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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbrennungsmotoraggregat mit einem wenigstens eine Brennkammer enthaltenden Motorblock und einem Frischgasversorgungssystem zur Versorgung der Brennkammer.
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Ein solches Frischgasversorgungssystem umfasst herkömmlicherweise einen oder mehrere Hohlkörper wie etwa ein Reinluftrohr oder einen Ansaugkrümmer oder eine Ansaugbrücke, über die Frischluft, je nach Bauart des Motors eventuell auch mit Kraftstoff versetzt, der Brennkammer zugeführt bzw. auf die meist mehreren Brennkammern des Motorblocks verteilt wird. Diese Hohlkörper sind einer beträchtlichen mechanischen und thermischen Belastung ausgesetzt, da der Motorblock üblicherweise relativ zur Fahrzeugkarosserie schwingfähig aufgehängt ist und ein Auslassende der Hohlkörper fest und dauerhaft dicht am Motorblock verankert sein muss und dadurch den Schwingungen und hohen Betriebstemperaturen des Motorblocks ausgesetzt ist, wohingegen ein Einlassende mit karosseriefesten Teilen des Frischgasversorgungssystems wie etwa einem Luftfilter verbunden ist. Um trotz der thermischen Spannungen und Rüttelbewegungen, denen ein solcher luftführender Hohlkörper während des Betriebs ausgesetzt ist, eine dauerhafte Dichtigkeit der Verbindung zum Motorblock zu gewährleisten, muss der Ansaugkrümmer am Motorblock starr verankert sein, was herkömmlicherweise mit Hilfe einer Vielzahl von Schraubverbindungen erreicht wird. Das Setzen einer Schraubverbindung ist zeitaufwendig, da eine Schraube oder Mutter gegriffen, platziert und anschließend gedreht werden muss. Bei der Konstruktion des Frischgasversorgungssystems muss berücksichtigt werden, dass die Schraubverbindungen für ein Schraubwerkzeug erreichbar sein müssen; dies führt dazu, dass hinsichtlich des Verlaufs der Frischgasleitungen und/oder der Platzierung der Schraubverbindungen Kompromisse eingegangen werden müssen.
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Der Montagevorgang kann durch gleichzeitiges Setzen mehrerer Schraubverbindungen nur eingeschränkt beschleunigt werden, da, wenn mehrere voneinander unabhängige Schraubwerkzeuge gleichzeitig eingesetzt werden sollen, diese nicht miteinander interferieren dürfen, und bei Verwendung eines Werkzeugs mit mehreren Schraubachsen diese jeweils modellspezifisch positioniert sein müssen.
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Zum Verbinden von ein Fluid leitenden Schläuchen untereinander oder mit einem Anschlussstutzen eines Geräts sind sogenannte VDA-Verbinder bekannt. Diese umfassen jeweils einen Anschlussstutzen, durch den sich ein erster Fluiddurchgang erstreckt und an dessen Außenumfang eine umlaufende Nut gebildet ist, sowie einen Überwurf, der in Längsrichtung des Fluiddurchgangs über den Anschlussstutzen gestülpt werden kann, sodass ein am Überwurf radial beweglicher Bügel in die Nut des Anschlussstutzens einrastet und so beide formschlüssig miteinander verbindet, sowie eine zwischen dem Anschlussstutzen und dem darauf verrasteten Überwurf elastisch komprimierte Dichtung. Die VDA-Verbinder sind empfindlich gegen zu der Längsrichtung senkrechtes Drehmoment; sie werden daher im Allgemeinen nur für Schläuche von geringem Durchmesser eingesetzt, die nur geringe Drehmomente auf ihre Kupplungen übertragen können.
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Es besteht Bedarf für ein Verbrennungsmotoraggregat, bei dem ein Zusammenbau eines Motorblocks mit einem Hohlkörper eines Frischgasversorgungssystems mit minimalem Zeitaufwand möglich ist und die Form des Hohlkörpers weniger Einfluss auf die Möglichkeiten der Platzierung von Verbindungen zwischen Hohlkörper und Motorblock hat.
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Dieser Bedarf wird erfindungsgemäß befriedigt, indem bei einem Verbrennungsmotoraggregat mit einem wenigstens eine Brennkammer enthaltenden Motorblock und einem Frischgasversorgungssystem zur Versorgung der Brennkammer, das wenigstens einen an dem Motorblock befestigten Hohlkörper umfasst, der Hohlkörper an wenigstens einem von dem Motorblock abstehenden Vorsprung mit Hilfe eines in Richtung einer Achse über den Vorsprung gestülpten Überwurfs formschlüssig verankert ist, indem ein radial zur Achse beweglicher Bügel des Überwurfs in einer um die Achse umlaufende Nut des Vorsprungs eingreift und wobei eine Wand des Hohlkörpers dessen Innenraum von einem den Vorsprung aufnehmenden Innenraum des Überwurfs trennt. Die Verbindung von Vorsprung und Überwurf des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotoraggregats hat zwar strukturelle Gemeinsamkeiten mit einer VDA-Verbindung, unterscheidet sich von dieser jedoch durch die Wand, die einen Übergang von Fluid zwischen dem Innenraum des Hohlkörpers und dem des Überwurfs verhindert und es dadurch erlaubt, ohne Rücksicht auf die Lage von eventuellen Einlass- und/oder Auslassanschlüssen des Hohlkörpers diesen mit dem Motorblock an unter mechanischen Gesichtspunkten zweckmäßigen Stellen zu verankern.
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Um mit einem einzigen Vorsprung und einem darüber gestülpten Überwurf eine kippsicher belastbare Verbindung zu schaffen, sollte der Bügel zwei in einander gegenüberliegende Bereiche der Nut eingreifende Schenkel umfassen.
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Um ein Lösen der Verbindung zu ermöglichen, kann der Bügel am Überwurf in Längsrichtung der Schenkel zwischen einer Stellung, in der die Schenkel in die Nut eingreifen, und einer aus der Nut ausgerückten Stellung bewegbar sein.
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Um ein Ausrücken der Schenkel aus der Nut anzutreiben, können die Schenkel jeweils einen sich axial erstreckenden Abschnitt umfassen, der in der ausgerückten Stellung an einer Außenfläche des Überwurfs anliegt.
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Um den Hohlkörper und den Motorblock kippsicher zu verbinden, ist es ferner zweckmäßig, wenn der Motorblock mehrere Vorsprünge, insbesondere Vorsprünge mit zueinander parallelen Achsen, aufweist, an denen der Hohlkörper durch jeweils einen Überwurf verankert ist.
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Einer ersten Ausgestaltung der Erfindung zufolge ist der Überwurf als ein von dem Hohlkörper getrenntes Bauteil ausgebildet. Eine solche Lösung ist kostengünstig, da die Gestalt des Hohlkörpers einfach gehalten werden kann und identische Überwürfe für mehrere Vorsprünge verwendet werden können.
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Insbesondere kann ein von dem Hohlkörper abstehender Arm auf den Vorsprung aufgesteckt und dort zwischen dem Motorblock und dem Überwurf gehalten sein; dies erlaubt es, die Vorsprünge am Motorblock so zu platzieren, dass ihre Zugänglichkeit nicht durch den Hohlkörper eingeschränkt wird.
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Einer zweiten Ausgestaltung zufolge ist der Überwurf mit der Wand des Hohlkörpers in einer Baugruppe verbunden, sodass die Baugruppe als Ganzes auf den Motorblock aufgesetzt und dabei der Überwurf am Vorsprung zur Verrastung gebracht werden kann. So kann der Zeitaufwand für die Montage des Hohlkörpers minimiert werden. Zweckmäßigerweise kann ein solcher Überwurf einteilig mit dem Hohlkörper geformt sein.
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Der Überwurf kann auch hier an einem von dem Hohlkörper abstehenden Arm angeordnet sein.
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Einer zweckmäßigen Weiterbildung zufolge erstreckt sich die Wand des Hohlkörpers rings um den Überwurf herum radial nach außen, sodass, wenn der Hohlkörper am Motorblock montiert ist, der Überwurf zwischen beiden verborgen ist. Da der Überwurf im Gegensatz zu einer Schraubverbindung nicht für ein in Axialrichtung zugeführtes Werkzeug zugänglich sein muss, sind die Möglichkeiten zu dessen Platzierung wesentlich weniger durch die Gestalt des Hohlkörpers eingeschränkt. Insbesondere kann ein solcher Überwurf nach dem Aufstecken des Hohlkörpers auf den Motorblock zwischen beiden verborgen sein.
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Aufgrund des Wegfalls der Notwendigkeit, ein Werkzeug axial zuführen zu können, kann ferner die Achse, entlang der der Überwurf auf den Vorsprung aufgesteckt wird, den Innenraum des Hohlkörpers kreuzen.
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Bei dem Hohlkörper kann es sich insbesondere um einen Ansaugkrümmer oder ein dem Ansaugkrümmer vorgelagertes Reinluftrohr handeln. Auch ein Helmholtzresonator, der zur Geräuschunterdrückung in einem Frischgasversorgungssystem vorgesehen sein kann, oder ein Ladeluftkühler kann in der oben beschriebenen Weise an einem Motorblock montiert sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Verbrennungsmotoraggregat gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
- 2 einen Schnitt entlang der Ebene II-II der 1;
- 3 einen Schnitt entlang der Ebene III-III der 2;
- 4 einen zur 2 analogen Schnitt gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung;
- 5 einen Schnitt entlang der Ebene V-V der 4;
- 6 eine Draufsicht auf ein Motoraggregat gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung; und
- 7 einen Schnitt entlang der Ebene VII-VII aus 6.
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1 zeigt in einer stark schematisierten Draufsicht ein Verbrennungsmotoraggregat gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Ein Motorblock 1 enthält eine Mehrzahl von Brennkammern 2 oder Zylindern, in denen in bekannter Weise jeweils ein Kolben in einer zur Ebene der Figur senkrechten Richtung beweglich ist. Der Motorblock 1 ist gegenüber einer Karosserie des Fahrzeugs federnd gelagert, um mit der Bewegung der Kolben verbundene Schwingungen des Motorblocks 1 in möglichst geringem Umfang auf die Karosserie zu übertragen.
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Ein Ansaugluftfilter 3 ist an der Karosserie unbeweglich montiert. Gefilterte Luft gelangt vom Luftfilter 3 über einen Wellschlauch 4, ein Reinluftrohr 5 und einen Ansaugkrümmer 6 in die Brennkammern 2. Im hier gezeigten Fall ist auf dem Weg der Ansaugluft ferner ein Turbolader 7 angeordnet. Ferner kann ein Abgasrückführanschluss 8 vorgesehen sein.
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An einer Abzweigung des Reinluftrohrs 5 ist ein Helmholtzresonator 9 angeschlossen. Der Helmholtzresonator 9 kann wie in der Fig. gezeigt einen Großteil des Motorblocks 2 überdecken. Einer nicht gezeichneten Ausgestaltung zufolge kann anstelle des Helmholtzresonators 9 oder zusammen mit diesem ein Ladeluftkühler, der die beim Durchgang durch den Turbolader 7 erwärmte Luft vor Erreichen der Brennkammer 2 abkühlt, auf dem Motorblock 1 montiert sein.
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Das Reinluftrohr 5 und alle weiteren auf dem Weg der Frischluft zu den Brennkammern 2 stromabwärts vom Reinluftrohr 5 liegenden Elemente des Frischgasversorgungssystems sind starr am Motorblock 1 befestigt und schwingen mit diesem. Um Bewegungen des Reinluftrohrs 5 zusammen mit dem Motorblock 1 relativ zur Karosserie zu ermöglichen, ist zwischen dem Luftfilter 3 und dem Reinluftrohr 5 der leicht verformbare Wellschlauch 4 vorgesehen.
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Das Reinluftrohr 5 und der Helmholtzresonator 9 (oder ggf. der Ladeluftkühler) sind am Motorblock 1 jeweils über eine Mehrzahl von Armen 10 befestigt, die vom Reinluftrohr 5 bzw. vom Helmholtzresonator 9 seitlich abstehen und an der Oberseite des Motorblocks 1 befestigt sind. Einer dieser Arme 10 ist stellvertretend für alle anderen in 2 in einem Schnitt entlang der Ebene II-II aus 1 gezeigt. Da dieser Arm 10 zum Helmholtzresonator 9 gehört, andere Arme 10 jedoch zum Reinluftrohr 5, gilt das im Folgenden zum Helmholtzresonator 9 Gesagte entsprechend auch für das Reinluftrohr 5 oder eventuell andere Hohlkörper des Frischgasversorgungssystems.
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Man erkennt in 2 ein kleines Stück einer Bodenplatte 11 des Helmholtzresonators 9, das zur Überbrückung von Unebenheiten an der Oberseite des Motorblocks 1 sowie aus Gründen der thermischen Isolation vom Motorblock 1 beabstandet gehalten ist, ein Stück einer Seitenwand 12 sowie den sich von der Seitenwand 12 aus schräg zum Motorblock 1 erstreckenden Arm 10. Ein Innenraum 31 des Helmholtzresonators 9 ist von den Wänden 11, 12 und einem nicht dargestellten Deckel dicht umschlossen und kommuniziert lediglich mit dem Reinluftrohr 5.
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Ein auf dem Motorblock 1 aufliegender Fuß 13 des Arms 10 hat eine Bohrung, durch die sich ein Rastvorsprung 14 des Motorblocks 1 erstreckt. Der Rastvorsprung 14 ist ein im Wesentlichen zylindrischer Bolzen mit einer auf der Oberseite des Motorblocks 1 senkrechten Längsachse 15. Der Rastvorsprung 14 kann in den Motorblock 1 eingeschraubt sein.
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Ein über die Bohrung des Fußes 13 überstehender Teil des Rastvorsprungs 14 umfasst eine umlaufende Nut 16 und oberhalb von dieser einen nach oben verjüngten Abschnitt 17.
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Ein Überwurf 18 ist vorgesehen, um den Arm 10 formschlüssig an dem Rastvorsprung 14 zu verankern. Der Überwurf ist rohrförmig oder, wie in der 2 gezeigt, becherförmig, mit einem Innenraum 19, der bemessen ist, um den über den Fuß 13 überstehenden Teil des Rastvorsprungs 14 mit geringer Toleranz aufzunehmen. In eine sich rohrförmig um den Innenraum 19 erstreckende Wand 20 des Überwurfs 18 sind aus zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen senkrecht zur Ebene der Figur langgestreckte Schlitze 21 geschnitten. In diesen Schlitzen 21 erstrecken sich senkrecht zur Ebene der Figur Schenkel 22 eines im Wesentlichen U-förmigen, elastischen Bügels 23 (s. 3). Durch die Elastizität des Bügels 23 sind die Schenkel 22 aufeinander zu beaufschlagt und greifen durch die Schlitze 21 in den Innenraum 19 ein. Wenn der Überwurf 18 in Richtung der Längsachse 15 über den Rastvorsprung 14 gestülpt wird, gelangen die Schenkel 22 in Kontakt mit dessen verjüngtem Abschnitt 17 und werden von diesem elastisch auseinandergespreizt, bis sie die Nut 16 erreichen und durch Einrasten in die Nut 16 den Überwurf 18 und mit ihm auch den Arm 10 formschlüssig am Motorblock 1 fixieren.
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Um trotz eventueller Fertigungstoleranzen des Rastvorsprungs 14 und des Überwurfs 18 eine zuverlässige Verrastung zu erzielen, sollte eine an den verjüngten Abschnitt 17 angrenzende Seitenwand 24 der Nut 16 vorzugsweise kegelförmig sein.
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Des Weiteren kann ein elastisches Element vorgesehen sein, um, wenn der Überwurf 18 auf den Vorsprung 14 aufgerastet ist, die Schenkel 22 an die Seitenwand 24 angedrückt zu halten. Ein solches Federelement kann durch einen elastischen Ring 25 gebildet sein, der zum Beispiel an einem unteren Rand der ringförmigen Wand 20 angeordnet sein kann, um zwischen dieser und dem Fuß 13 geklemmt zu werden, oder der, wie in 2 gezeigt, zwischen einer den Innenraum 19 nach oben begrenzenden Wand 26 des Überwurfs 18 und einer Oberseite des Rastvorsprungs 14 geklemmt wird.
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3 zeigt einen Schnitt entlang der Ebene III-III durch den Überwurf 18. Zu erkennen ist die ringförmige Wand 20 mit den sich gegenüberliegenden Schlitzen 21 und den sich in den Schlitzen 21 erstreckenden Schenkeln 22 des Bügels 23. An den freien Enden der Schenkel 22 sind jeweils kurze Abschnitte 27 in Richtung der Längsachse 15 abgewinkelt, sodass sie in der in der Figur gezeigten Stellung des Bügels 23 am Außenumfang der Wand 20 anliegen. Vorzugsweise sind die beiden Abschnitte 27 aus der Schnittebene in entgegengesetzte Richtungen abgewinkelt, damit beim Aufschieben eines Bügels 23 auf den Überwurf 18 nicht auf die Orientierung des Bügels 23 geachtet zu werden braucht.
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Wenn der Bügel 23 an seinem die Schenkel 22 verbindenden Mittelabschnitt 28 von der Längsachse 15 fortgezogen wird, gleiten die Abschnitte 27 an dem Außenumfang der Wand 20 entlang und spreizen dabei die Schenkel 22 elastisch auseinander. Wenn die Schenkel 22 weit genug auseinandergespreizt sind, um nicht mehr mit dem Innenraum 19 zu überlappen, ist der Überwurf 18 frei und kann vom Rastvorsprung 14 abgehoben werden.
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Der Überwurf kann mit über die Umfangsfläche radial überstehenden Anschlägen 29 versehen sein, an denen die Abschnitte 27 hängenbleiben, wenn der Bügel 23 soweit verschoben ist, dass die Schenkel 22 nicht mehr mit dem Innenraum 19 überlappen. So kann verhindert werden, dass der Bügel 23 versehentlich vollständig vom Überwurf 18 getrennt wird und beide wieder zusammengefügt werden müssen, um den Überwurf 18 erneut montieren zu können.
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4 zeigt einen zur 2 analogen Schnitt gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung. Diese Ausgestaltung unterscheidet sich von der in 2 gezeigten im Wesentlichen dadurch, dass der Arm 10 und der Überwurf 18 fest miteinander verbunden und vorzugsweise einteilig geformt sind. Während bei der Ausgestaltung der 2 der Helmholtzresonator 9 zunächst lose auf die ihn haltenden Rastvorsprünge 14 aufgesetzt und anschließend durch Aufrasten der Überwürfe 18 auf diese Rastvorsprünge 14 verankert wird, geschieht bei der Ausgestaltung der 4 das Aufrasten gleichzeitig mit dem Aufsetzen des Helmholtzresonators 9 auf die Rastvorsprünge 14. Da das Aufsetzen der Überwürfe 18 als eigener Arbeitsschritt entfällt, ermöglicht diese Ausgestaltung eine noch schnellere Montage des Helmholtzresonators 9.
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Um den Helmholtzresonator 9 wieder entfernen zu können, sollte es möglich sein, an allen Überwürfen 18 gleichzeitig die Schenkel 22 aus dem Innenraum 19 herauszuspreizen. Dies kann geschehen, indem bei der Ausgestaltung der 4 keine Anschläge 29 vorgesehen sind und die Bügel 23 somit vollständig von den Überwürfen 18 entfernt werden können; alternativ können, wie in 5 gezeigt, an der Umfangsfläche der Wand 20 Aussparungen 30 gebildet sein, in die die abgewinkelten Abschnitte 27 des Bügels 23 einrasten können, sodass die Bügel 23 in einer nicht in den Innenraum 19 eingreifenden Stellung stabil gehalten sind.
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Während bei der Ausgestaltung der 2 die Rastvorsprünge 14 aus Richtung ihrer Achse 15 zugänglich sein müssen, um die Überwürfe 18 aufzustecken, ist dies bei der Ausgestaltung der 4 nicht mehr der Fall. Die Überwürfe 18 dürfen hier nach dem Zusammenbau des Motoraggregats verdeckt sein; es genügt, wenn die Mittelabschnitte 28 der Bügel 23 zugänglich bleiben, um die Verrastung wieder lösen zu können.
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Diese Tatsache kann genutzt werden, um die Abmessungen eines auf dem Motorblock 1 zu montierenden Hohlkörpers wie etwa des Reinluftrohrs 5 oder, wie in 6 gezeigt, des Helmholtzresonators 9 zu vergrößern. Die Überwürfe 18 sind hier, wie insbesondere anhand des Schnitts der 7 zu erkennen, in die Bodenplatte 11 des Helmholtzresonators 9 integriert. Ein Teil der ringförmigen Wand 20 steht von der Bodenplatte 11 nach unten zum Motorblock 1 hin ab. Ein anderer Teil kann zusammen mit der Wand 26 eine in den Innenraum 31 des Helmholtzresonators 9 vorspringende Einbuchtung bilden. Wie in den Ausgestaltungen der 2 und 4, kommunizieren die Innenräume 31, 19 des Helmholtzresonators 9 und der Überwürfe 18 nicht, sondern sind hier insbesondere durch die Wand 26 hermetisch voneinander getrennt.
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Die Überwürfe 18 sind jeweils unweit der Seitenwand 12 angeordnet, sodass der Mittelabschnitt 28 des Bügels 23 über die Seitenwand 12 übersteht. So kann die Verrastung bequem gelöst werden, indem zum Beispiel ein Werkzeug 32 zwischen die Seitenwand 12 und den Mittelabschnitt 28 eingeführt und zur Seite gedrückt oder geschwenkt wird, um den Mittelabschnitt 28 von der Längsachse 15 wegzuziehen.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motorblock
- 2
- Brennkammer
- 3
- Luftfilter
- 4
- Wellschlauch
- 5
- Reinluftrohr
- 6
- Ansaugkrümmer
- 7
- Turbolader
- 8
- Abgasrückführanschluss
- 9
- Helmholtzresonator
- 10
- Arm
- 11
- Bodenplatte
- 12
- Seitenwand
- 13
- Fuß
- 14
- Rastvorsprung
- 15
- Längsachse
- 16
- Nut
- 17
- verjüngter Abschnitt
- 18
- Überwurf
- 19
- Innenraum
- 20
- Wand
- 21
- Schlitz
- 22
- Schenkel
- 23
- Bügel
- 24
- Seitenwand
- 25
- Ring
- 26
- Wand
- 27
- Abschnitt
- 28
- Mittelabschnitt
- 29
- Anschlag
- 30
- Aussparung
- 31
- Innenraum
- 32
- Werkzeug
