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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Saugrohr für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 11 2013 002 884 T5 wird ein Saugrohr für eine Brennkraftmaschine beschrieben, über das einem Zylinder der Brennkraftmaschine Verbrennungsluft zuführbar ist. In dem Saugrohr ist eine Schaltklappe angeordnet, die zwischen einer den freien Strömungsquerschnitt im Saugrohr maximierenden Öffnungsstellung und einer den Strömungsquerschnitt reduzierenden Schließstellung verstellbar ist. Die Schaltklappe befindet sich in einer Hülse, die in das Saugrohr eingesetzt ist, und kann um eine quer zur Strömungsrichtung verlaufende Achse zwischen Schließ- und Öffnungsstellung verschwenkt werden. In der Öffnungsstellung verläuft die Schaltklappe parallel zur Strömungsrichtung, sie ragt jedoch in den Strömungsquerschnitt ein und verjüngt diesen. In der Schließstellung liegt die Schaltklappe schräg zur Strömungsrichtung, so dass sowohl an der vorderen als auch an der hinteren Stirnkante der Schaltklappe ein Strömungsweg mit reduziertem Strömungsquerschnitt offen liegt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein Saugrohr für eine Brennkraftmaschine in der Weise auszuführen, dass sowohl bei geöffneter als auch geschlossener Schaltklappe die Strömungsverhältnisse in präziser Weise einstellbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Saugrohr wird für die Zufuhr von Verbrennungsluft zu einem Zylinder einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Das Saugrohr kann Bestandteil einer Saugrohranlage sein, die mehrere Saugrohre umfasst, wobei jedem Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils ein Saugrohr zugeordnet ist.
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In dem Saugrohr befindet sich eine Schalt- oder Drallklape, die verstellbar im Saugrohr angeordnet ist und zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellt werden kann. In der Öffnungsstellung ist der freie Strömungsquerschnitt im Saugrohr maximiert, in der Schließstellung ist dagegen der freie Strömungsquerschnitt auf ein Minimum reduziert. Die Schließstellung wird von der Schaltklappe üblicherweise im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine eingenommen, wobei die herangeführte Verbrennungsluft durch die in den Strömungsquerschnitt einragende Position der Schaltklappe einen Drall erfährt.
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Im Fall einer Saugrohranlage mit mehreren Saugrohren sind die dort integrierten Schaltklappen vorzugsweise baugleich ausgeführt. Jede Schaltklappe wird von einer Verstelleinrichtung zwischen Schließ- und Öffnungsstellung verstellt, wobei mehrere Schaltklappen vorzugsweise von der gleichen Verstelleinrichtung betätigt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung liegt ein Abschnitt der Schaltklappe in der Schließposition an oder benachbart zur Innenwand eines Klappenaufnahmeraums, der seitlich an das Saugrohr angrenzt und zur Aufnahme eines Teils der Schaltklappe in der Öffnungsposition dient. Der Klappenaufnahmeraum befindet sich, bezogen auf die Längsrichtung des Saugrohrs, mit radialem Abstand zum Saugrohrströmungsraum, der Klappenaufnahmeraum grenzt jedoch außen an die Wandung des Saugrohres an.
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In der Öffnungsstellung separiert die Schaltklappe den Klappenaufnahmeraum von dem Saugrohrströmungsraum im Saugrohr. Dies gewährleistet, dass in der Öffnungsstellung die Verbrennungsluft nicht in den Klappenaufnahmeraum einströmen und unerwünschte Verwirbelungen bilden kann. Es ist vielmehr sichergestellt, dass in der Öffnungsstellung die Verbrennungsluft weitgehend oder vollständig ohne negative Beeinflussung durch die Schaltklappe das Saugrohr passieren kann.
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In der Schließstellung ist außerdem sichergestellt, dass keine oder zumindest nur sehr geringe Fehlluftströme über die in Strömungsrichtung hinten liegende Stirnkante der Schaltklappe durch den Klappenaufnahmeraum hindurchströmen können. In bevorzugter Ausführung grenzt ein Abschnitt der Schaltklappe an die Innenwand des Klappenaufnahmeraums an, so dass an dieser Position keine unerwünschte Umströmung der Schaltklappe durch den Klappenaufnahmeraum hindurch möglich ist.
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Aber auch für den Fall, dass die Schaltklappe nicht an der Innenwand des Klappenaufnahmeraums anliegt, sondern mit einem kleinen Zwischenraum benachbart zur Innenwand liegt, ist aufgrund des geringen Strömungsquerschnittes zwischen Schaltklappe und Innenwand des Klappenaufnahmeraums nur ein geringer Strömungsfluss durch den Klappenaufnahmeraum möglich. Somit ist auch in diesem Fall gewährleistet, dass die Hauptströmung über die in den Saugrohrströmungsraum hineinragende vordere Kante der Schaltklappe erfolgt und die gewünschte Strömungsbeschleunigung und gegebenenfalls auch einen Drall erfährt. Der Strömungsverlauf an der Vorderkante der Schaltklappe wird nicht oder nur unwesentlich durch den Klappenaufnahmeraum gestört.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung liegt die Schaltklappe in Schließstellung mit einer Stirnkante an der Innenwand des Klappenaufnahmeraums an. Der Kontakt zwischen der Stirnkante und der Innenwand des Klappenaufnahmeraums verhindert in der Schließstellung eine unerwünschte Umströmung an dieser Position der Schaltklappe durch den Klappenaufnahmeraum hindurch. Die Stirnkante der Schaltklappe gelangt automatisch in Kontakt mit der Innenwand des Klappenaufnahmeraums, sobald die Schaltklappe von der Öffnungsposition in die Schließposition überführt wird.
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In einer alternativen Ausführung gelangt nicht die Stirnkante der Schaltklappe, sondern ein zwischen vorderer und hinterer Stirnkante gelegener Abschnitt der Schaltklappe in Kontakt mit der Innenwand des Klappenaufnahmeraums. Auch in diesem Fall ist sichergestellt, dass kein Fehlluftstrom durch den Klappenaufnahmeraum hindurch stattfindet.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Schaltklappe in der Öffnungsstellung glattflächig in die Innenwand des Saugrohrs integriert bzw. bildet einen Abschnitt der Innenwand des Saugrohrs, wobei der Übergang von Saugrohr zur Schaltklappe glattflächig erfolgt, um in der Öffnungsstellung unerwünschte Verwirbelungen zu vermeiden.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Klappenaufnahmeraum einteilig mit dem Saugrohr ausgebildet. Das Saugrohr ist insbesondere als Kunststoffbauteil ausgebildet, welches bevorzugt im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Saugrohr und Klappenaufnahmeraum, der seitlich versetzt zum Saugrohr angeordnet ist, können in einem gemeinsamen Arbeitsprozess hergestellt werden.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Saugrohr mehrteilig aufgebaut und umfasst zumindest zwei aneinander grenzende Saugrohrabschnitte, wobei die Schaltklappe im Übergang der beiden Saugrohrabschnitte angeordnet ist. Die mehrteilige Ausführung des Saugrohrs hat den Vorteil, dass die Schaltklappe bei der Montage in einfacher Weise in das Saugrohr eingebaut werden kann. Vorteilhafterweise übergreift der seitlich angeordnete Klappenaufnahmeraum den Übergang zwischen den beiden Saugrohrabschnitten. Die Wandung des Klappenaufnahmeraums wird hierbei sowohl vom ersten als auch vom zweiten Saugrohrabschnitt gebildet.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Schaltklappe im Saugrohr schwenkbar gelagert. Die Schwenkachse verläuft vorzugsweise winklig zur Strömungslängsachse durch den Saugrohrströmungsraum im Saugrohr, insbesondere orthogonal zur Strömungslängsachse bzw. in Radialrichtung.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung liegt die Schaltklappe in der Schließstellung an der dem Saugrohr abgewandten Innenwand des Klappenaufnahmeraums an. Der Klappenaufnahmeraum wird zum Saugrohr hin von der Wandung des Saugrohrs begrenzt und auf der dem Saugrohr abgewandten, gegenüberliegenden Seite von einer weiteren, außenliegenden Wandung. An der Innenwand dieser Wandung liegt in der Schließstellung die Schaltklappe mit ihrer Stirnkante oder einem sonstigen Abschnitt an, um eine Fehlluftströmung an dieser Stelle zu verhindern.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist die Schaltklappe einen Strömungsführungsabschnitt und einen Strömungsblockierabschnitt auf, die vorteilhafterweise einteilig mit der Schaltklappe ausgebildet sind. Der Strömungsführungsabschnitt bildet in der Öffnungsposition einen Teil der Innenwand des Saugrohrs bzw. ergänzt die Innenwand des Saugrohrs und separiert den Saugrohrströmungsraum von dem Klappenaufnahmeraum. Der Strömungsblockierabschnitt liegt dagegen in der Schließstellung an der Innenwand des Klappenaufnahmeraums an oder reduziert zumindest an dieser Stelle den freien Strömungsquerschnitt innerhalb des Klappenaufnahmeraums.
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Es kann zweckmäßig sein, dass der Strömungsführungsabschnitt und der Strömungsblockierabschnitt hintereinander liegend angeordnet und parallel zueinander versetzt sind, was die Möglichkeit eröffnet, in der Öffnungsposition den Strömungsblockierabschnitt an der radial außen liegenden Seite der Wandung des Saugrohrs anliegen zu lassen, wohingegen der Strömungsführungsabschnitt in der Öffnungsstellung sich glattflächig in die Innenwand des Saugrohrs einfügt bzw. einen Teil der Innenwand bildet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Saugrohranlage für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit jeweils einem Saugrohr pro Zylinder, wobei in jedes Saugrohr eine verstellbare Schaltklappe integriert ist,
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2 einen Schnitt durch ein Saugrohr mit der Schaltklappe in Öffnungsposition,
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3 einen Schnitt durch das Saugrohr mit der Schaltklappe in Schließposition.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine Saugrohranlage 1 für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt, über die den Zylindern der Brennkraftmaschine Verbrennungsluft zuführbar ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Saugrohranlage 1 vier parallel angeordnete Saugrohre 2, die jeweils einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. In jedes Saugrohr 2 ist eine verstellbare Schaltklappe 3 integriert, die zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbar ist. Die Verstellung der Schaltklappen 3 in den Saugrohren 2 erfolgt mithilfe einer gemeinsamen Verstelleinrichtung 4, so dass sämtliche Schaltklappen 3 simultan die gleiche Stellbewegung ausführen.
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In der Öffnungsstellung ist der freie Strömungsquerschnitt in jedem Saugrohr 2 von der Schaltklappe 3 unbeeinflusst, so dass der Strömungsquerschnitt im Saugrohr sein Maximum einnimmt. In der Schließstellung ragt dagegen die Schaltklappe 3 in den freien Strömungsquerschnitt des Saugrohres 2 ein und reduziert hierdurch den verbleibenden, freien Strömungsquerschnitt auf ein Minimum. In der Schließstellung erfährt die Verbrennungsluft, die durch die Saugrohre 2 geführt wird, eine Strömungsbeschleunigung und einen Drall, unter dem die Verbrennungsluft in die Zylinder der Brennkraftmaschine geleitet wird.
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Die 2 und 3 zeigen jeweils einen Schnitt durch ein Saugrohr 2 mit integrierter Schaltklappe 3, wobei 2 die Schaltklappe in der Öffnungsposition mit maximalem freiem Strömungsquerschnitt im Saugrohr 2 und 3 die Schaltklappe in Schließposition mit minimiertem freiem Strömungsquerschnitt im Saugrohr 2 darstellt. Die Verbrennungsluft wird in Strömungsrichtung 5 entlang der Strömungslängsachse durch das Saugrohr 2 geleitet.
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Seitlich an das Saugrohr 2 – mit radialem Abstand zum Saugrohrströmungsraum 7 – befindet sich ein Klappenaufnahmeraum 6, der einteilig mit dem Saugrohr 2 ausgebildet ist. Der Klappenaufnahmeraum 6 dient zur Aufnahme eines Strömungsblockierabschnitts 9 in der Öffnungsstellung der Schaltklappe 3; der Strömungsblockierabschnitt 9 schließt sich an einen Strömungsführungsabschnitt 8 an und ist gemeinsam mit dem Strömungsführungsabschnitt 8 Teil der Schaltklappe 3.
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In der Öffnungsposition gemäß 2 bildet der Strömungsführungsabschnitt 8 einen Teil der Innenwand des Saugrohrs 2, der Strömungsblockierabschnitt 9 ragt in den Klappenaufnahmeraum 6 ein und liegt an der radial außen liegenden Seite der Wandung des Saugrohres 2. Der Strömungsführungsabschnitt 8 schließt eine Lücke in der Wandung des Saugrohrs 2.
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In der Schließstellung gemäß 3 ist die Schaltklappe 3 gegenüber der Öffnungsposition um eine Achse 10 verschwenkt, so dass der Strömungsführungsabschnitt 8 winklig zur Strömungsrichtung 5 liegt und in den freien Strömungsquerschnitt im Saugrohrströmungsraum 7 einragt. Der verbleibende freie Strömungsquerschnitt ist hierdurch reduziert, so dass die Verbrennungsluft eine Strömungsbeschleunigung und einen Drall erfährt.
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Zugleich ist in der Schließstellung der Schaltklappe 3 der Strömungsblockierabschnitt 9 vollständig oder zumindest weitgehend aus dem Klappenaufnahmeraum 6 herausgeschwenkt. Die Stirnkante 9a des Strömungsblockierabschnittes 9 liegt in der Schließstellung an der dem Saugrohr 2 abgewandten Innenwand des Klappenaufnahmeraums 6 an und verhindert hierdurch eine Umströmung der Schaltklappe 3 über den Klappenaufnahmeraum 6. Hierdurch ist gewährleistet, dass wie gewünscht die Verbrennungsluft ausschließlich entlang des Strömungsführungsabschnittes 8 über die vordere, freie Stirnkante des Strömungsführungsabschnittes 8 strömt.
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Die Schwenkachse 10 der Schaltklappe 3 verläuft winklig zur Strömungslängsachse im Saugrohr 2, insbesondere radial zur Strömungslängsachse. Dies erlaubt das Hineinschwenken des Strömungsblockierabschnittes 9 der Schaltklappe 3 in den Klappenaufnahmeraum 6 zum Erreichen der Öffnungsstellung gemäß 2
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Das Saugrohr 2 ist vorzugsweise als Kunststoff-Spritzgussbauteil hergestellt, wobei auch die außen liegende, den Klappenaufnahmeraum 6 begrenzende Wandung einteilig mit dem Saugrohr 2 ausgebildet ist.
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Das Saugrohr 2 ist vorteilhafterweise zweiteilig ausgeführt und umfasst einen ersten Saugrohrabschnitt 2a und einen zweiten Saugrohrabschnitt 2b, die aneinander angrenzen und gemeinsam das Saugrohr 2 bilden. Der Klappenaufnahmeraum 6 erstreckt sich über den Übergang zwischen den Saugrohrabschnitten 2a, 2b. Auch die Schaltklappe 3 befindet sich im Übergangsbereich zwischen den Saugrohrabschnitten 2a, 2b, wobei die zweiteilige Ausführung des Saugrohres 2 das Einsetzen der Schaltklappe 3 während der Montage erleichtert. Die beiden Saugrohrabschnitte 2a, 2b können über Verbindungselemente 11, beispielsweise Schrauben, miteinander verbunden werden oder mit einem geeigneten Schweißverfahren miteinander verschweißt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112013002884 T5 [0002]
