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Title:
SWITCHING UNIT IN THE INTAKE SYSTEM OF A RECIPROCATING PISTON COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/090304
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to enable a pulse charging that improves the torque curve, the intake system (1) of a reciprocating piston combustion engine (2) is provided with a switching unit comprising a shut-off element (8), which is connected upstream from the combustion chamber-side controlled intake opening (6), and which, in an independently controllable manner, occludes the intake line (3) by displacing, during a partial range of the working cycle, switching elements (9, 10) relative to one another, said switching elements having flow-through openings (14, 14', 14'', 22, 22') and blocking surfaces (16). The switching elements (9, 10) consist of a fixed sealing plate (12, 12') with a large number of flow-through openings (14, 14'') and of a blocking plate (15, 15', 15''), which can be displaced parallel to the sealing surface (13) of the sealing plate (12, 12') and which has a corresponding large number of blocking surfaces (16) that close the flow-through opening (14, 14'') of the sealing plate (12, 12') in one switching position and open it in another switching position. The flow channels (17) in the sealing plate (12, 12') and blocking plate (15, 15', 15'') are formed by channel walls (18) that extend continuously and in a manner that promotes flowing. This enables a simple and rapid switching from the open position, which virtually does not inhibit the flow-through, to the closing position.

Inventors:
STEINRUECK PETER (AT)
SPIEGL BERNHARD (AT)
Application Number:
PCT/AT2004/000121
Publication Date:
October 21, 2004
Filing Date:
April 07, 2004
Export Citation:
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Assignee:
HOERBIGER VALVETEC GMBH (AT)
STEINRUECK PETER (AT)
SPIEGL BERNHARD (AT)
International Classes:
F02B29/08; F02D9/14; (IPC1-7): F02B29/08; F02D9/14
Domestic Patent References:
WO1991009214A11991-06-27
WO2000003131A12000-01-20
Foreign References:
DE2929195A11981-02-05
DE10114655A12002-05-23
EP1279803A22003-01-29
DE2938118A11981-04-09
DE3737826A11989-05-18
Attorney, Agent or Firm:
Pinter, Rudolf (Wien, AT)
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Claims:
Patentansprüche :
1. Schalteinheit im Einlaßsystem (1) einer HubkolbenBrennkraftmaschine (2), mit einem der brennraumseitigen gesteuerten Einlaßöffnung (6) vorgeschalteten, die Einlaßleitung (3) durch Relatiwerschiebung von Durchströmöffnungen (14,14', 14", 22,22') und Sperrflächen (16) aufweisenden Schaltelementen (9,10) in einem Teilbereich des Ar beitstaktes unabhängig steuerbar abschließenden Absperrorgan (8), d a d u r c h g e kennzeichnet, daß das Absperrorgan (8) als Schaltelemente (9,10) eine im Strö mungsweg feststehende Dichtplatte (12,12') mit einer Vielzahl von an einer Dichtfläche (13) ausgebildeten Durchströmöffnungen (14,14") und eine unmittelbar benachbarte, parallel zur Dichtfläche (13) der Dichtplatte (12,12') verschiebbare Sperrplatte (15,15', 15") mit einer die Durchströmöffnungen (14,14") der Dichtplatte (12, 12') in einer Schaltstellung abschließenden und in einer anderen Schaltstellung freigebenden entspre chenden Vielzahl von Sperrflächen (16) aufweist, und daß von den Durchströmöffnungen (14, 14', 14", 22,22') ausgehend durchgehende Strömungskanäle (17) mit stetig und strömungsgünstig verlaufenden Kanalwänden (18) in der Dichtplatte (12, 12') und in den von Sperrflächen (16) freien Bereichen der Sperrplatte (15,15', 15") vorgesehen sind.
2. Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittfläche jedes der Strömungskanäle (17) sich entlang der Strömungsbahn (Pfeil 11) stetig geringfügig verkleinert.
3. Schalteinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Quer schnitt der Strömungskanäle (17) im engsten Querschnitt im wesentlichen dem Zuund Ablaufquerschnitt der Einlaßleitung (3) vor und hinter der Schalteinheit entspricht.
4. Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Dichtplatte (12') gegenüberliegenden Seite der verschiebbaren Sperrplatte (15', 15") eine feststehende Führungsplatte (21,21') mit zur Dichtplatte (12') korrespondierenden Durchströmöffnungen (14', 22') und im geöffneten Zustand des Absperrorgans (8) insge samt durchgehenden Strömungskanälen (17) mit stetig und strömungsgünstig verlaufen den Kanalwänden (18) vorgesehen ist.
5. Schalteinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrplatte (15,15', 15") elektromagnetisch oder elektromotorisch zwischen den beiden Schaltstellungen bewegbar ist und stromlos bevorzugt in der offenen Schaltstel lung steht.
6. Schalteinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrplatte (15") mit einer Hubeinrichtung, vorzugsweise einem Elektromagneten (37), in Verbindung steht und vor der Bewegung in die jeweils andere Schaltstellung von der Dichtfläche (13) der Dichtplatte (12') abhebbar ist.
7. Schalteinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmöffnungen (14,14', 14", 22,22') in Richtung der Verschiebung der Sperrplatte (15,15', 15") eine wesentlich kleinere Dimension als quer dazu aufweisen.
8. Schalteinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmöffnungen (15") als radial ausgerichtete Schlitze in der im wesentli chen scheibenartig ausgebildeten Dichtbzw. Führungsplatte (12', 21') ausgebildet sind, die im geöffneten Zustand des Absperrorgans (8) mit entsprechenden Strömungsl<anälen der ebenfalls scheibenartig ausgebildeten und zwischen den beiden Schaltstellungen verdrehbaren Sperrplatte (15") korrespondieren.
9. Schalteinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (24) der Schalteinheit als tonnenartige Erweiterung des Durchströmweges in der Einlaßleitung (3) ausgebildet ist und zentral als Einengung des strömungsgünstig ausgebildeten freien Strömungsweges das Gehäuse (25) der Bewegungsanordnung der Sperrplatte (15") trägt, wobei am Gehäuse (25) der Bewegungsanordnung ein nabenartiger Träger (27) für die feststehende Dichtbzw. Führungsplatte (12', 21') und die bewegliche Sperrplatte (15") ausgebildet ist.
Description:
Schalteinheit im Einlaßsystem einer Hubkolben-Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit im Einlaßsystem einer Hubkolben- Brennkraftmaschine, mit einem der brennraumseitigen gesteuerten Einlaßöffnung vorge- schalteten, die Einlaßleitung durch Relatiwerschiebung von Durchströmöffnungen und Sperr- flächen aufweisenden Schaltelementen in einem Teilbereich des Arbeitstaktes unabhängig steuerbar abschließenden Absperrorgan.

Derartige Schalteinheiten sind bekannt und ermöglichen eine sogenannte Impulsauf- ladung sowie auch eine Laststeuerung von Hubkolben-Brennkraftmaschinen. Mittels des zu- sätzlichen Absperrorgans in der Einlaßleitung, welches während des Saughubes den Einlaß- querschnitt zu bestimmten Zeitpunkten äußerst schnell verschließt bzw. wieder freigibt, kön- nen über den gesamten nutzbaren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine-vor allem aber bei geringen Motordrehzahlen-erhebliche Drehmomentsteigerungen erreicht werden.

Bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen wird normalerweise eine möglichst gleichförmi- ge, hohe Drehmomentkennlinie vom Leerlauf bis zu hohen Drehzahlen angestrebt, was aber nur mit hohem Aufwand angenähert werden kann, da aufgrund des Resonanzverhaltens der zuströmenden Ladungsmenge in der Einlaßleitung die meisten Maßnahmen zur Optimierung des Drehmomentes nur in einem sehr begrenzten Drehzahlband Wirkung zeigen. Saugmoto- ren werden oft mit variabler Saugrohrlänge bzw. Resonanzklappensystemen im Saugrohr betrieben, um die Drehmomentkennlinie bis in den Teillastbereich möglichst hoch zu halten.

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Drehmomentsteigerung stellen variable Ventiltriebe für die Einlaßventile dar, mittels welcher die Ventilsteuerzeiten zur Optimierung des La- dungswechsels verschoben werden können. Ein weiteres, zumeist bei Dieselmotoren genutz- tes Mittel zur Drehmomenterhöhung sind Abgasturbolader oder mechanische Lader, mit de- nen zusätzlich Luft bzw. zündfähiges Gemisch in den Brennraum gefördert wird, wobei aber unterhalb gewisser Drehzahigrenzen weiterhin ausgeprägte Drehmomentschwächen beste- hen bleiben.

Das eingangs bereits angesprochene Konzept der Impulsaufladung ermöglicht zumin- dest theoretisch das Nenndrehmoment des Motors bis hinunter zur Leerlaufdrehzahl ohne Resonanzklappenvariation in der Einlaßleitung aufrecht zu halten, wobei insbesonders vor- teilhaft ist, daß die bei einer sprunghaften Lasterhöhung erforderliche vergrößerte Luft-bzw.

Gemischmasse mit äußerst kurzen Ansprech-bzw. Verzögerungszeiten im Brennraum zur Verfügung steht.

Die grundsätzliche Idee dieser Impulsaufladung liegt in der Beeinflussung der zu- strömenden Ladung durch ein stromauf der brennraumseitigen gesteuerten Einlaßöffnung (also des Einlaßventils bzw. der durch den Kolben oder ähnliches gesteuerten Einlaßöffnung) angeordnetes unabhängiges Absperrorgan, mittels welchem die Ladung bedarfsgerecht zu- gemessen bzw. gegenüber der natürlichen Ansaugung erhöht werden kann. Eine sogenannte dynamische Aufladung wird dabei dadurch erreicht, daß die Öffnungs-bzw. Schließvorgänge dieses zusätzlichen Absperrorgans in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Motors und relativ zur Bewegung von Einlaßventil und Kolben gesteuert werden können. Durch das zusätzliche Absperrorgan kann der eigentliche Einlaßbeginn in Bezug auf die Öffnung des Einlaßventils verzögert werden, wodurch insbesonders bei niedrigen Motordrehzahlen eine Ladungserhöhung erzielt werden kann, weil durch die Verzögerung der Öffnung des zusätzli- chen Absperrorgans nach dem Öffnen des Einlaßventils zunächst die im Einlaßkanal zwischen zusätzlichem Absperrorgan und Einlaßventil befindliche Ladung mit aus dem vorigen Arbeits- takt erhöhtem Druck in den Verbrennungsraum expandiert, wonach zufolge der durch Kol- benbewegung verursachten Volumenvergrößerung ein Unterdruck entsteht. Der Druckunter- schied vor und hinter dem zusätzlichen Absperrorgan führt nach dessen Öffnung zu einer entsprechend hohen Fließgeschwindigkeit der dann in den Verbrennungsraum nachströmen- den Ladung. Diese Fließgeschwindigkeit wird gegen Ende des Kolbenhubes abgebremst, wo- durch noch vor dem Schließen des Einlaßventils eine dynamische Druckerhöhung im Zylinder stattfindet. Der Rückfluß von Ladung aus dem Verbrennungsraum wird dann durch rechtzei- tiges Schließen des zusätzlichen Absperrorgans verhindert, wodurch wie angesprochen nach dem Schließen des Einlaßventils für den nächsten Arbeitstakt erhöhter Druck zwischen Ein- laßventil und zusätzlichem Absperrorgan verbleibt.

Bekannte Anordnungen mit derartigen zusätzlichen Absperrorganen (siehe beispiels- weise DE 2938118 Al, DE 3737826 Al oder auch WO 00/03131) haben den Nachteil, daß die über relativ große Schaltwege zu bewegenden relativ großen Massen bei den erforderli- chen, extrem kurzen Schaltzeiten zwischen völlig offenem und dicht abgesperrtem Zustand (im Bereich von etwa 1 ms) sehr aufwendige und damit störungsanfällige Antriebs-und Steuerkonzepte erfordern, die die erzielbaren Vorteile schnell aufheben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schalteinheit der eingangs angespro- chenen Art so zu verbessern, daß die beschriebenen Nachteile der bekannten derartigen An- ordnungen vermieden werden und daß insbesonders mit konstruktiv einfachen und betriebs- sicheren Mitteln eine präzise Steuerung des zusätzlichen Absperrorgans in der Einlaßleitung möglich wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Schalteinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Absperrorgan als Schaltelemente eine im Strömungsweg feststehende Dichtplatte mit einer Vielzahl von an einer Dichtfläche ausgebil- deten Durchströmöffnungen und eine unmittelbar benachbarte, parallel zur Dichtfläche der Dichtplatte verschiebbare Sperrplatte mit einer die Durchströmöffnungen der Dichtplatte in einer Schaltstellung abschließenden und in einer anderen Schaltstellung freigebenden ent- sprechenden Vielzahl von Sperrflächen aufweist, und dass von den Durchströmöffnungen ausgehend durchgehende Strömungskanäle mit stetig und strömungsgünstig verlaufenden Kanalwänden in der Dichtplatte und in den von Sperrflächen freien Bereichen der Sperrplatte vorgesehen sind. Die damit nach Art von Gittern mit komplementären Durchströmöffnungen bzw. Sperrflächen aneinanderliegenden Dicht-bzw. Sperrplatten bieten in geöffnetem Zu- stand des Absperrorgans eine möglichst große freie Durchströmfläche, sodaß ein Druckgefäl- le in der in der Einlaßleitung strömenden Ladung möglichst vermeiden wird. Zufolge der Viel- zahl einzelner Durchströmöffnungen kann dabei der tatsächliche Schaltweg zwischen den beiden Schaltstellungen-"offen"einerseits und"geschlossen"andererseits-auf sehr einfa- che und wirkungsvolle Weise drastisch beispielsweise gegenüber den aus dem eingangs an- gesprochenen Stande der Technik bekannten Dreh-oder Walzenschiebern reduziert werden, was sehr vorteilhafte Auswirkungen im Hinblick auf möglichst kurze Schaltzeiten unter mög- lichst geringer Beanspruchung der Schaltelemente und des Umschaltantriebes hat. Zufolge der von den Durchströmöffnungen der Dichtplatte sowie von den korrespondierenden, von sperrflächenfreien Bereichen der Sperrplatte ausgehenden strömungsgünstig verlaufenden Kanälen kann eine möglichst geringe Strömungsbeeinflussung im Bereich des Absperrorgans sichergestellt werden, was insgesamt eine sehr präzise und trotzdem robuste Steuerung der im Einlaßsystem strömenden Ladung bzw. die erforderliche exakte Einflußnahme auf die Schwingungen der Ladungssäule im Einlaßsystem ermöglicht.

In weiters bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Quer- schnittsfläche jedes der Strömungskanäle sich entlang der Strömungsbahn stetig geringfügig verkleinert, sodaß Strömungsablösung und dadurch bedingte Strömungsverluste im Bereich des Absperrorgans weiter verringert werden.

Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgese- hen sein, daß der gesamte Querschnitt der Strömungskanäle im engsten Querschnitt im we- sentlichen dem Zu-und Ablaufquerschnitt der Einlaßleitung vor und hinter der Schalteinheit entspricht. Zusammen mit den bereits beschriebenen Ausgestaltungen der Strömungskanäle kann damit die Auswirkung der geöffneten Schalteinheit auf die strömende Ladung möglichst gering gehalten werden.

An der der Dichtplatte gegenüberliegenden Seite der relativ verschiebbaren Sperrplat- te ist in weiters bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung eine feststehende Führungsplatte mit zur Dichtplatte korrespondierenden Durchströmöffnungen und im geöffneten Zustand des Absperrorgans insgesamt durchgehenden Strömungskanälen mit stetig und strömungs- günstig verlaufenden Kanalwänden vorgesehen. Damit kann die zum Umschalten verschieb- bare Sperrplatte relativ dünn ausgeführt werden, wobei die zur Sicherstellung einer mög- lichst ungestörten Durchströmung des Absperrorgans in geöffnetem Zustand erforderlichen, relativ langen strömungsgünstig ausgebildeten Strömungskanäle in den beidseits vorgesehe- nen feststehenden Platten (Dichtplatte und Führungsplatte) ausgebildet sind. Damit kann die verschiebbare Sperrplatte weiters auch beispielsweise aus Kunststoff bestehen und jedenfalls mit sehr geringer für die Umschaltung zu bewegender Masse ausgebildet werden, womit die für die kurzen Schaltzeiten nötigen Beschleunigungen und Verzögerungen der verschiebba- ren Sperrplatte mit geringer Antriebsenergie bzw. Brems-oder Aufschlagenergie realisiert werden können.

In besonders bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sperrplatte elektromagnetisch oder elektromotorisch zwischen den beiden Schaltstellun- gen bewegbar ist und dabei stromlos bevorzugt in der offenen Schaltstellung steht. Dies er- möglicht einen einfachen und präzise zu steuernden Schaltantrieb, wobei die offene Schalt- stellung beispielsweise auch durch eine oder mehrere Zug-oder Druckfedern gehalten wer- den kann.

Die Sperrplatte ist nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit einer Hubeinrichtung, vorzugsweise einem Elektromagneten in Verbindung und damit vor der Bewegung in die jeweils andere Schaltstellung von der Dichtfläche der Dichtplatte abhebbar.

Damit kann die Reibung zwischen der verschiebbaren Sperrplatte und der feststehenden Dichtplatte während der Schaltbewegung selbst praktisch komplett vermieden werden, was eine weitere Verringerung der aufzuwendenden Antriebsenergie bzw. Erhöhung der Schalt- geschwindigkeit bei verringerter Abnutzung ermöglicht.

In besonders bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Durchströmöffnungen in Richtung der Verschiebung der Sperrplatte eine wesentlich klei- nere Dimension als quer dazu aufweisen, was auf einfachste Weise eine entsprechende wei- tere Verkürzung der notwendigen Schaltwege unter Erhöhung der diesbezüglich bereits er- wähnten Vorteile bringt.

Die Durchströmöffnungen sind in besonders bevorzugter weiterer Ausbildung der Erfindung als radial ausgerichtete Schlitze in der im wesentlichen scheibenartig ausgebilde- ten Dicht-bzw. Führungsplatte ausgebildet, die im geöffneten Zustand des Absperrorgans mit entsprechenden Strömungskanälen der ebenfalls scheibenartig ausgebildeten und zwi- schen den beiden Schaltstellungen verdrehbaren Sperrplatte korrespondieren. Damit ist eine Art Drehschieber geschaffen, der allerdings zur Umschaltung von der einen in die andere Schaltstellung nur im wesentlichen durch die Breite der Durchströmöffnungen in Umfangs- richtung bestimmte kurze Schaltwege (ruckartig entweder um einen kleinen Winkel hin und her oder nach Art eines Schrittmotor-Antriebes fortlaufend) ausführen muß, was eine einfa- che und präzise Steuerung der im Einlaßsystem strömenden Ladung zur Erzielung der ein- gangs genannten Vorteile der Impulsladung ermöglicht.

Das Gehäuse der Schalteinheit kann dabei in bevorzugter weiter Ausgestaltung der Erfindung als tonnenartige Erweiterung des Durchströmweges in der Einlaßleitung ausgebil- det sein und zentral als Einengung des strömungsgünstig ausgebildeten freien Strömungs- weges das Gehäuse der Bewegungsanordnung der Sperrplatte tragen, wobei am Gehäuse der Bewegungsanordnung ein nabenartiger Träger für die feststehende Dicht-bzw. Füh- rungsplatte und die bewegliche Sperrplatte ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine konstruktiv einfache und relativ leicht in das Einlaßsystem der Brennkraftmaschine zu integrierende Aus- führung der Schalteinheit.

Die Erfindung wird im folgenden nach anhand der in der Zeichnung teilweise schema- tisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei : Fig. 1 einen sche- maischen Teilschnitt durch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine im Bereich des mit einer erfindungsgemäßen Schalteinheit ausgerüsteten Einlaßsystems, Fig. 2 das vergrößerte Detail der Schalteinheit aus Fig. 1 in anderer Schaltstellung, Fig. 3 die Sperrplatte aus der in den Fig. 4 und 5 in einer Darstellung ähnlich wie Fig. 2 ersichtlichen weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schalteinheit, Fig. 6 die teilweise Abwicklung eines Längsschnittes entlang der Linie VI-VI in der einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel ei- ner erfindungsgemäßen Schalteinheit darstellenden Fig. 7, Fig. 8 den teilweisen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7 und Fig. 9 und 10 schematische Schnitte entlang der Li- nie X-X in Fig. 7 in unterschiedlichen Schaltstellungen der Schalteinheit.

Gemäß Fig. 1 ist im Einlaßsystem 1 einer nur symbolisch dargestellten Hubkolben- Brennkraftmaschine 2-in der Einlaßleitung 3 zwischen einer auf der Seite des Brennraums 4 mittels eines Tellerventils 5 gesteuerten Einlaßöffnung 6 und dem Einlaßsammelrohr 7-ein die Einlaßleitung 3 in einem Teilbereich des Arbeitstaktes unabhängig vom Tellerventil 5 steuerbar abschließendes Absperrorgan 8 angeordnet. Dieses weist gemäß detaillierterer Darstellung von verschiedenen Ausführungsformen in den Fig. 2 bis 10 als Schaltelemente 9, 10 eine im Strömungsweg (Pfeil 11) feststehende Dichtplatte 12 mit einer Vielzahl von an einer Dichtfläche 13 ausgebildeten Durchströmöffnungen 14 und eine unmittelbar benach- barte, parallel zur Dichtfläche 13 der Dichtplatte 12 verschiebbare Sperrplatte 15 mit einer die Durchströmöffnungen 14 der Dichtplatte 12 in einer Schaltstellung abschließenden und in einer anderen Schaltstellung freigebenden entsprechenden Vielzahl von Sperrflächen 16 auf.

Von den Durchströmöffnungen 14 ausgehend sind-in der geöffneten Schaltstellung gemäß Fig. 1-durchgehende Strömungskanäle 17 mit stetig und strömungsgünstig verlaufenden Kanalwänden 18 in der Dichtplatte 12 und in den von Sperrflächen 16 freien Bereichen der Sperrplatte 15 vorgesehen-deren gesamter Querschnitt entlang der Strömungsbahn im wesentlichen stets dem Zu-und Ablaufquerschnitt der Einlaßleitung 3 vor und hinter der erfindungsgemäßen Schalteinheit entspricht. Die Querschnittsfläche jedes der Strömungska- näle 17 kann sich entlang der Strömungsbahn (in Richtung des Pfeiles 11) stetig geringfügig verkleinern, womit Strömungsablösung an den Kanalwänden 18 vermieden wird.

Die Sperrplatte 15 ist mittels eines Elektromagneten 19 gegen die Kraft einer Feder 20 von der in Fig. 1 dargestellten offenen in die in Fig. 2 dargestellte geschlossene Stellung bewegbar und steht damit stromlos in der offenen Schaltstellung gemäß Fig. 1, womit die gesamte Schalteinheit bei Stromausfalls wirkungslos bleibt und die normale Funktion der Brennkraftmaschine praktisch nicht beeinflußt.

Bei einer Ausführung der Schalteinheit nach den Fig. 3 bis 5 ist an der der Dichtplatte 12 gegenüberliegenden Seite der damit relativ dünn ausführbaren Sperrplatte 15'eine fest- stehenden Führungsplatte 21 mit zur Dichtplatte 12 korrespondierenden Durchströmöffnun- gen 14'und im geöffneten Zustand (gemäß Fig. 4) des Absperrorgans 8 insgesamt durchge- henden Strömungskanälen 17 mit stetig und strömungsgünstig verlaufenden Kanalwänden 18 vorgesehen. Damit kann die zwischen der geöffneten Schaltstellung gemäß Fig. 4 und der geschlossenen Schaltstellung gemäß Fig. 5 zu bewegende Masse der Sperrplatte 15'gegen- über der zufolge der notwendigen Strömungskanäle 17 relativ dicken Sperrplatte 15 (Fig. 1 und 2) drastisch verringert werden, was wesentlich geringere Anforderungen an den Elekt- romagneten 19 bzw. an allfällige Bewegungsendanschläge und dergleichen stellt und somit der Realisierung möglichst kurzer Schaltzeiten mit einfachen und betriebssicheren Mitteln sehr entgegenkommt.

In Fig. 3 ist als Beispiel eine Sperrplatte 15'dargestellt, deren mit den Durchström- öffnungen 14 bzw. 14'von Dichtplatte 12 bzw. Führungsplatte 21 korrespondierende Durch- strömöffnungen 22 aus Festigkeitsgründen über die Länge unterteilt sind. Während die kon- krete Lage, Größe und Anordnung der Durchströmöffnungen 14,14'und 22 in weiten Gren- zen beliebig ist bzw. einfach so gewählt werden kann, daß ein insgesamt möglichst dem Zu- bzw. Ablaufquerschnitt der Einlaßleitung 3 entsprechender Durchströmquerschnitt sicherge- stellt ist, weisen die Durchströmöffnungen aber in Richtung der Verschiebung der Sperrplatte in besonders vorteilhafter Weise eine wesentlich kleinere Dimension als quer dazu auf, was geringe Schaltwege mit entsprechend positivem Einfluß auf die Gesamtkonstruktion ermög- licht.

Gemäß Fig. 4 und 5 ist die in Richtung der Schaltbewegung der Sperrplatte 15'fest- stehende Führungsplatte 21 senkrecht zur Dichtfläche 13 in geringem Ausmaß beweglich und wird zur Unterstützung der Abdichtwirkung mittels Federn 23 in Richtung zur Dichtplatte 12 gegen die Sperrplatte 15'gedrückt. Anstelle dieser ständigen-und damit während der Schaltbewegung der Sperrplatte 15'auch die Reibung derselben an Dichtplatte 12 und Füh- rungsplatte 21 erhöhenden-Krafteinwirkung auf die Führungsplatte 21 könnte aber auch eine schaltbare Einwirkung beispielsweise über getaktet schaltbare Elektromagneten anstelle der Federn 23 vorgesehen werden, wobei über eine entsprechende Konstruktion bzw. An- ordnung dann leicht sichergestellt werden könnte, daß die Sperrplatte 15'während der Schaltbewegung ein geringes Spiel zur Dichtplatte 12 und zur Führungsplatte 21 aufweist.

Während die Relatiwerschiebung der Durchströmöffnungen 14,14'und der Sperrflä- chen 16 bzw. der Durchströmöffnungen 22 bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 5 linear hin und her erfolgt, ist beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 bis 10 vorgese- hen, daß die Durchströmöffnungen 14"bzw. 22'als radial ausgerichtete Schlitze in der im wesentlichen scheibenartig ausgebildeten Dichtplatte 12'bzw. Führungsplatte 21'ausgebildet sind, die im geöffneten Zustand (in Fig. 6 oben bzw. Fig. 10 dargestellt) des Absperrorgans mit entsprechenden Strömungskanälen bzw. Durchströmöffnungen der ebenfalls scheibenar- tig ausgebildeten und zwischen den beiden Schaltstellungen verdrehbaren Sperrplatte 15" korrespondieren. Das Gehäuse 24 der Schalteinheit ist dabei als tonnenartige Erweiterung des Durchströmweges in der Einlaßleitung 3 ausgebildet und trägt zentral als Einengung des strömungsgünstig ausgebildeten freien Strömungsweges das Gehäuse 25 der Bewegungsan- ordnung 26 der Sperrplatte 15". Am Gehäuse 25 der Bewegungsanordnung 26 ist ein naben- artigen Träger 27 für die feststehende Dichtplatte 12', die ebenfalls feststehende Führungs- platte 21'und die bewegliche Sperrplatte 15"ausgebildet. Insgesamt ist die innere und äu- ßere Durchströmbegrenzung sowie die speziell auch aus Fig. 10 ersichtliche Anordnung der einzelnen Strömungskanäle 17 so ausgelegt, daß der gesamte Querschnitt der Strömungska- näle im wesentlichen stets (und zumindest im engsten Querschnitt) dem Zu-und Ablauf- querschnitt der Einlaßleitung 3 vor und hinter der Schalteinheit entspricht.

Die Strömungskanäle 17 bzw. die Durchströmöffnungen 14"und 22'sind also bei dieser Ausführung in radialer Aufteilung bzw. Ausrichtung angeordnet. Die relativ verschieb- bare Sperrplatte 15"ist im wesentlichen als um die Mittelachse 28 drehbare Scheibe ausge- bildet, deren Antrieb über einen speziellen, zumindest zweipoligen Elektromotor 29 erfolgt.

Die Mittenlage der beiden Polpaare 30 bzw. 31 des Elektromotors 29 kann gemäß Fig. 8 um den Schaltwinkel 32, das ist der halbe Teilungswinkel der Strömungskanäle 17 gemäß Fig.

10, versetzt sein, womit sich bei der Ausführung eines Polpaares als Permanentmagnet eine stromlose Vorzugsstellung der Anordnung, bevorzugt im geöffneten Zustand, ergibt. Bei Be- stromung des anderen Polpaares wird der mit der Sperrplatte 15"starr verbundene Rotor 33 des Elektromotors 29 um den Schaltwinkel 32 verdreht.

Die Lagerung des Rotors 33 ist gemäß Fig. 7 so ausgeführt, daß die beiden Lager 34, 35 eine präzise radiale Führung des Rotors 33 ermöglichen, aber gleichzeitig ein Längsspiel erlauben, was beispielsweise durch die dargestellte Ausbildung des Lagers 35 als Schrägku- gellager (oder auch als Kegelrollenlager oder dergleichen) möglich ist. Dieses Lager 35 nimmt in der dargestellten Ausführung auch axiale Kräfte in Durchströmrichtung (Pfeil 11) auf.

In den Stator 36 des Elektromotors 29 ist ein Hubmagnet 37 integriert, der bei ent- sprechender Bestromung auf den Rotor 33 eine gegen die Strömungsrichtung (Pfeil 11) ge- richtete Kraft ausüben kann.

Damit ist folgende Funktion der Schalteinheit realisierbar : Das wiederum entsprechend Fig. 1 vor dem Einlaßventil einer hier nicht weiter darge- stellten Brennkraftmaschine angeordnete Absperrorgan 8 ist zu Beginn des Ansaugtaktes geschlossen, das heißt, die um die Mittelachse 28 verdrehbare Sperrplatte 15 verschließt gemäß Fig. 9 die Strömungskanäle 17. Der Hubmagnet 37 ist dabei so stark erregt, daß er die durch die Einsaugung von der Einlaßöffnung der Brennkraftmaschine her bewirkten, an der Sperrplatte 15"angreifenden Kräfte überwindet und die Sperrplatte 15"fest und dicht auf die Dichtfläche 13 der Dichtplatte 12'zieht.

Zum Öffnen des Absperrorgans 8 wird zunächst die Stromzufuhr zum Hubmagneten 37 abgeschaltet, womit die an der Sperrplatte 15"angreifenden Druckkräfte diese von der Dichtplatte 12'lösen. Die damit eingeleitete minimale axiale Bewegung des Rotors 33 samt Sperrplatte 15"wird durch das Lager 35 begrenzt. Durch Aufbringen einer gegen den Per- manentmagneten gerichteten Magnetisierung im einen Polpaar (30 bzw. 31) und einer ent- sprechenden Magnetisierung im anderen Polpaar erfolgt nun das Umschalten in die in Fig. 10 dargestellte geöffnete Position. Es kann dabei entweder ein entsprechend ausgebildeter An- schlag für eine Begrenzung der eingeleiteten Drehbewegung vorgesehen werden oder aber die Positionierung der Sperrplatte 15"ausschließlich über die elektromagnetisch aufgebrach- ten Momente erfolgen. Aufgrund der kleinen Drehwinkel für die Umschaltung und der gerin- gen Masse der Sperrplatte 15"ist beides auch bei kurzen Schaltzeiten kein Problem.

Zum Schließen des Absperrorgans 8 wird die Bestromung der beiden Polpaare 30,31 wieder umgekehrt und nach Erreichen der geschlossenen Lage (Fig. 9) der Hubmagnet 37 wieder aktiviert und damit die Sperrplatte 15"wieder auf die Dichtfläche 13 der Dichtplatte 12'gezogen. Da beim eingangs beschriebenen Impulsladeverfahren in der Regel für die Dauer des Kompressions-und Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine zwischen dem Einlaß- ventil und dem zusätzlichen Absperrorgan ein Überdruck eingesperrt wird, erfolgt das An- drücken der Sperrplatte 15"an die Dichtplatte 12'auch selbsttätig bzw. unterstützt durch den an der Sperrplatte 15"anliegenden Differenzdruck, womit eine Magnetisierung des Hubmagneten 37 für die Dauer dieser beiden Takte auch unterbleiben kann.

Patentansprüche :