DE69607212T2

DE69607212T2 - Klappenventil für das einlasssystem einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69607212T2
Application number: DE69607212T
Authority: DE
Inventors: Jan Karlsson; Anders Petren
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2016-12-31
Also published as: EP0870102B1; SE505955C2; EP0870102A1; JP2000502774A; DE69607212D1; SE9504710L; SE9504710D0; US5967107A; WO1997024517A1

Description

TECHNISCHER BEREICH

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung für Ansaugsysteme in einem Verbrennungsmotor, wobei besagtes Ansaugsystem einen gesonderten Ansaugkrümmer für jeden Motorzylinder umfaßt, jeweils mit einem ersten Krümmerabschnitt, der sich zwischen dem/den Ansaugventil(en) des jeweiligen Zylinders und einer ersten Luftverteilungskammer erstreckt, und einem zweiten Krümmerabschnitt, der eine Verbindung zwischen der ersten Luftverteilungskammer und einer zweiten Luftverteilungskammer herstellt, an der ein für jeden Zylinder angeordnetes Ventil in einer ersten Einsatzposition die Ansaugkrümmerabschnitte miteinander verbindet und in einer zweiten Einsatzposition diese Ansaugkrümmerabschnitte zur ersten Luftverteilungskammer hin öffnet, derart daß die Ventile in Abhängigkeit von der Motordrehzahl mit Hilfe von Steuermitteln gleichzeitig zwischen diesen beiden Einsatzpositionen betätigbar sind.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In aktiven Ansaugsystemen für Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren werden steuerbare Ventil-Drosselklappen eingesetzt, um die Länge der Ansaugkanäle an den jeweiligen Betriebszustand des Motors anzupassen. Diese Lösung ermöglicht die Nutzung der Resonanzfrequenz des Ansaugsystems für einen vorteilhaften volumetrischen Wirkungsgrad bezüglich verschiedener Drehzahlbereiche des Motors.
EP-A-0492122 legt z. B. ein Ansaugsystem mit einer Luftverteilungskammer offen, die durch Ansaugkrümmer mit den Ansaugventilen des Motors verbunden ist. Beweglich auf einer Achse innerhalb der Luftverteilungskammer sind Verlängerungsleitungen befestigt, derart daß die Verlängerungsleitungen zwischen einer aktiven Position, in der sie als Verlängerungen mit den Ansaugkrümmern verbunden sind, und einer passiven Position, in der sich die Enden der Verlängerungsleitungen in einer Entfernung von den Enden der Ansaugkrümmer befinden, hin- und herschalten können. Diese bekannte Lösung gelangt vor allem für solche Anwendungen zum Einsatz, in denen die Verlängerungsleitungen relativ kurz sein können.
Bei Ansaugsystemen, bei denen eine größere Veränderung der Länge der Ansaugkanäle notwendig ist, wenn von einer Einsatzposition in eine andere gewechselt wird, erfordert die Konstruktion gemäß EP-A-0492122 sehr viel Platz. Bei der Konstruktion des Motorraumes von PKWs für den privaten Gebrauch ist jedoch zu berücksichtigen, daß viele Bauteile und Systeme auf engstem Raum untergebracht und gleichzeitig für Wartung und Reparatur zugänglich sein müssen. Es ist daher von Vorteil, wenn das Ansaugsystem kompakt gestaltet werden kann. Darüber hinaus bedingt die bekannte Lösung, daß eine relativ große Masse sehr rasch von einer Position in eine andere bewegt werden muß, was hohe Anforderungen an den Betätigungsmechanismus einschließlich der Lager stellt. Eine Bedingung für die Erfindung besteht weiterhin darin, daß sie hohen Anforderungen hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit gerecht wird.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung zu schaffen, die eine kompakte Konstruktion des Ansaugsystems ermöglicht und darüber hinaus leicht von einer funktionalen Position in eine andere umzuschalten ist.

LÖSUNG DES PROBLEMS

Erfindungsgemäß wurde dies in einem Ansaugsystem, wie es in Anspruch 1 definiert ist, dadurch erzielt, daß für jeden Zylinder ein als Verbindungsleitung gestalteter Ventilkörper vorgesehen ist, der um eine Achse drehbar ist und in seiner ersten Einsatzposition eine dichte Verbindung zwischen den zwei Krümmerabschnitten herstellt und sich in einer zweiten Einsatzposition außerhalb der Enden der Krümmerabschnitte befindet, so daß diese freiliegen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen offengelegt.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, wird die Erfindung nachstehend im Einzelnen beschrieben, wobei
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ansaugsystems mit einer erfindungsgemäßen, an einen Sechszylinder-Verbrennungsmotor angepaßten Ventilanordnung ist;
Fig. 2 ein Diagramm ist, das die technische Wirkung eines Ansaugsystems nach Fig. 1 verdeutlicht; und
Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1 ist, der eine bevorzugte Ausführungsform des Ansaugsystems mit der erfindungsgemäßen Ventilanordnung zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt ein Ansaugsystem für einen Sechszylinder-Verbrennungsmotor 10. Das Ansaugsystem umfaßt eine Auslaßstutzen 11 von einem Luftfiltergehäuse (ohne Abbildung). In dem Auslaßstutzen ist eine Gasdrosselklappe 12 zur Regelung des Durchflusses der gereinigten Ansaugluft angeordnet.
Der Auslaßstutzen 11 endet in einer Luftverteilungskammer 13, die mit Ansaugkrümmern 14a, 14b verbunden ist, die sich mit einem ersten Abschnitt 14a zwischen dem/den Ansaugventil(en) eines jeden Motorzylinders und einem Klappenventil 15 in der Luftverteilungskammer 13 und mit einem zweiten Abschnitt 14b zwischen dem Klappenventil 15 in der ersten Luftverteilungskammer 13 und einer zweiten Luftverteilungskammer 16 erstrecken. Besagte Kammer 16 ist durch eine Trennwand 17 in zwei in akustischer Hinsicht im wesentlichen gleiche Volumen 16a, 16b geteilt. Die Trennwand 17 ist mit einer öffenbaren Ventil- Drosselklappe 18 versehen, wodurch die zwei Volumen 16a, 16b akustisch zu einem einzigen Volumen verbunden werden können.
Beide Volumen 16a, 16b der Kammer 16 sind jeweils mittels einer Resonanzröhre 19 mit der Kammer 13 verbunden. Die Resonanzröhren 19 haben vorzugsweise die gleiche akustische Länge wie die Abschnitte 14b der Ansaugkrümmer, die sich zwischen den Klappenventilen 15 und der Kammer 16 erstrecken. Die akustische Querschnittsfläche der Resonanzröhren 19 unterscheidet sich jedoch von der akustischen Querschnittsfläche der Ansaugkrümmer 14a, 14b. Die Klappenventile 15 befinden sich vorzugsweise in einer Position, die in etwa einem Drittel der Entfernung vom Motor 10 zur Kammer 16 entspricht.
Die Drosselklappe 18 ist mittels eines Mikroprozessors (ohne Abbildung) zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position betätigbar. Dieser Prozessor erhält Eingabedaten, die auf der Motordrehzahl basieren, so daß bei einer bestimmten Motordrehzahl automatisch von einer Position in die andere umgeschaltet wird. Auf gleiche Weise sind über ein vergleichbares Steuerelement die Klappenventile 15 gleichzeitig entsprechend der Motordrehzahl zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position betätigbar.
Fig. 2 stellt in Form eines Diagramms die Funktion des Ansaugsystems dar. Die waagerechte Achse zeigt die zunehmende Motordrehzahl (Umdrehungen pro Sekunde), und die senkrechte Achse das zunehmende Torsionsmoment (Nm).
Bei niedriger Motordrehzahl, dargestellt durch die Kurve 20, wird ein günstiges Torsionsmoment erzielt, wenn die Klappenventile 15 und die Drosselklappe 18 geschlossen sind. Dabei wird der Schwankungszeitraum des Luftvolumens im Ansaugsystem durch die gesamte akustische Länge der Ansaugkrümmer 14a plus 14b, das Luftvolumen im Kammerteil 16a bzw. 16b, das Luftvolumen in der jeweiligen Resonanzröhre 19 und das Luftvolumen in der Kammer 13 bestimmt.
Bei mittlerer Motordrehzahl, dargestellt durch die Kurve 21, wird ein günstiges Torsionsmoment erzielt, wenn die Drosselklappe 18 offen ist. Dabei wird der Schwankungszeitraum des Luftvolumens im Ansaugsystem durch die hinzugefügte akustische Länge der Ansaugkrümmer 14a und 14b bestimmt.
Bei höherer Motordrehzahl, dargestellt durch die Kurve 22, wird ein günstiges Torsionsmoment erzielt, wenn die Klappenventile 15 und die Drosselklappe 18 offen sind. Dabei wird der Schwankungszeitraum des Luftvolumens im Ansaugsystem durch die akustische Länge der Ansaugkrümmer 14a bestimmt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann der Regulierungszustand gemäß Kurve 20 verwendet werden, nachdem der höchste Punkt der Kurve 21 überschritten wurde, wodurch ein gleichmäßigerer Übergang zur Kurve 22 erreicht wird.
Fig. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Variante des Ansaugsystems aus Fig. 1, das aus Platzgründen U-förmig nach oben gebogen wurde, so daß sich die Luftverteilungskammer 16 über dem Zylinderkopf des Motors 10 befindet.
Der erste Abschnitt 14a jedes Ansaugkrümmers ist mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 23 versehen. Aus fertigungstechnischen Gründen ist der Röhrenabschnitt 14a bei 24 mit einem Verbindungsstück versehen, das vor der Eintrittsstelle der Röhre in die Luftverteilungskammer 13 angeordnet ist. Das Ende des Röhrenabschnitts 14a, das sich in der Kammer 13 befindet, ist so gestaltet, daß es dicht mit dem als gekrümmtem Röhrenabschnitt gestalteten Ventilkörper 15 verbunden ist, wenn dieser sich in der in Fig. 3 mit durchgehender Linie eingezeichneten Position befindet.
Der andere Abschnitt 14b jedes Ansaugkrümmers ist auf gleiche Weise mit dem gegenüberliegenden Ende des Ventilkörpers 15 verbunden und erstreckt sich, eine Kurve beschreibend, schräg nach oben, zur zweiten Luftverteilungskammer 16. An der Kammer 16 befindet sich eine Steuereinheit zur Steuerung der Drosselklappe 18. Aus fertigungstechnischen Gründen ist der Röhrenabschnitt 14b bei 26 und 27, außerhalb der Luftverteilungskam mer 13 und unmittelbar neben der Luftverteilungskammer 16, mit Verbindungsstücken versehen.
Die Luftverteilungskammer 13 umfaßt eine Abdeckung 28, die mit Lagern für eine Achse 29 versehen ist, auf der die Ventilkörper 15 drehbar befestigt sind, so daß sie aus der Position, die in Fig. 3 mit durchgehender Linie eingezeichnet ist, in die Position, die in derselben Figur mit gestrichelter Linie dargestellt ist, schwenken können. Damit bilden die Ventilkörper keine Verbindung zwischen den Abschnitten 14a, 14b der Ansaugkrümmer mehr, so daß das Ansaugsystem entsprechend der Kurve in Fig. 2 arbeitet.
Die Schwenkachse 29 befindet sich außerhalb der gekrümmten Verbindungsleitungen, nahe dem Ende des Ventilkörpers 15, das mit dem Röhrenabschnitt 14b verbindbar ist. Damit kann der Ventilkörper 15 die Öffnung des Röhrenabschnitts 14a vollständig freilegen, so daß das Einströmen von Luft in die Röhre 14a nicht durch den Ventilkörper behindert wird. Die Betätigung des Ventilkörpers erfolgt gleichzeitig durch eine Stößelstange 30, die sich durch eine Dichtung 31 in der Wand der Kammer 13 hindurch erstreckt. Die Rückbewegung des Ventilkörpers 15 wird gleichzeitig durch eine Feder (ohne Abbildung) bewirkt.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt; vielmehr ist im Rahmen der folgenden Ansprüche eine Vielzahl von Abwandlungen möglich. Es können z. B. zur Betätigung der Klappenventile 15 andere Mittel als die beschriebenen verwendet werden. Die Drosselklappe 18 kann auf andere Art als in Fig. 3 gezeigt angeordnet werden. Erfindungsgemäß können selbstverständlich auch andere Arten von aktiven Ansaugsystemen verwendet werden als das beschriebene, die z. B. an Vierzylindermotoren angepaßt sein können.

Claims

1. Ventilanordnung in einem Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors (10), wobei besagtes Ansaugsystem einen gesonderten Ansaugkrümmer für jeden Motorzylinder umfaßt, jeweils mit einem ersten Krümmerabschnitt (14a), der sich zwischen dem/den Ansaugventil(en) des jeweiligen Zylinders und einer ersten Luftverteilungskammer (13) erstreckt, und einem zweiten Krümmerabschnitt (14b), der eine Verbindung zwischen der ersten Luftverteilungskammer (13) und einer zweiten Luftverteilungskammer (16) herstellt, an der ein für jeden Zylinder angeordnetes Ventil in einer ersten Einsatzposition die Ansaugkrümmerabschnitte (14a, 14b) miteinander verbindet und in einer zweiten Einsatzposition diese Ansaugkrümmerabschnitte zur ersten Luftverteilungskammer (13) hin öffnet, derart daß die Ventile in Abhängigkeit von der Motordrehzahl mit Hilfe von Steuermitteln gleichzeitig zwischen diesen beiden Einsatzpositionen betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Zylinder ein als Verbindungsleitung gestalteter Ventilkörper (15) angeordnet ist, der um eine Achse (29) drehbar ist und in seiner ersten Einsatzposition eine dichte Verbindung zwischen den beiden Krümmerabschnitten (14a, 14b) herstellt und in einer zweiten Einsatzposition von den Enden der Krümmerabschnitte (14a, 14b) entfernt angeordnet ist, so daß diese freiliegen.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbindungsleitung (15) einen Kanalabschnitt bildet, der in einer Ebene gekrümmt ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusammen mit anderen Ventilen auf einer gemeinsamen Schwenkachse (29) befestigt ist, die sich quer zu besagter Ebene erstreckt.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schwenkachse (29) an der außen gelegenen Seite der gekrümmten Verbindungsleitungen, nahe einem Ende derselben, befindet.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des/der Ventilkörper(s) (15) mittels zumindest einer Stößelstange (30) erfolgt, die entgegen der Wirkungsrichtung einer Feder auf diese(n) einwirkt.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Luftverteilungskammer (16) in zwei in akustischer Hinsicht im wesentlichen gleiche Volumen (16a, 16b) geteilt ist.

7. Ventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten und der zweiten Luftverteilungskammer zwei Resonanzröhren (19) angeordnet sind und in einer Öffnung zwischen diesen eine Ventil-Drosselklappe (18) zur akustischen Verbindung oder Trennung der zwei Volumen (16a, 16b) angeordnet ist.