AT404162B

AT404162B - Schaltelement für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: AT404162B
Application number: AT0111392A
Authority: AT
Inventors: Andreas Ing Bilek; Michael Dipl Ing Trzesniowski
Original assignee: Avl Verbrennungskraft Messtech
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1998-09-25
Also published as: ATA111392A; DE4317563A1

Description

AT 404 162 B

Die Erfindung betrifft ein Schaltelement für. Brennkraftmaschinen, zur wahlweisen Verbindung jeweils eines von mindestens drei ersten Strömungswegen, mit einem zweiten Strömungsweg, mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten zylinderförmigen Drehschieber, mit einer gegen das Gehäuse abdichtenden zylindrischen Wand, wobei der Drehschieber als ein mit den Wänden des jeweils aktivierten ersten Strömungsweges und des zweiten Strömungsweges stetig verlaufender Rohrbogen ausgebildet ist, dessen Mittellinie am Austritt zum zweiten Strömungsweg mit der geometrischen Drehachse des Drehschiebers zusammenfällt und wobei die Eintritte der ersten Strömungswege in den Drehschieber drehsymmetrisch zur Drehachse des Drehschiebers ausgebildet sind.

Solche Schaltelemente werden beispielsweise eingesetzt, um zwischen unterschiedlichen Ansaugrohrlängen umzuschalten und dadurch für jede Motordrehzahl einen maximalen gasdynamischen Aufladeeffekt zu erzielen.

Aus der US 3 194 267 A ist ein Schaltelement er eingangs genannten Art bekannt, bei dem in Zwischenstellungen die Strömungsverbindung zum axialen Strömungsweg unterbrochen wird. Das drehbare Schaltelement dient vor allem zum Einsatz in Wasserreinigungsanlagen zum Umschalten zwischen verschiedenen Strömungswegen. Ein derartiges Schaltelement könnte bei Brennkraftmaschinen zur Umschaltung zwischen Saugrohren unterschiedlicher Länge wegen der dabei auftretenden Ansaugunterbrechung nicht verwendet werden.

Die US 2 996 083 A zeigt einen ähnlichen Drehschieber, wobei am radialen Ende des Rohrbodens eine eigene Dichtung zur Abdichtung zwischen Drehschieber und dem Gehäuse vorgesehen ist. Dies hat allerdings den Nachteil, daß in Zwischenstellungen des Drehschiebers praktisch alle radialen Strömungswege gleichzeitig mit dem axialen Strömungsweg verbunden sind. Dies gilt auch für einen aus der FR 2 588 056 A1 bekannten ähnlichen Drehschieber. Wegen der nur schwer definierbaren Strömungsweglängen in Zwischenstellungen sind derartige Drehschieber für den Einsatz in Brennkraftmaschinen zum Umschalten zwischen Saugrohren unterschiedlicher Länge nicht geeignet.

Weitere Drehschieber zur wahlweisen Strömungsverbindung zwischen einem von zwei ersten Strömungswegen und einem zweiten Strömungsweg sind aus den Druckschriften US 3 071 123 A, DE 36 44 865 AI, DE 2 254 054 A oder dem japanischen Abstract Nr. 53-35814 bekannt. Da sich mit diesen Drehschiebern keine Zwischenstellungen realisieren lassen, können auch diese zum Umschalten von Strömungsverbindungen verschiedener Länge unter Vermeidung der genannten Nachteile nicht eingesetzt werden.

Aus der EP 355 960 A2 ist ein Schaltelement bekannt, dessen Achse des Drehschiebers quer zur Strömungsrichtung liegt. Durch diese Anordnung kann lediglich zwischen zwei unterschiedlich langen Saugrohren umgeschalten werden, wodurch ein optimaler gasdynamischer Aufladeeffekt nur bei wenigen Motordrehzahlen zustandekommt. Beim Umschalten zwischen den beiden Stellungen des Drehschiebers ändert sich zudem die Strömungsrichtung, wodurch die Gasdynamik zusammenbricht und den Nutzen des gasdynamischen Aufladeeffekts aufhebt. Sehr nachteilig auf den Motorrundlauf wirkt sich aus, daß die Strömungsverbindung zwischen Eintrittsrohren und Austrittsrohr in einer Zwischenstellung des Drehschiebers unterbrochen wird. Bei den geringsten Abweichungen von einer Endsteliung des Drehschiebers von der angestrebten Lage kommt es zu Ablöseerscheinungen der Strömung, wodurch Spiele und Toleranzen im Betätigungsmechanismus sich direkt auf die Strömungsqualitat auswirken.

Es ist weiters bekannt, zum Umschalten zwischen verschieden langen Ansaugrohren auch Flachschieber oder Drosselklappen zu verwenden. Diese haben jedoch den Nachteil, starke Strömungsstörungen und damit Druckverluste zu verursachen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein stellungsunempfindliches Schaltelement vorzuschlagen, mit dem eine Strömungsverbindung mit minimalen Verlusten zwischen einem von drei oder mehreren ersten Strömungswegen mit einem zweiten Strömungsweg hergestellt werden kann, wobei in jeder Drehschieberstellung ein ausreichend großer Durchfluß erhalten bleibt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Eintritte der als Saugrohre unterschiedlicher Länge ausgebildeten ersten Strömungswege in den Drehschieber so angeordnet sind, daß in jeder Stellung des Drehschiebers eine Strömungsverbindung zwischen einem oder zwei ersten Strömungsweg(en) und dem zweiten, zu einem Zylinder führenden Strömungsweg besteht, wobei das Schaltelement zum Schalten zwischen unterschiedlichen Ansauglängen zur Erzielung gasdynamischer Aufladeeffekte dient. Der Ansaugweg zwischen Schaltelement und dem Motorzylinder kann optimal und ohne zusätzliche Umwege ausgelegt werden, sodaß das Totvolumen so klein wie möglich gehalten wird. Das erfindungsgemäß ausgebildete Schaltelement erlaubt eine weitgehend freie Gestaltung des Ausgangsquerschnittes, sodaß beispielsweise auch eine Diffusorströmung realisiert werden kann. Zusammen mit den drei die Eingangsrohre bildenden ersten Strömungswegen können ausreichend viele Schaltstufen realisiert werden, um zur Erreichung eines maximalen gasdynamischen Aufladeeffektes die Saugrohrlänge an die jeweilige Drehzahl anzupassen. 2

AT 404 162 B

Dadurch, daß in jeder Stellung des Drehschiebers eine Strömungsverbindung zwischen mindestens einem oder zwei ersten Strömungswegen und dem zweiten, zu einem Zylinder führenden Strömungsweg besteht, bleibt während des Umschaltvorganges von einem ersten Strömungsweg zum anderen auch in einer Zwischenstellung des Drehschiebers die Luftversorgung des betreffenden Zylinders aufrecht und der Motorrundlauf wird nicht gefährdet.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zylindrische Wand des Drehschiebers an mindestens einer dem aktivierten ersten Strömungsweg abgewandten Stelle einen mit einem deaktivierten ersten Strömungsweg verbindbaren Durchbruch aufweist. Diese Maßnahme kann bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit V-förmiger Anordnung der Zylinderbänke und je einem Sammler pro Zylinderbank, mit Vorteil angewendet werden, wobei mindestens ein erster Strömungsweg des Schaltelementes mit dem Sammler einer anderen Zylinderbank strömungsverbunden ist. In einer bestimmten Stellung des Drehschiebers kann dadurch das Luftvolumen beider Sammler gleichzeitig genutzt werden, wodurch bei hohen Luftdurchsätzen die Druckverluste im Sammler reduziert werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform der Erfindung nach Linie l-l in Fig. 5, Fig. 2 und 3 weitere Längsschnitte nach Linie INI bzw. Ill-Ill in Fig. 5, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1, Fig. 5 eine Ansicht nach Linie V-V in Fig. 1, bei abgenommenem Gehäuseoberteil, Fig. 6 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Funktionsgleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 bis 5 zeigen ein Schaltelement 1 mit einem zylinderförmigen Drehschieber 2, der als Rohrbogen 3 ausgebildet ist. Die zylindrische Wand des Drehschiebers 2 ist mit 4 bezeichnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der zum zweiten Strömungsweg 5 führende Austritt 5' des Drehschiebers 2 wahlweise mit einem von drei ersten Strömungswegen 6, 7 oder 8 (siehe Fig. 3 und 4) strömungsverbunden werden kann, deren Eintritte mit 6', 7’ und 8' bezeichnet sind. Zur Ansteuerung der einzelnen ersten Strömungswege 6, 7 oder 8 wird der Drehschieber 2 um die geometrische Drehachse 9 gedreht. Die Mittellinie 3' des Rohrbogens 3 am Austritt 5' des Drehschiebers 2 fällt mit dieser geometrischen Drehachse 9 des Drehschiebers 2 zusammen. Beim Ausführungsbeispiel wird die Drehbewegung durch die Zahnstange 10, die am Ritzel 11 des Drehschiebers 2 angreift auf den Drehschieber 2, übertragen. Der Drehschieber 2 ist im Unterteil 12' des Gehäuses 12 drehbar gelagert. Der Unterteil 12' und der Oberteil 12" des Gehäuses 12 umschließen den Sammler 13. Die ersten Strömungswege 6, 7 und 8 sind in das Gehäuse integriert. In der in der Fig. 1 gezeigten Stellung des Drehschiebers 2 ist der erste Strömungsweg 6 aktiviert und die Strömungsverbindung mit dem Austritt 5’ hergestellt. Soll die Strömungsverbindung eines oder beider nicht aktivierten ersten Strömungswege 7 und 8 offen bleiben, so kann der strichliert eingezeichnete Durchbruch 4’ in der Wand 4 des Drehschiebers 2 vorgesehen sein.

Der Vorteil solch einer Maßnahme stellt sich besonders bei V-förmig angeordneten Zylinderbänken ein.

In der nach Fig. 1 gezeigten Stellung des Drehschiebers steht der erste Strömungsweg 6 mit der größten Länge in Strömungsverbindung mit dem zweiten Strömungsweg 5.

Fig. 2 zeigt das oben beschriebene Schaltelement, wobei der Drehschieber die Strömungsverbindung zwischen dem ersten Strömungsweg 7 und dem Austritt 5' freigibt.

In Fig. 3 ist der die kleinste Länge aufweisende erste Strömungsweg 8 aktiviert.

Fig. 4 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel mit drei die ersten Strömungswege 6, 7, 8 bildenden Eingangsrohren, wobei die ersten Strömungswege 6, 7 und 8 um jeweils 120* zueinander um die Drehachse 9 des Drehschiebers 2 versetzt sind. Zusammen mit der optimalen Formgebung des Drehschiebers 2 ist damit gewährleistet, daß in jeder Zwischenstellung des Drehschiebers 2 eine Strömungsverbindung mit zumindest einem der ersten Strömungswege 6, 7 oder 8 mit dem Austritt 5' hergestellt ist, sodaß die Luftzufuhr zum Motor während des Umschaltvorganges nicht unterbrochen wird.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung für eine Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylinderbänken mit jeweils einem im Querschnitt dargestellten Sammler 13 pro Zylinderbank. Die Sammler 13 werden durch die Unterteile 12' und Oberteile 12" der Gehäuse 12 gebildet. In jedem der Unterteile 12' der Gehäuse 12 ist ein um die Drehachse 9 drehbarer Drehschieber 2 vorgesehen, welcher die Strömungsverbindung zwischen jeweils einem der ersten Strömungswege 6 oder 7 mit dem zweiten Strömungsweg 5 herstellt. Die Gehäuse 12 der Sammler 13 sind miteinander durch die ersten Strömungswege 6 verbunden. Die Wand 4 des Drehschiebers 2 weist einen Durchbruch 4' auf, sodaß in der gezeigten Stellung des Drehschiebers 2 eine Strömungsverbindung zwischen dem Sammler 13 über den ersten Strömungsweg 6 mit dem Sammler 13 der anderen Zylinderbank besteht. Über den aktivierten ersten Strömungsweg 7 steht nun für den Ansaugvorgang das Luftvolumen beider Sammler 13 zur Verfügung, wodurch der Luftdurchsatz bedeutend erhöht wird. Die eingezeichneten Pfeile symbolisieren die Strö- 3

Claims

AT 404 162 B mungsrichtung der Ansaugluft. Das gezeigte Schaltelement ist bei Brennkraftmaschinen unterschiedlicher Bauformen, wie Reihenmotor, V-Motor, usw. ersetzbar und zeichnet sich neben den bereits genannten Vorteilen durch eine einfache Fertigung und Montage aus. Das Gehäuse des Sammlers kann z.B. als Gußteil hergestellt werden und auch der Drehschieber kann aus Kunststoff spritzgegossen werden. Patentansprüche 1. Schaltelement für Brennkraftmaschinen zur wahlweisen Verbindung jeweils eines von mindestens drei ersten Strömungswegen mit einem zweiten Strömungsweg, mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten zylinderförmigen Drehschieber mit einer gegen das Gehäuse abdichtenden zylindrischen Wand, wobei der Drehschieber als ein mit den Wänden des jeweils aktivierten ersten Strömungsweges und des zweiten Strömungsweges stetig verlaufender Rohrbogen ausgebildet ist, dessen Mittellinie am Austritt zum zweiten Strömungsweg mit der geometrischen Drehachse des Drehschiebers zusammenfällt und wobei die Eintritte der ersten Strömungswege in den Drehschieber drehsymmetrisch zur Drehachse des Drehschiebers ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritte (6', 7', 8') der als Saugrohre unterschiedlicher Länge ausgebildeten ersten Strömungswege (6, 7, 8) in den Drehschieber (2) so angeordnet sind, daß in jeder Stellung des Drehschiebers (2) eine Strömungsverbindung zwischen einem oder zwei ersten Strömungsweg(en) (6, 7, 8) und dem zweiten, zu einem Zylinder führenden Strömungsweg (5) besteht, wobei das Schaltelement (1) zum Schalten zwischen unterschiedlichen Ansauglängen zur Erzielung gasdynamischer Aufladeeffekte dient.
2. Schaltelement für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit V-förmiger Anordnung der Zylinderbänke und je einem Sammler pro Zylinderbank, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die zylindrische Wand (4) des Drehschiebers (2) an mindestens einer dem aktivierten ersten Strömungsweg (6, 7, 8) abgewandten Stelle einen mit einem deaktivierten ersten Strömungsweg (6) verbindbaren Durchbruch (4') aufweist und mindestens ein erster Strömungsweg (6) des Schaltelementes (1) mit dem Sammler (13) einer anderen Zylinderbank strömungsverbunden ist. Hiezu
3 Blatt Zeichnungen 4