EP1170483A2 - Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1170483A2
EP1170483A2 EP01114776A EP01114776A EP1170483A2 EP 1170483 A2 EP1170483 A2 EP 1170483A2 EP 01114776 A EP01114776 A EP 01114776A EP 01114776 A EP01114776 A EP 01114776A EP 1170483 A2 EP1170483 A2 EP 1170483A2
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EP
European Patent Office
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throttle valve
air intake
intake device
wing
flaps
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Holger Dr. Paffrath
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Mann and Hummel GmbH
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Filterwerk Mann and Hummel GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/10—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
    • F02D9/109—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps having two or more flaps
    • F02D9/1095—Rotating on a common axis, e.g. having a common shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/02—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits concerning induction conduits
    • F02D2009/0201—Arrangements; Control features; Details thereof
    • F02D2009/0279—Throttle valve control for intake system with two parallel air flow paths, each controlled by a throttle, e.g. a resilient flap disposed on a throttle

Definitions

  • the invention relates to an air intake device for an internal combustion engine the preamble of independent claim 1.
  • DE 195 45 746 describes an air intake device for an internal combustion engine known.
  • This air intake device has a collector that has suction pipes is connected to the cylinders of the internal combustion engine.
  • the suction pipes are included a wing flap closed with three wings, by switching the Wing flaps can be realized with different effective suction tube lengths.
  • the invention has for its object an air intake device for a To create internal combustion engine, which has throttle valves, in which one Uniform distribution of the air volume to the cylinders is guaranteed.
  • the throttle valves are some Places defined softly and thereby reduces the unequal distribution.
  • This Design is based on the following finding: Should a cylinder have less air intake than another, then the pressure curve behind the throttle valve is for this cylinder differently. The cylinder that sucks the least air because of the gap is the lowest, has the lowest pressure behind the throttle valve. Since the Pressure in front of the throttle valve is the same for all cylinders, is for the cylinders, at where the gap is smallest, the pressure difference across the flap is greatest. If this pressure difference can be used to deform the flap and increasing the gap, this cylinder will suck in more air. Ideally the unequal distribution is eliminated.
  • the flap is in the closed position Position not perpendicular to the center axis of the vibrating tube.
  • the end position in closed position should - starting from the open position - before Vertical erection.
  • the flap should be in the area the shaft should be as stiff as possible and the shaft itself should be torsionally rigid. It is sufficient if the Throttle valve has a soft portion.
  • This sub-area will change according to a further embodiment of the invention can be realized in such a way that the wing inclined in the direction of flow Throttle valve is flexible compared to the other wing.
  • An alternative Air intake device for an internal combustion engine provides the axes of the Arrange throttle valves off-center. The individual axes of these throttle valves are connected to an operating rod. Between single axis and Actuating rod, a resilient element is provided in each case. This element has the task of compensating for the uneven distribution of the supplied air, i.e. on Instead of a softly designed throttle valve, the mobility is increased by the resilient element realized.
  • the actuating rod can be translatory or rotary be moved.
  • the air intake device shows a single intake pipe 10, which leads to a cylinder head 11 of an internal combustion engine.
  • the inlet valve 12 is shown schematically.
  • the intake pipe 10 In the intake pipe 10 is a throttle valve 13 arranged.
  • the throttle valve is drawn near its closed position. In this position it deviates from the normal to the Direction of flow.
  • This throttle valve is rigid in the area of the shaft 14 and the shaft itself is torsionally rigid.
  • the valve will flow with pressure loaded and the two wings of the flaps would be soft, so a wing 15 in Flow direction bent and the other wing 16 against the housing wall pressed.
  • the wing that would be pressed against the case wall should also be as stiff as possible so that when pressed against the housing Gap on his side is not reduced any further.
  • the other wing ensures that the Gap 17 is slightly enlarged by deformation and more air in the cylinder flows.
  • the effect can be achieved through a targeted design of the housing contour get supported.
  • the detailed design of the flap and the housing must be re-tuned for each engine. Among other things, it depends on Cylinder stroke volume of the oscillating tube diameter and the distance from the inlet valve to Single throttle. The direction of rotation in which the throttle valve opens / closes can be any.
  • FIG. 2 shows several individual throttle valves, which are on a common axis are attached.
  • the axle is extremely torsionally rigid.
  • the single throttle valves are relatively soft in the upper region 18. This can be done, for example a two-component injection molding process can be achieved or by a Reduction in wall thickness.
  • FIG 3 shows single throttle valves 19, in which the individual flaps are not open axis.
  • each individual throttle valve 19 their has its own axis 20.
  • the individual axes 20 are common and actuated synchronously via an actuating rod with which all axes of the Single throttle valves are connected.
  • the individual flaps are perpendicular to Actuating rod.
  • the flaps should not be perfect be suspended from pressure. Due to a slightly off-center location of the Axes tends to open each of the individual flaps under pressure. The valve with the greatest pressure load reaches the highest torque around the Axis of the flap. A pressure load that differs from flap to flap becomes caused by different leakages on the individual flaps. The the tightest flap lets the least air through, the pressure behind it drops furthest. The pressure load on this flap is greatest. Where one Single axis is connected to the actuating rod, is a resilient element 22 necessary, which counteracts the torque of the flap.
  • the resilient element 22 ensures that all flaps have a defined one Take up position on a stop on the rod. Exceeds the torque the axis of the bias of the spring, the flap can move at a constant position move the operating rod out of this stop position. At constant Position of the operating rod, the individual flaps depending on the load on the Flaps assume different positions within narrow limits. The flap with the highest torque due to the smallest gap will be the farthest move out of the normal position and thus enlarge the gap on this flap. It more air gets to this cylinder.
  • Each flap has its individual position depending on its column size. In the Ideally, even with this system, there is no cylinder uneven distribution.
  • the actuating rod 21 can be moved either translationally or rotationally become, i.e. the connection to the individual flaps can be, for example Gearing or a lever.
  • the resilient element that has one of the axes connecting the operating rod can be realized in a variety of ways. At the This resilient element can be easiest by means of an elastic coupling member realize.
  • the individual throttle valves can both by means of a throttle body Manufactured separately and to the swinging tubes as close as possible to the cylinder head be flanged. There is also the option of throttling at Assembly injection molding process directly into the vibrating tube.
  • the throttling the engine can either only with the help of the single throttle or combined with individual and with a central throttle valve.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Ansaugrohren, wobei jedes Ansaugrohr von wenigstens einer Drosselklappe verschließbar ist und wobei die Drosselklappen miteinander verbunden sind. Die Drosselklappen sind an wenigstens einem Bereich derart weich ausgestaltet, dass dadurch die ungleiche Verteilung der zugeführten Luft reduziert wird. <IMAGE>

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
Aus der DE 195 45 746 ist eine Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Diese Luftansaugvorrichtung weist einen Sammler auf, der über Saugrohre mit den Zylindern der Brennkraftmaschine verbunden ist. Die Saugrohre sind mit einer Flügelklappe mit drei Flügeln verschlossen, durch entsprechendes Schalten der Flügelklappe können unterschiedlich wirksame Saugrohrlängen realisiert werden.
Gerade bei Brennkraftmaschinen ist ein zuverlässiges Schließen der Klappen für eine gleichmäßige Befüllung der Zylinder erforderlich. Hierzu werden unterschiedliche Maßnahmen angewendet. So besteht die Möglichkeit die Klappen im Montagespritzgießverfahren unmittelbar in den Kanal einzuspritzen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Klappe mit Gummidichtlippen zu versehen oder entsprechend Dichtringe anzuordnen. Bei der Kupplung mehrerer Klappen an dem gemeinsamen Versteller ist es erforderlich, dass Koppelglied sorgfältig abzustimmen, damit die einzelnen Klappen gleichmäßig schließen/öffnen. In vielen Fällen sind die Klappen und deren Gehäuse sehr aufwendig und teuer aus Metall gefertigt um die Spalte an den Drosselklappen und an allen Klappen möglichst gleich/klein zu halten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche Drosselklappen aufweist, bei denen eine Gleichverteilung der Luftmenge zu den Zylindern gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 durch diesen kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Die Ursachen für eine Ungleichverteilung in der Luftzuführung zu einer Brennkraftmaschine können zum Beispiel von Zylinder zu Zylinder unterschiedliche Spalte zwischen Klappe und Gehäuse sein oder, falls bei Mehrzylindermotoren mehrere einzelne Klappen mit einzelnen Achsen montiert werden, von Zylinder zu Zylinder leicht unterschiedliche Stellungen der Klappen sein. Auch Abweichungen in der Gehäusegeometrie, in diesem Fall wäre das eventuell auch die Schwingrohrgeometrie, können die Ursache für die Ungleichverteilung sein. Sind die Spalte, die der in den Zylinder einströmenden Luft zur Verfügung stehen, aus den genannten Gründen von Zylinder zu Zylinder unterschiedlich, so erhält jeder Zylinder eine unterschiedliche und nichtdefinierte Masse an Frischluft. Die Folgen einer Ungleichverteilung können zu hohen Abgasemissionen oder ein unrunder Motorlauf sein. Die Erfindung hat den Vorteil, dass diese Ungleichverteilung aufgehoben wird.
Gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 werden die Drosselklappen an einigen Stellen definiert weich gestaltet und dadurch die Ungleichverteilung reduziert. Dieser Gestaltung liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Sollte ein Zylinder weniger Luft ansaugen als ein anderer, dann ist der Druckverlauf hinter der Drosselklappe für diesen Zylinder anders. Der Zylinder der am wenigsten Luft ansaugt, da der Spalt bei ihm am geringsten ist, hat hinter der Drosselklappe den geringsten Druck. Da der Druck vor der Drosselklappe bei allen Zylindern gleich ist, ist bei den Zylindern, bei denen der Spalt am kleinsten ist, die Druckdifferenz über die Klappe am größten. Wenn diese Druckdifferenz genutzt werden kann um die Klappe zu verformen und dabei den Spalt zu vergrößern, wird dieser Zylinder mehr Luft ansaugen. Im Idealfall wird die Ungleichverteilung eliminiert.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung steht die Klappe in der geschlossenen Stellung nicht senkrecht zur Mittelachse des Schwingrohres. Die Endposition in geschlossener Stellung soll - ausgehend von der geöffneten Stellung - vor dem Errechen der Senkrechten eingenommen worden sein. Die Klappe sollte im Bereich der Welle möglichst steif und die Welle selbst torsionssteif sein. Es genügt, wenn die Drosselklappe einen weichen Teilbereich aufweist.
Dieser Teilbereich wird sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung derart realisieren lassen, dass der in Strömungsrichtung geneigte Flügel der Drosselklappe gegenüber dem anderen Flügel biegeweich ist. Eine alternative Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine sieht vor, die Achsen der Drosselklappen außermittig anzuordnen. Die Einzelachsen dieser Drosselklappen sind mit einer Betätigungsstange verbunden. Zwischen Einzelachse und Betätigungsstange ist jeweils ein federndes Element vorgesehen. Dieses Element hat die Aufgabe, die ungleiche Verteilung der zugeführten Luft auszugleichen, d.h. an Stelle einer weichgestalteten Drosselklappe wird die Beweglichkeit durch das federnde Element realisiert.
Weiterbildungsgemäß kann die Betätigungsstange translatorisch oder rotatorisch bewegt werden.
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.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Es zeigt
Figur 1
die schematische Darstellung einer Luftansaugvorrichtung
Figur 2
die Prinzipskizze von Einzeldrosselklappen auf einer Achse
Figur 3
die Prinzipskizze von Einzeldrosselklappen mit Einzelachsen.
Die Luftansaugvorrichtung gemäß Figur 1 zeigt ein einzelnes Ansaugrohr 10, welches zu einem Zylinderkopf 11 einer Brennkraftmaschine führt. Im Zylinderkopf ist das Einlaßventil 12 schematisch dargestellt. Im Ansaugrohr 10 ist eine Drosselklappe 13 angeordnet. Die Drosselklappe ist nahe ihrer Geschlossenstellung gezeichnet. Sie weicht in dieser Stellung von der Senkrechten bezogen auf die Strömungsrichtung ab. Diese Drosselklappe ist im Bereich der Welle 14 biegesteif und die Welle selbst torsionssteif. Wird die Klappe in Strömungsrichtung mit Druck belastet und die beiden Flügel der Klappen wären weich, so wird ein Flügel 15 in Strömungsrichtung aufgebogen und der andere Flügel 16 gegen die Gehäusewand gedrückt. Der Flügel, der gegen die Gehäusewand gedrückt werden würde, sollte ebenfalls möglichst steif sein, damit er beim Andrücken gegen das Gehäuse den Spalt an seiner Seite nicht weiter verkleinert. Der andere Flügel sorgt dafür, dass der Spalt 17 durch Verformung etwas vergrößert wird und mehr Luft in den Zylinder einströmt. Der Effekt kann durch eine gezielte Gestaltung der Gehäusekontur unterstützt werden. Die detaillierte Gestaltung der Klappe und des Gehäuses muss bei jedem Motor neu abgestimmt werden. Sie ist unter anderem abhängig vom Zylinderhubvolumen Schwingrohrdurchmesser und vom Abstand des Einlaßventil zur Einzeldrosselklappe. Die Drehrichtung, in die sich die Drosselklappe öffnet/schließt kann beliebig sein.
Figur 2 zeigt mehrere Einzeldrosselklappen, die auf einer gemeinsamen Achse befestigt sind. Auch hier ist die Achse äußerst torsionssteif. Die Einzeldrosselklappen sind im oberen Bereich 18 relativ weich ausgestaltet. Dies kann beispielsweise durch ein Zweikomponentenspritzgießverfahren erzielt werden oder durch eine Wandstärkeverringerung.
Figur 3 zeigt Einzeldrosselklappen 19, bei den sich die einzelnen Klappen nicht auf einer Achse befinden. Es sind Systeme, bei der jede einzelne Drosselklappe 19 ihre eigene Achse 20 aufweist. Die einzelnen Achsen 20 werden gemeinsam und synchron über eine Betätigungsstange betätigt, mit welcher alle Achsen der Einzeldrosselklappen verbunden sind. Die einzelnen Klappen stehen senkrecht zur Betätigungsstange.
Für diesen Fall gibt es eine weitere Möglichkeit, das Ziel der weichen Ausgestaltung der Drosselklappe zu erreichen. Dabei sollen die Klappen nicht vollkommen druckentlastet aufgehängt sein. Durch eine geringfügig außermittige Lage der Achsen neigt jede der einzelnen Klappen unter Druckbelastung zum Öffnen. Die Klappe mit der größten Druckbelastung erreicht das höchste Drehmoment um die Achse der Klappe. Eine von Klappe zu Klappe unterschiedliche Druckbelastung wird durch unterschiedliche Leckage an den einzelnen Klappen hervorgerufen. Die dichteste Klappe läßt am wenigsten Luft hindurch, der Druck hinter ihr fällt am weitesten ab. Die Druckbelastung dieser Klappe ist am größten. Dort, wo eine Einzelachse mit der Betätigungsstange verbunden ist, ist ein federndes Element 22 notwendig, das dem Drehmoment der Klappe entgegenwirkt. Bei unbelasteten Klappen sorgt das federnde Element 22 dafür, dass alle Klappen eine definierte Position an einem Anschlag auf der Stange einnehmen. Übersteigt das Drehmoment der Achse die Vorspannung der Feder, kann sich die Klappe bei konstanter Stellung der Betätigungsstange aus dieser Anschlagposition bewegen. Bei konstanter Stellung der Betätigungsstange können die einzelnen Klappen je nach Belastung der Klappen in engen Grenzen unterschiedliche Positionen einnehmen. Die Klappe mit dem höchsten Drehmoment infolge des geringsten Spaltes wird sich am weitesten aus der Normallage bewegen und so den Spalt an dieser Klappe vergrößern. Es gelangt mehr Luft zu diesem Zylinder.
Jede Klappe hat ihre individuelle Stellung abhängig von ihrem Spaltenmaß. Im Idealfall tritt auch mit diesem System keine Zylinderungleichverteilung auf.
Die Betätigungsstange 21 kann entweder translatorisch oder rotatorisch bewegt werden, d.h. die Verbindung zu den einzelnen Klappen kann zum Beispiel eine Verzahnung oder ein Hebel sein. Das federnde Element, das eine der Achsen mit der Betätigungsstange verbindet, kann auf vielfältige Weise realisiert werden. Am einfachsten läßt sich dieses federnde Element durch ein elastisches Koppelglied verwirklichen.
Die Einzeldrosselklappen können sowohl mittels eines Drosselklappenstutzens separat hergestellt und an die Schwingrohre möglichst nahe des Zylinderkopfes angeflanscht werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Drosselklappen bei Montagespritzgießverfahren direkt in das Schwingrohr einzubringen. Die Drosselung des Motors kann dabei entweder nur mit Hilfe der Einzeldrosselklappen oder kombiniert mit einzelnen und mit zentraler Drosselklappe erfolgen.

Claims (6)

  1. Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Ansaugrohren, wobei jedes Ansaugrohr vor wenigstens einer Drosselklappe verschließbar ist und wobei die gedrosselten Klappen miteinander verbunden sind und dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappen an wenigsten einem Bereich derart weich ausgestaltet ist, dass dadurch die ungleiche Verteilung der zugeführten Luft reduziert wird.
  2. Luftansaugvorrichtung nach Anspruch 1, selbst gekennzeichnet, dass die Drosselklappe in der geschlossenen Stellung außerhalb der Senkrechten zur Strömungsrichtung steht.
  3. Luftansaugvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Drosselklappe im Bereich der Welle möglichst steif und die Welle selbst torsionssteif ist und wenigstens ein Flügel der Drosselklappe den weichen Teilbereich aufweist.
  4. Luftansaugvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in Strömungsrichtung geneigte Flügel der Drosselklappe gegenüber dem anderen Flügel biegeweich ist.
  5. Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Ansaugrohren, wobei jedes Ansaugrohr vor wenigstens einer Drosselklappe verschließbar ist und wobei die gedrosselten Klappen miteinander verbunden sind, wobei die Achsen der Drosselklappen außermittig angeordnet sind und die Einzelachsen mit einer Betätigungsstange verbunden sind, wobei zwischen Einzelachse und Betätigungsstange ein federndes Element vorgesehen ist.
  6. Luftansaugvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsstange translatorisch oder auch rotatorisch bewegbar ist.
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