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Title:
PORT SYSTEM, ESPECIALLY AN INDUCTION MANIFOLD FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/008321
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a port system, especially an induction manifold, for an internal combustion engine, comprising opening and closing valves (13) for selective opening and closing thereof. The valves should be progressively adjustable in order to produce a swirl in the combustion airflow. To achieve this, a high degree of angular precision is required in the positioning of the valves. Induction manifold process tolerances need to be compensated during the assembly process of said valves. Means of adjusting said valves are provided in the axes thereof (13) or in the mechanical connections of the valve gear pertaining to the valve drive mechanism.

Inventors:
KARLSSON JAN (SE)
KLOTZ ARTHUR (DE)
LEIPELT RUDOLF (DE)
MAIER STEFAN (DE)
PAFFRATH HOLGER (DE)
VACULIK ROBERT (DE)
Application Number:
PCT/EP1999/005560
Publication Date:
February 17, 2000
Filing Date:
August 02, 1999
Export Citation:
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Assignee:
MANN & HUMMEL FILTER (DE)
VOLVO CAR CORP AB (SE)
KARLSSON JAN (SE)
KLOTZ ARTHUR (DE)
LEIPELT RUDOLF (DE)
MAIER STEFAN (DE)
PAFFRATH HOLGER (DE)
VACULIK ROBERT (DE)
International Classes:
F02B31/08; F02B31/00; F02D9/02; F02M35/104; F02M69/00; (IPC1-7): F02B31/08
Foreign References:
DE29507321U11996-08-29
FR2743111A11997-07-04
EP0579860A11994-01-26
EP0626509A11994-11-30
Attorney, Agent or Firm:
Voth, Gerhard (Filterwerk Mann & Hummel GmbH Ludwigsburg, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Kanalsystem insbesondere Saugrohr für eine Brennkraftmaschine, welches mindestens einen Einlaß (10) aufweist, mindestens zwei Ausiässe (11) aufweisende Saugkanäle, wobei diese mit drehbar gelagerten, Schaltklappen (13) versehen sind, und die Schaltklappen (13) durch eine Kraftübertragung (21) über Ansteue rungen (19) mechanisch miteinander verkoppelt sind, und die Kraftübertragung mindestens einen Antrieb (15) aufweist. dadurch gekennzeichnet, daß 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 zwischen der Kraftübertragung (21) und mindestens zwei Schaltklappen (13) eine Einstellung (27) vorgesehen ist.
2. Kanalsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (22) oder Schneckenwelle (23) aus einer Antriebsstange (29) und je einer Verzahnung (25) oder Schnecke (31) bestehen, wobei die Einstellung (27) aus einer axial verschiebbaren und fixierbaren Ver bindung zwischen Antriebsstange (29) und Verzahnung (25) oder Schnecke (31) besteht.
3. 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 Verbin dung zwischen Zahnkranz und Grundkörper besteht.
4. Kanalsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verdreh/verschiebbare und fixierbare Verbindung eine einmalig fixierbare Klebeverbindung ist.
5. 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.
6. Kanalsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeverbindung (28) durch ein elastisches Material, insbesondere Silikon, gebildet ist.
7. Kanalsystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltklappen Teil von montagegespitzten Klappenmodulen (14) sind, die in das Kanalsystem integriert sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines Kanalsystems nach einem der vorigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Schritte bei der Montage der Ansteuerung durchlaufen werden : Die Schaltklappen (13) werden in einer Lehre in die gewünschte Steiiung 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.
Description:
Kanalsystem, insbesondere Saugrohrfür eine Brennkraftmaschine Beschreibung Stand der Technik Die Erfindung betrifft ein Kanalsystem, insbesondere für die Verwendung als Saugrohr für eine Brennkraftmaschine, die in den einzelnen Saugkanäten zu den Zylindern Schaltklappen aufweist, nach dem Oberbegriff des Patentan- spruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten Saugrohrs.

Eine solche Anordnung von Schaltklappen in den einzehen Saugkanäten 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 verschlos- sen werden, wodurch im Teillastbereich des Motors der effektive Ansaugquer- schnitt für die Zylinder verringert werden kann. Die Ansteuerung der Schalt- klappen kann über eine Schubstange erfolgen, die über einen Schaltklappen- antrieb bewegt wird. Die Schaltklappen laufen auf einen mechanischen An- schlag. Somit kann die Schaltklappe nur in den Stellungen offen oder ge- schlossen betrieben werden. Dabei wird die Elastizität der Schubstange bewußt ausgenutzt, um durch Verformung in den Anschlagstellungen der Schaltklap- pen Fertigungstoleranzen auszugleichen.

Nachteilig an der bekannten Lösung ist, daß die Schaltklappen nur zwei Schaltzustände annehmen können. Wünschensewert wäre jedoch eine stufen- lose Verstellbarkeit der Schaltklappen mit definierten Klappenstellungen. Fur 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 her- gestellt würden. Dies ist jedoch unter Beachtung wirtschaftlicher Aspekte nicht möglich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Saugrohr mit stufenlos verstellba- ren 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 getost.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Saugrohr besitzt Schaltklappen, die in den Saugkanä- len des Saugrohrs zwischen Sammelraum und zylinderseitigen Auslaß ange- ordnet 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 An- trieb muß die Möglichkeit einer stufenlosen Verstellung der Schaltklappen ge- währleisten. Die mechanischen Kopplungen zwischen Steuergestänge, Schatt- klappen 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 auf- weisen, müssen fertigungsbedingte Toleranzen im Saugrohr sowie im Schalt- klappensystem ausgeglichen werden. Hierzu ist eine Einstellung vorgesehen, die in die Verzahnung zwischen Zahnstange und Zahnrad oder in die Klappen- welle integriert sein kann. Die Einstellung muß so ausgeführt sein, daß sich jede einzelne Schaltklappe in ihrer Stellung verändern und anschließend fixie- ren läßt.

Sofern die Schaltklappen in der Nähe der Zytindereintässe 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- fenlose Verstellbarkeit ist es weiterhin möglich, Schaltklappen in allen zu den Zylinder fuhrenden Saugkanalen anzuordnen. Natürlich dürfen dann nicht alle Schaltklappen ganz geschlossen werden, da in diesem Fall die Luftzufuhr voll- ständig abgeriegett 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 Hül- se versehen ist, die auf der Antriebsstange frei verschiebbar, bzw. fixierbar sind. Genauso kann die Einstellung an den Zahnrädern bzw. Zahnradsegmen- ten vorgenommen werden, wenn diese als Grundkörper mit aufgesteckter Ver- zahnung gefertigt werden. Die Integration der Einstellungen an diesen Bautei- len 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 lös- bar sind.

Es bringt jedoch auch Vorteile mit sich, wenn die Einstellung einmalig fixierbare Klebeverbindungen sind. Der Klebstoff kann dann beim Montageprozeß aufge- bracht werden und demnach die gesamte Steuereinheit für die Klappen mon- tiert werden. Fertigungstoleranzen werden dabei automatisch ausgeglichen, da die Klebeverbindung noch nicht ausgehärtet ist. Nach Aushärtung der Klebe- verbindung 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 wirken- den Zahnrädern vorgesehen. Die Klappenkurbel kann zum Beispiel in eine Bohrung der Klappenachse gesteckt werden. Die Verbindung der beiden Bau- teile kann insbesondere durch eine Klebeverbindung erfolgen. Diese kann vor- teilhafterweise elastisch ausgeführt sein. Da in den Klappenstellungen zwi- schen den Ansch ! ägen nur kleine Kräfte zischen den Klappen wirken, ist trotz der Elastizität der Klebeverbindung eine definierte Stellung im Stellbereich der K ! appen gewährleistet. in den Anschlagstellungen der Klappen kann durch die Elastizität der Klebeverbindung jedoch in Grenzen ein zusatzlicher Toleranz- ausgleich stattfinden. Diese Lösung vereint also die vorteilhaften Funktionsprin- zipien 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 ermög- licht. Dies wird durch die Verwendung einer Lehre erreicht, die die Schaltklap- pen in die gewünschte Stellung zueinander und zum Antrieb bringt. Nach einer Vormontage des Schaltgestänges und des Antriebs können nun die Einstellun- gen fixiert werden. Dadurch werden die Schaltklappen in ihrer Stellung zuein- ander 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 Zeich- nungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfin- dung 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 : Figur 1 die schematische Darstellung eines Saugrohrs für eine Fünfzylin- der- Brennkraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen Steuerge- stänge, untergebracht in einem Steuerkasten, als Aufsicht.

Figur 2 den Längsschnitt durch einen Saugkanal mit montagegespritzter Schaltklappe, wobei die Einstellung als Verbindung zwischen Klappenachse und Steuerzahnrad durch eine Klebverbindung realisiert ist.

Figur 3 die Anordnung der Steuermechanik in einem Steuerkasten, wobei diese durch mit den Klappenachsen verbundene Zahnräder und zwei Zahnstangen gebildet wird, als Aufsicht, Figur 4 eine Steuermechanik in einem Steuerkasten, wobei diese durch Zahnradsegmente an den Klappenachsen gebildet wird, die durch eine Zahnstange angesteuert werden, als Aufsicht, Figur 5 die Anordnung der Steuermechanik in einem Steuerkasten, wobei diese durch mit den Klappenachsen verbundene Zahnradseg- mente und eine als Schneckenwelle ausgeführte Steuerstange gebildet wird.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 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 Ein ! aß auf, der mit einer stufenlos verstellbaren Klappe versehen ist. Die Luft- zufuhr im Eintaß ! äßt sich durch die Steuermechanik stufenlos regulieren. Die Steuermechanik besitzt einen Antrieb 15 und ist in einem Gehäuse 16 unterge- bracht, welches auf dem Zylinderkopfflansch 12 befestigt ist. Die Steuermecha- nik steht mit den Schaltklappen 13 durch Öffnungen im Gehäuseboden in Ver- bindung.

Figur 2 stellt den Schnitt durch den Auslaß 11 eines Saugrohrs dar. In die Off- nung 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 einge- steckt werden. Zwischen Dorn und Aufnahmeloch ist konstruktiv ein Spalt vor- gesehen, so daß die Justierung der Schaltklappe 13 noch erfolgen kann. Der Spaltraum zwischen Aufnahmeloch 18 und Dorn 34 wird durch eine elastische Masse, insbesondere Siiikon, ausgefüiit. 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 Schnek- kenwelle 23 realisiert sein.

In Figur 3 ist ein Klappenantrieb dargestellt, der durch zwei Zahnstangen 22 erfolgt. Diese stehen mit den Zahnrädern 20 im Eingriff, die mit den Schaltklap- pen verbunden sind. Die Steuereinheit für die Schaltklappen ist in dem kasten- förmigen 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 Verzah- nung 25 und einem Grundkörper 26 des Zahnrades 20 realisiert werden. Bei der Montage kann eine Justierung der Schaltklappen durch eine Winkelver- schiebung 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 Figur 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 wäh- rend der Trockenzeit des Ktebers erfotgen muß.

Figur 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 Einstellungsmoglichkeit zu realisieren. Alternativ zu Schraubenfedern als Spannmittel 24 können auch wellenförmig gebogene Biegefedern zum Ein- satz kommen, die sich zum Beispiel an der Wand des Steuerkastens 16 abstüt- zen können.

In Figur 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.