventilteiles,

Fig. 9 eine Seitenansicht dieses Abgasrückführventilteiles und

Fig. 10 einen Schnitt durch einen Abgasrückführventilteil gemäß der Linie X-X in Fig. 6.

Das Einlaßsystem 1 einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern weist eine Einlaßrohr­ verzweigung 2 mit zwei Einlaßrohren 3, 4 pro Zylinder auf, wobei jeweils das Einlaßrohr 3 durch ein Steuerorgan 5 abschaltbar ist. Die Einlaßrohre 3, 4 gehen von einer Flanschfläche 7 aus, welche mit einem nicht weiter dargestellten Einlaßsammler verbindbar ist, und enden in einer Flanschfläche 8, welche seitlich am nicht weiter dargestellten Zylinderkopf der Brenn­ kraftmaschine befestigt werden kann, wo die Einlaßrohre 3, 4 in die zu jeweils einem Brenn­ raum führenden Einlaßkanäle übergehen. Dabei ist vorteilhafterweise jeweils ein absperrbares Einlaßrohr 3 mit einem als Neutralkanal ausgebildeten Einlaßkanal des Zylinderkopfes ver­ bunden, wobei über das Steuerorgan 5 der Drall in den Brennraum gesteuert werden kann. Das Steuerorgan 5 ist dabei so angeordnet, daß die Drehachse 5a, beispielsweise etwa parallel zur Zylinderachse, verläuft. Das andere Einlaßrohr 4 führt zu einem drallerzeugend ausgebil­ deten Einlaßkanal, beispielsweise einem Tangentialkanal oder einem Spiralkanal.

Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 5b ersichtlich ist, ist das Steuerorgan 5 als walzenförmi­ ger Drehschieber 6 ausgebildet und besteht aus einem etwa zylindrischen oder konischen Ventilteil 9, an dessen Welle 10 ein Hebel 11 angreift. Der Hebel 11 ist über eine Mutter 12 oder dergleichen an der Welle 10 befestigt. Nach oben ist der Drehschieber 6 durch einen Deckel 13 abgeschlossen. Jeder Hebel 11 ist über ein Befestigungselement 14, beispielsweise einen Sägering, mit einer gemeinsamen Schubstange 15 verbunden, über welche die Verdre­ hung der Ventilteile 9 erfolgt. An der Schubstange 15 wiederum greift über einen Hebel 40a eine Betätigungseinrichtung 40 an, welche beispielsweise einen Schrittmotor oder eine Unter­ druckdose aufweist.

Zumindest zwei Achsen 5a der Steuerorgane 5 spannen eine Parallelebene 5b zur Motor­ längsebene auf. Konstruktionsbedingt kann es erforderlich sein, die Achsen 5a von weiteren Steuerorganen 5 leicht außerhalb der Parallelebene 5b vorzusehen. Auch geringfügige Unter­ schiede in der Ausrichtung der Einlaßrohre 3 sind manchmal zweckmäßig, wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist. Um trotzdem die Betätigung über eine einzige Schubstange 15 zu ermög­ lichen, weist diese im Angriffsbereich 15a mit den Hebeln 11 Langlöcher 15b auf, wodurch die Abweichung zwischen den Einlaßrohren 3 durch dieses zusätzliche Spiel ausgeglichen wird.

Wie aus den Fig. 2 und 5b ersichtlich ist, ist der Ventilteil 9 mit einer im wesentlichen der Querschnittsform des Einlaßrohres 3 angepaßten Öffnung 9a versehen, um in der Öffnungs­ stellung die Strömung möglichst wenig zu beeinflussen.

In die nicht abschaltbaren Einlaßrohre 4 münden nahe der Flanschfläche 8 Verteilerkanäle 16 ein, welche zumindest zum Teil in die Einlaßrohrverzweigung 2 integriert sind. Die Verteiler­ kanäle 16 sind dabei als Einformungen ausgebildet und gehen von einem gemeinsamen mitti­ gen Abzweigebereich 17 einer ebenen Oberfläche 18 der Einlaßrohrverzweigung 2 aus. Die Verteilerkanäle 16 können dabei mit der Einlaßrohrverzweigung 2 mitgegossen sein oder in diese mechanisch eingearbeitet werden. Nach oben werden die Verteilerkanäle 16 durch einen an der ebenen Oberfläche 18 aufliegenden deckelartigen Gehäuseteil 19 abgeschlossen, an welchen ein Abgasrückführventil 20 angebracht ist. Das Abgasrückführventil 20 weist ein Ventilgehäuse mit einem einlaßseitigen Gehäuseteil 21 und einen auslaßseitigen Gehäuse­ teil 22 auf, in welchem ein im wesentlichen scheibenförmiges Schaltelement 23 drehbar gela­ gert ist. Das Schaltelement 23 kann über eine Antriebswelle 24 verdreht werden. Der Gehäu­ seteil 21 weist eine zentrale Einlaßöffnung 25 auf in welche eine vom Auslaßsystem kom­ mende Abgassammelleitung 26 einmündet. Der vorzugsweise einstückig mit dem deckelför­ migen Gehäuseteil 19 ausgeführte auslaßseitige Gehäuseteil 22 des Abgasrückführventiles 20 weist pro Verteilerkanal 16 eine Auslaßöffnung 27 auf, welche mit jeweils einem Verteilerka­ nal 16 kommuniziert. Innerhalb des Gehäuseteiles 22 führen Steuerkanäle 28 zu den Auslaß­ öffnungen 27 wobei die Steuerkanäle 28 von einer ebenen Fläche 29 eines durch den Gehäu­ seteil 22 gebildeten Ventilraumes 29a ausgehen, wobei die Fläche 29 normal auf die Drehach­ se 23a des Schaltelementes 23 ausgebildet ist. Pro Steuerkanal 28 weist die Fläche 29 eine Steueröfffnung 30 auf, wobei die Öffnungen 30 im wesentlichen konzentrisch zur Drehach­ se 23a des scheibenförmigen Schaltelementes 23 angeordnet sind. Entsprechend den Steuer­ öffnungen 30 weist das Schaltelement 23 ebenfalls eine Anzahl von konzentrisch um die Drehachse 23a angeordnete Schaltöffnungen 31 auf. Über eine Feder 32 wird das Schaltele­ ment 23 an die Fläche 29 gepreßt, um einen Dichtsitz zwischen Schaltelement 23 und der Flä­ che 29 zu erreichen. Durch Drehung des Schaltelementes 23 über die Welle 24 können ver­ schiedene Schaltstellungen eingestellt werden, wobei in einer Schaltstellung beispielsweise sämtliche Steueröffnungen 30 der Steuerkanäle 28 verschlossen sind. Durch geeignete Anord­ nung der Steueröffnungen 30 und der Schaltöffnungen 31 kann eine zylinderselektive Strö­ mungsverbindung zwischen der Abgassammelleitung 26 und den Verteilerleitungen 16 herge­ stellt werden, wobei es möglich ist, in gewissen Schaltstellungen nur einzelne Verteilerkanä­ le 16 mit Abgas zu versorgen. Die Steueröffnungen 30 und die Schaltöffnungen 31 können kreis- oder nierenförmig sein oder andere strömungs- und steuerungstechnisch günstige Quer­ schnittsformen aufweisen.

Claims (8)

1. Einlaßsystem (1) mit einer Einlaßrohrverzweigung (2) für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei die Einlaßrohrverzweigung (2) pro Zylinder mehrere zu je­ weils einem Einlaßkanal führende Einlaßrohre (3, 4) aufweist, von denen mindestens ein Einlaßrohr (3) durch ein Steuerorgan (5) abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (5) als Drehschieber (6) ausgebildet ist.

2. Einlaßsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (5a) jedes Drehschiebers (6) etwa parallel zur Zylinderachse angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Achsen (5a) von zumindest zwei Drehschiebern (6) eine Parallelebene zur durch die Zylinderachsen gebildeten Motorlängsebene aufspannen.

3. Einlaßsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dreh­ schieber (6) über eine Schubstange (15) betätigbar sind, welche über Hebel (11) auf die Wellen (10) der Drehschieber (6) einwirkt, wobei vorzugsweise die Schubstange (15) im Angriffsbereich (15a) mit zumindest einem Hebel (11) ein Langloch (15b) aufweist.

4. Einlaßsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, für eine Brennkraftmaschine mit einem externen Abgasrückführsystem zur Rückführung von Abgasen aus dem Auslaßsy­ stem über eine Abgassammelleitung (26) und Verteilerkanäle (16) in das Einlaßsy­ stem (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerkanäle (16) zumindest teilweise in die Einlaßrohrverzweigung (2) integriert sind.

5. Einlaßsystem (1) nach Anspruch 4, für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Abgasrückführventil (20) zur Steuerung der Abgasrückführmenge, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Abgasrückführventil (20) im Übergangsbereich zwischen Abgassam­ melleitung (26) und den Verteilerkanälen (16) angeordnet ist.

6. Einlaßsystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführ­ ventil (20) an der Einlaßrohrverzweigung (2) befestigt ist.

7. Einlaßsystem (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas­ rückführventil (20) eine zentrale, mit der Abgassammelleitung (26) verbundene Eingangsöffnung (25) und mehrere vorzugsweise mit je einem Verteilerkanal (16) verbun­ dene Ausgangsöffnungen (27) aufweist.

8. Einlaßsystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführ­ ventil (20) ein in einem Ventilgehäuse (21, 22) drehbar gelagertes im wesentlichen scheibenförmiges Schaltelement (25) aufweist, in welchem pro Auslaßöffnung (27) eine Schaltöffnung (31) so angeordnet ist, daß in einer Stellung die Strömungsverbindung zwischen Einlaßöffnung (25) und Auslaßöffnungen (27) unterbrochen und in zumindest einer anderen Stellung eine Strömungsverbindung zwischen der Einlaßöffnung (25) und zumindest einer Auslaßöffnung (27) hergestellt ist.