DE102004009502B3 - Klappensystem, insbesondere zur Änderung der Strömungsverhältnisse an Einlassventilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klappensystem, insbesondere zur Änderung der Strömungsverhältnisse. Dieses Klappensystem umfasst mindestens eine u-förmige Klappe mit zwei zueinander fluchtenden und an den jeweiligen Enden der Klappe angeformten Anschlusszungen. Ferner umfasst das Klappensystem mindestens zwei Verbindungswellen, wobei mindestens eines der Enden jeder Verbindungswelle derart geformt ist, so dass eine Anschlusszunge in wirkfester Verbindung aufgenommen werden kann. Darüber hinaus umfasst das Klappensystem mindestens zwei Lagerblöcke mit jeweils einer Bohrung zur Aufnahme einer Antriebswelle.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Klappensystem insbesondere zur Änderung der Strömungsverhältnisse an Einlassventilen.
• In Ansaugsystemen von Verbrennungskraftmaschinen werden zur Beeinflussung der Luftströmung Klappensysteme verwendet, um entweder die Schwingrohrlänge zu verändern oder die Strömungsverhältnisse am Einlassventil zu verändern. Es gibt viele verschiedene Ausführungsformen solcher Klappensysteme. Es gibt beispielsweise Klappensysteme bei denen je Klappe eine eigene Lage- und Antriebswelle vorhanden ist, die dann mittels eines Koppeltriebes gemeinsam geöffnet und geschlossen werden. Es gibt auch Klappensysteme mit einem durchgehenden Drehmomentantrieb, der entweder mittels einer durchlaufenden Welle oder durch eine starre Verbindung der Klappensegmente mit den Wellenabschnitten verbunden ist. Die Ausführungen mit durchgehendem Drehmomentantrieb und Wellensegmenten werden dann bevorzugt eingesetzt, wenn die Luftströmung bei geöffneten Klappen nicht gestört werden soll. Dazu muss vermieden werden, dass die Welle und Klappe innerhalb der Strömung liegt.
• Bei solchen Klappensystemen ist es insbesondere von Nachteil, dass große Fluchtungsfehler des Klappensystems selbst, aber auch Fluchtungsfehler der Lagerstellen im Saugrohr zueinander auftreten. Die dabei entstehenden Verspannungen verursachen große Reibmomente, die durch den Klappenantrieb überwunden werden müssen und zusätzlich großen Verschleiß erzeugen. Ferner kann sich die Lagerflucht bei Kunststoffsaugrohren verschlechtern, da sich durch das Anziehen der Schrauben am Zylinderkopf der Flansch des Saugrohrs zum Zylinderkopf ausrichtet. Die Lagerflucht kann aufgrund von Herstellungstole ranzen von Kunststoffsaugrohren starke Schwankungen aufweisen.
• Aus der Druckschrift DE 102 36 587 A1 ist eine Klappenanordnung für Brennkraftmaschinen bekannt die mindestens eine Klappe aufweist. Diese Klappe ist mit einer Schaltwelle verbunden. Die Schaltwelle ist über einen Antriebshebel, der Teil einer Betätigungseinrichtung ist, betätigbar. Zwischen der Schaltwelle und der Betätigungseinrichtung ist ein Versatzausgleichselement vorgesehen. Um einen möglichst geringen Platzbedarf für das Versatzausgleichselement zu benötigen, ist das Versatzausgleichselement stabförmig.
• Die Druckschrift DE 199 46 861 C2 offenbart ein Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Grundkörper, der eine Anzahl von im Wesentlichen nebeneinander angeordneten Anlasskanälen aufweist, einer Klappenanordnung zum Steuern der Einlasskanäle, und einem in den Grundkörper einsetzbaren Lagerrahmen für die Klappenanordnung. Die Klappenanordnung und der Lagerrahmen sind aus Kunststoff mit unterschiedlichen Schmelzpunkten spritzgegossen, wobei die Lagerwelle der Klappenanordnung vollständig innerhalb von Lageröffnungen des Lagerrahmens gehalten ist, so dass die Klappenanordnung und der Lagerrahmen eine untrennbare Einheit bilden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Klappensystem vorzustellen, das Fluchtungsfehler der Lagerstellen ausgleicht, ohne dabei die Reibung zu erhöhen.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Klappensystems.
• Erfindungsgemäß kann das Klappensystem mindestens eine u-förmige Klappe mit zwei zueinander fluchtenden an den jeweiligen Enden der Klappe angeformten Anschlusszungen und mindestens zwei Verbindungswellen umfassen. Mindestens eines der Enden jeder Verbindungswelle kann derart geformt sein, dass die Anschlusszunge in wirkfester Verbindung aufgenommen werden kann. Des Weiteren umfasst das Klappensystem mindestens zwei Lagerblöcke mit jeweils einer Bohrung zur Aufnahme einer Antriebswelle.
• Als vorteilhaft hat sich erwiesen, die Verbindungswelle als Hohlwelle zu formen. Solche Hohlwellen sind kostengünstig und leichter.
• Weiterhin ist es vorteilhaft die Klappen mit einem elastischen Material zu umhüllen. Damit kann die Geräuschbildung beim Öffnen der Klappe (Klappe schlägt gegen Saugrohr an) reduziert werden. Des Weiteren brauchen die Klappen nicht aus teurem Edelstahl gefertigt sein. Ferner kann das Innere der Hohlwelle mit diesem elastischem Material ausgefüllt sein. Damit wird die Bildung von Relativbewegung zwischen Hohlwelle und Umhüllung aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen vermieden, da beispielsweise bei Erwärmung axial ein Spalt zwischen Umhüllung und Hohlwelle entstehen könnte, der aber durch die ansteigende radiale Verpressung aufgrund der Dehnungsunterschiede nicht zum Tragen kommt.
• Als sehr vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass die Basisplatte der Klappe mindestens eine erste Aussparung aufweist. Außerdem können die Flügel der Klappen ebenfalls Aussparungen aufweisen. Damit lässt sich die Biegesteifigkeit der Klappen durch Änderung der Aussparungsform in weiten Bereichen optimieren. Das Klappensystem sollte dabei möglichst biegeweich sein, wobei während des Betriebes das System nicht aufschwingen darf.
• Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung hat es sich herausgestellt, dass die Anschlusszunge senkrecht zu ihrer Ausrichtung mindestens zwei Schultern aufweist. Die Hohlwellenenden weisen zwei dazu passende Aufnahmenuten auf. Damit lässt sich ein steifer Drehmomentdurchtrieb erzielen.
• Als vorteilhaft hat sich außerdem erwiesen, dass die Verbindungswelle, insbesondere die Hohlwelle, aus Metall besteht. Damit lässt sich die elastische Torsion des Klappensystems reduzieren, wodurch der Winkelfehler der Klappen verringert wird.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung beispielhaft erläutert. Dabei zeigen:
• 1 eine Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Klappensystems;
• 2 einen axialen Schnitt durch eine zusammengebaute Klappe; und
• 3A und 3B einen Längsschnitt durch ein Einlassrohr mit eingebautem Klappensystem, im geöffnetem und geschlossenem Zustand.
• 1 ist ein Ausschnitt einer Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Klappensystems 1 mit vier Lagerblöcken 2, 2', 2'', 2''', vier Lagerbuchsen 3, 3', 3'', 3''', zwei Hohlwellen 4, 4', einer Klappe 5 und einer elastischen Umhüllung 6 (elastisches Material). Beispielsweise wären für eine 4-zylindrische Brennkraftmaschine vier Klappen 5 und die dazu entsprechende Anzahl der anderen Komponenten 2-4 und 6 nötig.
• 2 zeigt ebenfalls einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Klappensystems, wobei der in 2 dargestellte Schnitt vertikal durch die Drehachse des Klappensystems 1 geht. Auf der rechten Seite der 2 ist noch ein Teil einer weiteren Klappe samt Komponenten zu erkennen.
• Ein Lagerblock 2 ist im wesentlichen quaderförmig. Durch zwei gegenüberliegende Flächen 21 und 22 verläuft eine Bohrung 23, die dazu geeignet ist, entweder die Lagerbuchsen 3, die Hohlwellen 4, oder die elastische Umhüllung 6 aufzunehmen. Eine dritte Fläche 24 weist eine Führungsschulter 25 auf. Diese Führungsschulter 25 wird in ein in einem Saugrohr geformte Nut eingeführt (nicht dargestellt). In die vierte Fläche 26 des Lagerblocks 2 ist eine Aufnahmenut 27 eingelassen. Darin befindet sich im eingebauten Zustand die Dichtung des Zylinderkopfes und des Saugrohrs.
• Bei der Lagerbuchse 3 kann es sich um ein Gleitlager, Kugellager, Nadellager oder ähnlichem handeln. Diese Lagerbuchse 3 ist im wesentlichen zylinderförmig und weist eine Öffnung 31 auf. Vorzugsweise wird eine solche Lagerbuche 3 in die Bohrung 23 des Lagerblocks 2 eingepresst.
• Die Hohlwelle 4 weist an ihren beiden Enden 41 und 42 zwei diametral gegenüberliegende Nuten 43 und 44 auf. Die Hohlwelle erstreckt sich durch zwei Lagerblöcke 2 mit den darin befindlichen Lagerbuchsen 3. Vorzugsweise besteht die Hohlwelle aus Metall.
• Die u-förmige Klappe 5 weist eine Basisplatte 51, an den Enden der Basisplatte 51 angeformte Flügel 52 und 53 und an diesen Enden angeformte und zueinander fluchtende Anschlusszungen 54 und 55 auf. Jede Zunge weist zwei zur Seite erstreckende Schultern 56 und 57 auf. Vorzugsweise wird die Anschlusszunge 54 in das Ende 42 der linken Hohlwelle 4 und die rechte Anschlusszunge 55 in das Ende 41' der rechten Hohlwelle 4' eingeführt. Dabei greifen die Schultern 56 und 57 in die Nuten 42 und 43 ein. Des Weiteren kann die Basisplatte 51 eine erste Aussparung 58 aufweisen.
• Die elastische Umhüllung 6 besteht aus einem stabförmigen Bereich 61 und einem u-förmigen Klappenbereich 62. Der stabförmige Bereich 61 füllt den Hohlraum in der Hohlwelle 4 aus. Der u-förmige Klappenbereich 62 umhüllt vorzugsweise die Klappe 5. Je nach Anforderung kann die metallische Klappe 5 weggelassen werden.
• Die 3A und 3B zeigen einen Längsschnitt entlang eines Ansaugkanals mit eingebautem Klappensystem. Dabei ist in 3A die Klappe 5 bzw. Klappenbereich 62 offen. In 3B ist dagegen die Klappe 5 bzw. Klappenbereich 62 geschlossen. Wie in den 3A und 3B zu erkennen ist, befindet sich im Saugkanal 71 der Klappenbereich 62. In der Seitenwand des Einlasskanals 71 ist der Lagerblock 2 samt der Lagerbuchse 3 und dem stabförmigen Bereich 61 befestigt. In Strömungsrichtung befindet sich daran anschließend eine Trennklappe 72, die den Einlasskanal 71 in einen oberen Bereich 73 und einen unteren Bereich 74 einteilt.
• Wird die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs im Volllastbereich betrieben, so befindet sich die Klappe 5 im geöffneten Zustand (siehe 3A). Dabei erhalten beide Bereiche 73 und 74 Luft. Befindet sich die Brennkraftmaschine dazu im Teillast- oder im Schwachlastbereich, so wird die Klappe 5 bzw. Klappenbereich 62 geschlossen, d.h. der untere Bereich 74 wird von der Luftzufuhr abgeschnitten.
• Anzumerken ist, dass der u-förmige Klappenbereich 62 an der Kante 63 (links in 3A abgebildet) eine strömungsbegünstigte Abrisskante darstellt, die ein nach unten gerichtetes Profil aufweist. Die Kante 64 (rechts in 3A dargestellt) ist aus konstruktiven Gründen nach oben gekrümmt, so dass diese Kante 63 im geschlossenen Bereich (3B) nicht am Einlasskanal 71 verklemmt.
• Ferner sind in den 3A und 3B die umlaufende Dichtung 80 des Saugmoduls zu sehen.

Claims (8)

1. Klappensystem, insbesondere zur Änderung der Strömungsverhältnisse in einer Brennkraftmaschine, umfassend: – mindestens eine u-förmige Klappe (5; 62) mit zwei zueinander fluchtenden und an den jeweiligen Enden der Klappe angeformten Anschlusszungen (54, 55), – mindestens zwei Verbindungswellen (4), wobei mindestens eines der Enden (41, 42) jeder Verbindungswelle (4, 4', 4'', 4''') derart geformt ist, um eine Anschlusszunge (54, 55) in wirkfester Verbindung aufzunehmen, und – mindestens zwei Lagerblöcke (2, 2') mit jeweils einer Bohrung (23) zur Aufnahme einer Verbindungswelle (4).
2. Klappensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jede Bohrung (23) eine Lagerbuchse (3) eingepresst ist, wobei die Verbindungswelle (4) in der Lagerbuchse (3) angeordnet ist.
3. Klappensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungswelle (4) als Hohlwelle (4) geformt ist.
4. Klappensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen (5) mit einem elastischen Material (6) umhüllt sind, und/oder das Innere der Hohlwellen (4) mit diesem Material (6) ausgefüllt ist.
5. Klappensystem nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (5) eine Basisplatte (51), zwei Flügel (52, 53) und zwei Anschlusszungen (54, 55) aufweist, wobei das eine Ende der Basisplatte (51) an das eine Ende des einen Flügels (52) und das andere Ende der Basisplatte (51) an das eine Ende des anderen Flügels (53) derart angeformt sind, dass die Basisplatte (51) mit dem jeweiligen Flügel (52, 53) einen stumpfen Winkel bildet.
6. Klappensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (51) mindestens eine erste Aussparung (58) aufweist und/oder die Flügel (52, 53) jeweils mindestens eine zweite Aussparung aufweist.
7. Klappensystem nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusszunge (54, 55) senkrecht zu ihrer Ausrichtung mindestens zwei, insbesondere gegenüberliegende, Schultern (56, 57) aufweist und/oder mindestens eines der Hohlwellenenden mindestens zwei Nuten (53, 54) zur Aufnahme der entsprechenden Schultern (56, 57) aufweist.
8. Klappensystem nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungswelle (4) aus Metall besteht und/oder das Material (6) ein Elastomer oder ein Thermoplast ist und/oder die Lagerbuchsen (3) aus PD/FE-Kunststoff besteht, und/oder der Lagerblock (2) aus materialgefülltem Polyamid besteht.