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Die
Erfindung betrifft ein Schwingungsentkopplungssystem für ein Luftansaugkanalsystem
einer Verbrennungskraftmaschine, wobei das Luftansaugkanalsystem
ein Gehäuse,
in dem einzelne Ansaugkanäle
ausgebildet sind, über
welche die Luft zu Zylindern der Verbrennungskraftmaschine strömt, aufweist,
und welches an der Verbrennungskraftmaschine befestigt ist, wobei
ein elastisches Federelement zumindest Teile des Gehäuses des
Luftansaugkanalsystems von der Verbrennungskraftmaschine schwingungstechnisch
entkoppelt.
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Derartige
Luftansaugkanalsysteme sind allgemein bekannt und werden in einer
Vielzahl von Anmeldungen beschrieben. Je nach Aufbau des Motors,
beispielsweise turboaufgeladener oder nicht aufgeladener Motor ist
die Drosselvorrichtung entweder am Eintritt zu einem Sammeleinlaßkanal oder aber
an einer Zwischenplatte, welche sich zwischen Sammeleinlaßkanal und
den einzelnen Luftansaugkanälen
befindet, angeordnet. Diese Luftansaugkanalsysteme sind zumeist
mehrteilig ausgebildet und können
aus unterschiedlichen Materialien und in verschiedenen Herstellverfahren
hergestellt werden.
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Aufgrund
der Anordnung des Luftansaugkanalsystems auf dem Zylinderkopf der
Verbrennungskraftmaschine werden die entstehenden Vibrationen beziehungsweise
Schwingungen der Verbrennungskraftmaschine auf das Luftansaugkanalsystem übertragen.
Hierdurch können
Schäden
am Luftansaugkanalsystem beziehungsweise an den im Luftansaugkanalsystem
angebrachten Aggregaten entstehen. Da man in neuerer Zeit vielfach
elektronisch gesteuerte Stellvorrichtungen verwendet, deren Empfindlichkeit
gegen Schwingungen und Vibrationen höher als bei rein mechanisch
arbeitenden Teilen ist, wurden verschiedene Versuche unternommen,
um das Luft ansaugkanalsystem mit seinen Komponenten vom Zylinderkopf
schwingungstechnisch zu entkoppeln.
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Ein
derartiges Schwingungsentkopplungssystem wird beispielsweise in
der
DE 44 13 393 C1 beschrieben.
Hier wird das Luftansaugkanalsystem mittels eines aus einem elastomeren
Werkstoff hergestellten Dichtelementes am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine
unter elastischer Vorspannung dichtend angelegt. Dabei umgreift
die Dichtung eine flanschartige Erweiterung, welche an den zum Zylinderkopf
weisenden Enden des Luftansaugkanalgehäuses ausgebildet ist. Die Vorspannung
wird durch Befestigung eines Ladeluftgehäuses, welches einstückig mit
dem Luftansaugkanalgehäuse
ausgebildet ist, am Verbrennungsmotor erzeugt. Diese wiederum schwingungsentkoppelte
Befestigung erfolgt über
ein Spannelement, bei dem eine Schraube unter Zwischenlage von Tellerfederelementen
und einem ringförmigen
Federkörper
aus elastomeren Werkstoff Gehäuseteile
des Turboladers elastisch an das Gehäuse des Verbrennungsmotors
drückt.
Hierdurch werden Schwingungen des Verbrennungsmotors nicht mehr
in dem bekannten Maß auf
das Luftansaugkanalsystem übertragen.
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Eine ähnliche
Befestigung eines Luftansaugkanalsystems an einem Zylinderkopf einer
Verbrennungskraftmaschine wird auch in der
DE 41 25 249 A1 beschrieben.
Hier wird das Spannelement zwischen Luftansaugkanalsystem und Zylinderkopf
befestigt. Das Spannelement besteht aus einem mittels einer Schraube
am Zylinderkopf befestigten Gehäuse,
indem sich ein gummielastischer Federkörper zwischen zwei Halteelementen
befindet, welche über eine
Tellerfeder gegen einen Absatz des Gehäuses gedrückt werden. Dieser Aufbau wird
von einem topfförmigen
Axialvorsprung durchdrungen, der wiederum mittels einer Schraube
mit dem Saugrohrgehäuse
verbunden ist, so daß insgesamt
eine federnde und somit zweiachsig schwingungsentkoppelte Befestigung
vorliegt.
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Bei
diesen bekannten Ausführungen
findet somit eine Schwingungsentkopplung statt, jedoch wird lediglich
das gesamte Luftansaugkanalgehäuse vom
Zylinderkopf getrennt, so daß innerhalb
des Luftansaugkanalsystems entstehende Schwingungen weiter auf die
empfindlichen elektronischen Bauteile übertragen werden. Zusätzlich ist
ihr Aufbau kompliziert und aufwendig zu montieren, so dass sowohl
in der Einzelteilbeschaffung als auch in der Herstellung beziehungsweise
Montage hohe Kosten entstehen.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde ein Schwingungsentkopplungssystem
zu schaffen, bei dem insbesondere die schwingungsempfindlichen,
beispielsweise elektronischen Teile vom übrigen Luftansaugkanalsystem
entkoppelt werden, wobei weder die Schwingungen des Verbrennungsmotors
noch die innerhalb des Luftansaugkanalsystems entstehenden Schwingungen
negativen Einfluß auf
diese Teile haben sollen. Zusätzlich
soll der Aufbau des Schwingungsentkopplungssystems möglichst
einfach sein und geringe Montage- und Herstellkosten entstehen.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß das Luftansaugkanalsystem
zumindest eine Drosselvorrichtung aufweist, welche in einer Aufnahmeöffnung des
Gehäuses
des Luftansaugkanalsystems befestigt ist, wobei das elastische Federelement
zwischen einem über
den gesamten zur Aufnahmeöffnung
weisenden Rand der Drosselvorrichtung und dem die Aufnahmeöffnung des
Gehäuses
umfassenden Rand des Gehäuses
angespritzt ist, so dass das Gehäuse
mit der zumindest einen Drosselvorrichtung fluidisch dicht und elastisch
verbunden ist. Durch diese Anordnung entsteht ein Schwingungssystem,
insbesondere für
den überkritischen
Zustand, bei dem das elastische Federelement als Entkopplungselement
dient, welches als Filter wirkt und mittels dessen somit die entscheidenden
hohen Frequenzen der Motoranregung gefiltert werden. Eine zusätzliche
Abdichtung ist nicht notwendig, da bei dieser Ausführungsform
das elastische Federelement gleichzeitig den Spalt zwischen der
Aufnahmeöffnung
und dem Umfangsrand der Drosselvorrichtung abdichtet. Dieses Schwingungsentkopplungssystem
ist einfach und kostengünstig
herstellbar, nicht zuletzt da die Befestigung in nur einem Verfahrensschritt
verwirklicht werden kann und keine zusätzlichen Bauteile benutzt werden
müssen.
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In
einer besonderen Ausführungsform
weist die Drosselvorrichtung eine Zwischenplatte auf, auf der die
Drosselvorrichtung befestigt ist, so daß das elastische Federelement
zwischen der Zwischenplatte und der Aufnahmeöffnung angeordnet ist. Hierdurch
wird die Zugänglichkeit
bei der Montage deutlich verbessert und somit die Herstellkosten
für das Schwingungsentkopplungssystem
verringert. Zusätzlich
wird es möglich, über die
Größe der Zwischenplatte
die Schwingmasse zu verändern,
so daß eine
Verschiebung der kritischen Resonanzfrequenzen möglich wird.
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In
einer weiterführenden
Ausführungsform ist
das elastische Federelement ein Elastomer, dessen Härte entsprechend
der zu unterdrückenden
Frequenzen gewählt
ist. Es wird also eine je nach Anwendungsfall unterschiedlich harte
Ankopplung der beiden Massen vorgenommen, wodurch die Resonanzfrequenzen
des Entkopplungssystems minimiert werden.
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In
einer weiterführenden
Ausführungsform ist
der Rand der Drosselvorrichtung und der Rand des Gehäuses derart
zueinander ausgerichtet, dass nach dem Anspritzen des elastischen
Federelements die Drosselvorrichtung in alle drei Achsrichtungen schwingen
kann, wodurch eine Entkopplung der Schwingmasse in ebenfalls allen
drei Achsrichtungen verwirklicht wird.
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Dies
ist insbesondere durch eine Anordnung realisierbar, bei der sich
die Ränder
des Gehäuses und
der Zwischenplatte überlappen
und in einem bestimmten Winkel von beispielsweise 45 Grad zur Ausdehnungsrichtung
der Zwischenplatte und des Gehäuseunterteils
gebogen sind, so daß die
beiden Ränder
im wesentlichen parallel und beabstandet zueinander angeordnet sind
und beide Ränder
vollständig
umspritzt sind. Somit ist der zu umspritzende Bereich für das Spritzgußwerkzeug
gut erreichbar, so dass beide Ränder
in ausreichend großem
Abstand aber vollständig
bei Zugang des Werkzeugs von nur einer Seite umspritzbar sind. Hierdurch
wird auf einfache Art eine dreiachsige Schwingungsentkopplung durch
das Elastomer realisiert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind zwei Drosselvorrichtungen, welche als E-Gassteller ausgeführt sind,
an der Zwischenplatte, welche elastisch mit einem Unterteil des
Gehäuses
verbunden ist, befestigt, wobei die angesaugte Luft von einem Sammeleinlaßkanal über die
E-Gassteller zu den einzelnen Luftansaugkanälen strömt. Eine solche Mehrteiligkeit
des Gehäuses
vereinfacht den Herstellungsprozess und die anschließende Montage
des Gesamtsystems. Zusätzlich
wird es mög lich,
eine sehr große
benötigte
Luftansaugmenge dem Luftansaugkanalsystem zuzuführen, wobei dennoch eine hohe
Genauigkeit der Drücke
und Mengen erzeugt werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht das Gehäuse
des Luftansaugkanalsystems aus einem Oberteil, dem Unterteil und
einem Sammler, wobei zwischen den einzelnen Gehäuseteilen Dichtungen angeordnet
sind, welche ebenfalls angespritzt sind. Dies vereinfacht wiederum
die Herstellung, da sowohl die Dichtungen als auch die Schwingungsentkopplung über ein
Spritzgußwerkzeug
in einem Verfahrensschritt herstellbar sind.
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In
einer weiterführenden
Ausführungsform ist über den
zu einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine weisenden Umfang
des Gehäuses
und der Einzelansaugkanäle
des Luftansaugkanalsystems ein elastisches Federelement angespritzt, über welches
das Gehäuse
dichtend und elastisch auf dem Zylinderkopf aufliegt. Eine solche Anordnung
bewirkt eine zusätzliche
Schwingungsentkopplung, wobei diese lediglich in eine Achsrichtung
zuverlässig
funktioniert, da eine Befestigung des Luftansaugkanalsystems über Schrauben
am Zylinderkopf zusätzlich
erfolgen muß.
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In
einer dazu alternativen Ausführung
erfolgt die Abdichtung zwischen dem Gehäuse des Luftansaugkanalsystems
und dem Zylinderkopf über
eine Sickendichtung. Eine solche Ausführungsform ist sehr kostengünstig und
einfach herstellbar, wobei durch die zusätzliche Schwingungsentkopplung
der Drosselvorrichtungen trotzdem ein Schutz der empfindlichen elektronischen
Bauteile der Drosselvorrichtung gewährleistet ist.
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Durch
diese beschriebenen Ausführungen wird
somit ein Schwingungsentkopplungssystem geschaffen, welches eine Übertragung
der Vibrationen und Schwingungen insbesondere im Bereich der kritischen
Frequenzen der Verbrennungskraftmaschine auf die empfindlichen Drosselvorrichtungen
zuverlässig
vermeidet und dennoch einfach und kostengünstig herzustellen ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt
in gesprengter Darstellung ein erfindungsgemäßes mehrteiliges Luftansaugkanalsystem
mit zwei E-Gasstellern in perspektivischer Ansicht.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung eine Seitenansicht eines Ausschnitts
eines erfindungsgemäßen Luftansaugkanalsystems.
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Das
dargestellte Schwingungsentkopplungssystem befindet sich in einem
Luftansaugkanalsystem 1 einer Verbrennungskraftmaschine
mit einem mehrteiligen Gehäuse 2,
in dem einzelne zu einem nicht dargestellten Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine
führende
Ansaugkanäle 3 ausgebildet sind.
Im einzelnen besteht das Gehäuse 2 aus
einem Sammler 4, in dessen Inneren durch den Zusammenbau
ein Sammeleinlaßkanal 5 gebildet
wird sowie aus einem Gehäuseunterteil 6 und
einem Gehäuseoberteil 7.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist im Gehäuseunterteil 6 eine
Aufnahmeöffnung 8 ausgebildet,
in welcher eine Zwischenplatte 9 angeordnet ist, die gleichzeitig
als Träger
für zwei
Drosselvorrichtungen 10, 11 dient, welche hier
als E-Gassteller ausgebildet sind und jeweils eine Stellvorrichtung 12 aufweisen.
Im Gehäuseoberteil 7 sind
die einzelnen Ansaugkanäle 3 ausgebildet,
welche über
nicht dargestellte Schaltklappen in bekannter Weise längenverstellbar
sind. Die Luft strömt über einen
an dem Gehäuseunterteil 6 ausgebildeten
Ansaugstutzen 13 in den Sammeleinlaßkanal 5. Von dort
aus strömt
eine je nach Öffnung
der E-Gassteller 10, 11 geregelte Luftmenge durch
die E-Gassteller zu den im Saugrohroberteil 7 gebildeten
Einzelansaugkanälen 3,
deren Öffnungen 14 mit
entsprechenden Öffnungen 15 des
Saugrohrunterteils korrespondieren, welche wiederum so auf dem Zylinderkopf
angeordnet sind, daß die
Luft von den Einzelansaugkanälen 3 über die Öffnungen 14 und 15 in
nicht dargestellte im Zylinderkopf ausgebildete Kanäle und von
dort zu den Zylindern strömen
kann.
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Am
Gehäuseunterteil 6 sind,
wie in 2 zu erkennen, Nuten 16 ausgebildet,
in die Dichtungen 17 über
ein Spritzgußwerkzeug
eingespritzt werden, welche eine Abdichtung zwischen den einzelnen
Gehäuseteilen 5, 6, 7 beim
Zusammenbau bewirken. Die Nuten 16 und damit auch die angespritzten
Dichtungen 17 umfassen dabei die gesamten Außenumfänge der
luftführenden
Gehäuseteile 5, 7.
Somit verläuft
eine Nut 16 auf einer Oberseite des Unterteils 6 entlang
des Außenumfangs
des Sammeleinlasskanals 5 und auf einer Unterseite des
Unterteils 6 verlaufen Nuten 16 entlang der Außenumfänge des Saugrohroberteils 7 und
der Einzelansaugkanäle 3.
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Die
Befestigung der Zwischenplatte 9 und somit der fest mit
der Zwischenplatte 9 verbundenen E-Gassteller 10, 11 an
dem Saugrohrunterteil 6 erfolgt über ein elastisches Federelement,
welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als weiches Elastomer 18 ausgebildet ist. Dieses weiche
Elastomer 18 ist, wie wiederum aus 2 ersichtlich,
derart an den die Aufnahmeöffnung 8 bildenden
Randbereich 19 des Gehäuseunterteils 6 beziehungsweise
den äußeren Rand 20 der
Zwischenplatte 9 angespritzt, daß es beide Ränder 19, 20 gleichzeitig
umschließt, wodurch
eine elastische und fluiddichte Verbindung zwischen der Zwischenplatte 9 und
dem Saugrohrunterteil 6 geschaffen wird. Um hier eine möglichst
sichere und in allen drei Achsrichtungen schwingfähige Verbindung
zu schaffen, ist die Aufnahmeöffnung 8 des
Gehäuseunterteils 6 etwas
kleiner als der Umfang der Zwischenplatte 9. Entsprechend
sind die jeweiligen Ränder 19 des
Gehäuses
beziehungsweise 20 der Zwischenplatte in einem bestimmten
Winkel von beispielsweise 45 Grad zur Ausdehnungsrichtung der Zwischenplatte
beziehungsweise des Gehäuseunterteils 6 gebogen,
so daß die
beiden Ränder 19, 20 im
wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und somit sowohl
das Spritzgußwerkzeug
gut angesetzt werden kann als auch ein ausreichender Bereich umspritzt
werden kann, so daß eine sichere
und in drei Achsrichtungen bewegliche Befestigung die Folge ist.
Somit kann die Zwischenplatte 9 mit den darauf fest angeordneten
E-Gasstellern 10, 11 relativ zum übrigen Luftansaugkanalsystem 1 in
alle drei Achsrichtungen frei schwingen. Dieses möglichst
weich zu wählende
angespritzte Elastomer wirkt also als Filter, womit eine Übertragung
der hohen Frequenzen vom Verbrennungsmotor auf das Luftansaugkanalsystem 1 verhindert
wird.
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Bei
der Auslegung ist insbesondere darauf zu achten, daß die Resonanzfrequenzen
des Entkopplungssystems zu minimieren sind. Dies erfolgt in dem
eine möglichst
weiche Entkopplung zwischen den beiden Schwingmassen vorgenommen
wird. Für die
genannten Dichtungen 17 ist hingegen ein härteres Elastomer
zu wählen.
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Zusätzlich kann
das gesamte Luftansaugkanalsystem 1 über ein zweites elastisches
Federelement 21 vom Verbrennungsmotor schwingungstechnisch
entkoppelt werden. Dazu muss zwischen den Zylinderkopf und die Einzelansaugkanäle 3 im
Bereich des Umfangs der Öffnungen 15 im
Gehäuseunterteil 6 ein
zweites elastisches Federelement 21 angespritzt werden,
welches gleichzeitig als Dichtung wirkt.
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Da
jedoch eine Schwingungsentkopplung der empfindlichen elektronischen
Bauteile der Stellvorrichtungen 12 der E-Gassteller 10, 11 bereits über das
elastische Federelement 18 erreicht wird, kann an dieser
Stelle auch eine nicht dargestellte Sikkendichtung zur Abdichtung
zwischen Zylinderkopf und Saugrohrunterteil 6 angeordnet
werden.
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Es
wird deutlich, dass ein solches erfindungsgemäßes Schwingungsentkopplungssystem kostengünstig herstellbar
ist und in allen drei Achsrichtungen schwingfähig ist, so daß Vibrationen
einer Verbrennungskraftmaschine nicht auf die Drosselvorrichtungen übertragen
werden beziehungsweise die entscheidenden hohen Frequenzen der Motoranregung
gefiltert und die Resonanzfrequenzen der Schwungmasse minimiert
werden. Hierdurch wird die Lebensdauer der Drosselvorrichtungen
erhöht,
wobei diese gleichzeitig ohne Austausch einer weiteren Dichtung
austauschbar bleiben. Der Montage- und Herstellprozeß ist zudem
einfach und kostengünstig ausführbar.
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Es
sollte deutlich sein, daß auch
eine andere Anordnung der Drosselvorrichtung denkbar ist, so beispielsweise
eine Anordnung vor dem Sammeleinlaßkanal, wobei auch dann eine
erfindungsgemäße Schwingungsentkopplung
erfolgen kann. Entsprechend ändert
sich dann selbstverständlich
auch der Aufbau der Schnittstelle zwischen Drosselvorrichtung und
Luftansaugkanalgehäuse,
wobei die dreiachsige Schwingfähigkeit
erhalten bleiben sollte. Ebenso ist die Anzahl der eingebauten Drosselvorrichtungen
beziehungsweise E-Gassteller frei wählbar. Auch die Ausbildung
und Anordnung der Nuten bzw. Dichtungen kann an den verschiedenen
Gehäuseteilen
erfolgen ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen.
Entsprechend eignet sich ein solches System für eine Schwingungsentkopplung
beinahe aller Ausführungen
von Luftansaugkanalsystemen mit schwingungsempfindlichen Bauteilen.