DE19941035B4 - Einlaßsystem mit einer Einlaßrohrverzweigung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern - Google Patents

Abstract

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, wobei das Steuerorgan (5) als Drehschieber (6) ausgebildet ist, 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

Description

• Einlasssystem mit einer Einlassrohrverzweigung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern Die Erfindung betrifft ein Einlasssystem mit einer Einlassrohrverzweigung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei die Einlassrohrverzweigung pro Zylinder mehrere zu jeweils einem Einlasskanal führende Einlassrohre aufweist, von denen mindestens ein Einlassrohr durch ein Steuerorgan abschaltbar ist, wobei das Steuerorgan als Drehschieber ausgebildet ist.
• Brennkraftmaschinen mit mehreren Einlasskanälen pro Zylindern und einer Einlassrohrverzweigung 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 0 449 240 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 Übertragungsteilen steigt einerseits die Störanfälligkeit des Betätigungsmechanismus, und andererseits der Herstellungs- und Platzaufwand. Abgesehen davon kann es bei Drosselklappen insbesondere in Zwischenstellungen zu die Einlassströmung störenden Schwingungserscheinungen kommen.
• Aus der US 5, 762, 041 A ist außerdem bekannt, Abgas aus dem Auslasssystem in einen von zwei Einlasskanälen rückzuführen, wobei in der Abgasrückführleitung ein Abgasrückführventil angeordnet ist.
• Außerdem 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. Derartige Verteilerleisten und Verteilerkanäle werden üblicherweise als zusätzliche Teile und getrennt von einer Einlassrohrverzweigung ausgeführt, was ebenfalls den Herstellungsaufwand und den Bauaufwand erhöht.
• Die DE 44 45 412 C2 beschreibt ein Einlasskanalsystem der eingangs genannten Gattung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mindestens zwei in einem Zylinderkopf angeordneten Hubeinlassventilen pro Zylinder, wobei jedem Hubeinlassventil ein Haupteinlassventil und ein Nebeneinlassventil zugeordnet ist. Der Nebeneinlasskanal ist mit einer regelbaren Drosseleinrichtung versehen, die als rohrförmiger Drehschieber ausgebildet ist, welcher koaxial zu dem Hubeinlassventil des Nebeneinlasskanals drehbar gelagert ist. Der Herstellungs- und Bauaufwand für diese Ausführung ist beträchtlich.
• Die DE 43 17 433 A1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit in einem Zylinderkopf vorgesehenen Doppeleinlasskanälen, die durch einen Walzendrehschieber in einen Primärkanal und einen Sekundärkanal unterteilbar sind. Der Walzendrehschieber ist konzentrisch zu einem Einlasskanal angeordnet.
• Die DE 33 18 780 A1 beschreibt eine spiralförmige Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die eine Trennwand aufweist, die sich von der oberen Wandung der Ansaugvorrichtung nach unten erstreckt. Die Trennwand bildet einen spiralförmigen Abschnitt, einen tangential mit diesem verbundenen Ansaugabschnitt und einen Bypasskanal aus, der den Ansaugabschnitt und den spiralförmigen Abschnitt verbindet. Im Bypasskanal ist ein Drehschieber parallel zur Einlassventilachse ausgebildet und wird durch eine Membraneinrichtung betätigt.
• Die EP 0 500 123 A1 offenbart ein Einlasssystem für eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlasskanälen pro Zylinder, zu denen eine Einlassrohrverzweigung führt. Im Bereich der Einmündung der Einlassrohrverzweigung in die Einlasskanäle ist in einem Einlasskanal ein Steuerorgan vorgesehen, dessen Drehachse normal zur Zylinderachse verläuft. Zur gleichzeitigen Betätigung der Steuerorgane der Zylinder quert die Drehachse auch die ungedrosselten Einlasskanäle, wobei in diesen die Einlassströmung nachteilig beeinflusst wird.
• Die JP 57173526 A zeigt ein zu einem Einlasskanal führendes Einlassrohr einer Brennkraftmaschine, wobei das Einlassrohr einen Primärströmungsweg und einen Sekundärströmungsweg aufweist. Im Primärströmungsweg ist eine Drosselklappe, im Sekundärströmungsweg ein Drehschieber angeordnet. Die Drehachsen der Drosselklappe und des Drehschiebers sind normal auf die Zylinderachse angeordnet.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere bei einer Einlassrohrverzweigung für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art den Herstellungs- und Bauaufwand zu vermindern.
• Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass die Achse jedes Drehschiebers etwa parallel zur Zylinderachse angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Achsen von zumindest zwei Drehschiebern eine Parallelebene zur durch die Zylinderachsen gebildeten Motorlängsebene aufspannen. Auf diese Weise kann die Einlassrohrverzweigung einfach hergestellt und zusammengebaut werden, wobei der Betätigungsmechanismus 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 gezielt beeinflußt werden, insbesondere um die Emissionen der Brennkraftmaschine zu verbessern. Dabei ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, daß die Verteilerkanäle zumindest teilweise in die Einlaßrohrverzweigung integriert sind. Eine optimale Steuerung und Aufteilung des rückgeführten Abgases zu den einzelnen Zylindern wird dabei erreicht, wenn ein Abgasrückführventil im Übergangsbereich zwischen Abgassammelleitung und den Verteilerkanälen angeordnet ist.
• In einer sehr kompakten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß das Abgasrückführventil an der Einlaßrohrverzweigung befestigt ist. In weiterer Ausführung der Erfindung ist es weiters vorteilhaft, wenn das Abgasrückführventil eine zentrale, mit der Abgassammelleitung verbundene Eingangsöffnung und mehrere vorzugsweise mit je einem Verteilerkanal verbundene Ausgangsöffnungen aufweist. Dabei kann in einer äußerst bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen sein, daß das Abgasrückführventil ein in einem Ventilgehäuse drehbar gelagertes im wesentlichen scheibenförmiges Schaltelement aufweist, in welchem pro Auslaßöffnung eine Schaltöffnung so angeordnet ist, daß in einer Stellung die Strömungsverbindung 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:
• 1 eine Einlaßrohrverzweigung eines erfindungsgemäßen Einlaßsystemes samt Abgasrückführventil in einer Schrägansicht,
• 2 die Einlaßrohrverzweigung in teilweiser Explosionsdarstellung mit demontiertem Abgasrückführventil,
• 3 eine Draufsicht auf die Einlaßrohrverzweigung,
• 4 eine Seitenansicht der Einlaßrohrverzweigung,
• 5a und 5b die Einlaßrohrverzweigung in Schnitten gemäß den Linien Va-Va und Vb-Vb in 3,
• 6 einen Gehäuseteil der Einlaßrohrverzweigung in einer Draufsicht,
• 7 ein Abgasrückführventil in einer Explosionsdarstellung,
• 8 eine Schrägansicht eines Abgasrückführventilteiles,
• 9 eine Seitenansicht dieses Abgasrückführventilteiles und
• 10 einen Schnitt durch einen Abgasrückführventilteil gemäß der Linie X-X in 6.
• Das Einlaßsystem 1 einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern weist eine Einlaßrohrverzweigung 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 Brennkraftmaschine befestigt werden kann, wo die Einlaßrohre 3, 4 in die zu jeweils einem Brennraum führenden Einlaßkanäle übergehen. Dabei ist vorteilhafterweise jeweils ein absperrbares Einlaßrohr 3 mit einem als Neutralkanal ausgebildeten Einlaßkanal des Zylinderkopfes verbunden, 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 ausgebildeten Einlaßkanal, beispielsweise einem Tangentialkanal oder einem Spiralkanal.
• Wie insbesondere aus den 2 und 5b ersichtlich ist, ist das Steuerorgan 5 als walzenförmiger 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 Verdrehung der Ventilteile 9 erfolgt. An der Schubstange 15 wiederum greift über einen Hebel 40a eine Betätigungseinrichtung 40 an, welche beispielsweise einen Schrittmotor oder eine Unterdruckdose aufweist.
• Zumindest zwei Achsen 5a der Steuerorgane 5 spannen eine Parallelebene 5b zur Motorlängsebene auf. Konstruktionsbedingt kann es erforderlich sein, die Achsen 5a von weiteren Steuerorganen 5 leicht außerhalb der Parallelebene 5b vorzusehen. Auch geringfügige Unterschiede in der Ausrichtung der Einlaßrohre 3 sind manchmal zweckmäßig, wie in den 1 bis 3 dargestellt ist. Um trotzdem die Betätigung über eine einzige Schubstange 15 zu ermöglichen, 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 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 Öffnungsstellung 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 Verteilerkanäle 16 sind dabei als Einformungen ausgebildet und gehen von einem gemeinsamen mittigen 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 Gehäuseteil 22 auf, in welchem ein im wesentlichen scheibenförmiges Schaltelement 23 drehbar gelagert ist. Das Schaltelement 23 kann über eine Antriebswelle 24 verdreht werden. Der Gehäuseteil 21 weist eine zentrale Einlaßöffnung 25 auf, in welche eine vom Auslaßsystem kommende Abgassammelleitung 26 einmündet. Der vorzugsweise einstückig mit dem deckelförmigen Gehäuseteil 19 ausgeführte auslaßseitige Gehäuseteil 22 des Abgasrückführventiles 20 weist pro Verteilerkanal 16 eine Auslaßöffnung 27 auf, welche mit jeweils einem Verteilerkanal 16 kommuniziert. Innerhalb des Gehäuseteiles 22 führen Steuerkanäle 28 zu den Auslaßöffnungen 27 wobei die Steuerkanäle 28 von einer ebenen Fläche 29 eines durch den Gehäuseteil 22 gebildeten Ventilraumes 29a ausgehen, wobei die Fläche 29 normal auf die Drehachse 23a des Schaltelementes 23 ausgebildet ist. Pro Steuerkanal 28 weist die Fläche 29 eine Steueröffnung 30 auf, wobei die Öffnungen 30 im wesentlichen konzentrisch zur Drehachse 23a des scheibenförmigen Schaltelementes 23 angeordnet sind. Entsprechend den Steueröffnungen 30 weist das Schaltelement 23 ebenfalls eine Anzahl von konzentrisch um die Drehachse 23a angeordnete Schaltöffnungen 31 auf. Über eine Feder 32 wird das Schaltelement 23 an die Fläche 29 gepreßt, um einen Dichtsitz zwischen Schaltelement 23 und der Fläche 29 zu erreichen. Durch Drehung des Schaltelementes 23 über die Welle 24 können verschiedene Schaltstellungen eingestellt werden, wobei in einer Schaltstellung beispielsweise sämtliche Steueröffnungen 30 der Steuerkanäle 28 verschlossen sind. Durch geeignete Anordnung der Steueröffnungen 30 und der Schaltöffnungen 31 kann eine zylinderselektive Strömungsverbindung zwischen der Abgassammelleitung 26 und den Verteilerleitungen 16 hergestellt werden, wobei es möglich ist, in gewissen Schaltstellungen nur einzelne Verteilerkanäle 16 mit Abgas zu versorgen. Die Steueröffnungen 30 und die Schaltöffnungen 31 können kreis- oder nierenförmig sein oder andere strömungs- und steuerungstechnisch günstige Querschnittsformen aufweisen.

Claims (7)

1. 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, wobei das Steuerorgan (5) als Drehschieber (6) ausgebildet ist, 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
2. Einlasssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drehschieber (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.
3. 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 abschaltbar ist, mit einem externen Abgasrückführsystem zur Rückführung von Abgasen aus dem Auslasssystem über eine Abgassammelleitung (26) und Verteilerkanäle (16) in das Einlasssystem (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerkanäle (16) zumindest teilweise in die Einlassrohrverzweigung (2) integriert sind.
4. Einlasssystem (1) nach Anspruch 3, für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Abgasrückführventil (20) zur Steuerung der Abgasrückführmenge, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführventil (20) im Übergangsbereich zwischen Abgassammelleitung (26) und den Verteilerkanälen (16) angeordnet ist.
5. Einlasssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführventil (20) an der Einlassrohrverzweigung (2) befestigt ist.
6. Einlasssystem (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführventil (20) eine zentrale, mit der Abgassammelleitung (26) verbundene Eingangsöffnung (25) und mehrere vorzugsweise mit je einem Verteilerkanal (16) verbundene Ausgangsöffnungen (27) aufweist.
7. Einlasssystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführventil (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.