DE19504256A1

DE19504256A1 - Schaltsaugrohr für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19504256A1
Application number: DE19504256A
Authority: DE
Inventors: Joachim Eitel
Original assignee: Montaplast GmbH
Current assignee: Montaplast GmbH
Priority date: 1995-02-09
Filing date: 1995-02-09
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2015-02-10
Also published as: DE19504256C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltsaugrohr für Ver brennungsmotoren, in dem ein Absperrelement zur Steuerung der Luftzufuhr vorgesehen ist, das aus einer drehfest auf einer drehbar gelagerten, antreibbaren Welle angeordneten Absperrklappe besteht, die zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung verdrehbar ist.

Die zum Betrieb von Verbrennungsmotoren erforderliche Luftzuführung erfolgt nach dem Stand der Technik über Saugrohrsysteme, die die gereinigte Luft vom Luftfilter bzw. der Drosselklappe über Saugrohrkanäle den Zylinderköpfen zuführen. Durch die in den Zylinderköpfen arbeitenden Ein laßventile kommt es dabei in den Saugrohrkanälen bzw. der darin strömenden Luft zu Resonanz- und Schwingungserschei nungen, die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl erhebli chen Einfluß auf die Motorleistung, den Wirkungsgrad des Motors sowie die Abgaszusammensetzung haben können.

Eine Optimierung bzgl. der Saugrohrkanäle ist dabei derart anzustreben, daß die Kanäle bei unterschiedlichen Betriebs zuständen des Motors unterschiedlich dimensioniert sein sollten.

Aus diesem Grunde werden für moderne, leistungsfähige Motore sogenannte Schaltsaugrohrsysteme verwendet, bei denen z. B. die Verbrennungsluft zunächst einem abgeschlossenen Luftver teilungsraum zugeführt wird, in dem an unterschiedlichen Stellen Ansaugstutzen des Saugrohrkanales münden.

Beispielsweise kann das Saugrohrsystem etwa schneckenförmig ausgebildet sein, wobei eine Öffnung des Saugrohrkanales am Ende der Schnecke mündet und eine zweite Ansaugöffnung im dazwischen liegenden Bereich angeordnet ist. Da diese zweite Ansaugöffnung mittels einer Absperrklappe verschließbar ist, kann auf diese Weise in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors die Länge des Saugrohrkanals durch Verschließen bzw. Öffnen der Klappe variabel eingestellt werden.

Ein zweites Beispiel einer variablen Saugrohrgeometrie ist bei der sogenannten Mehrventiltechnik bekannt. Hierbei wer den bei bestimmten Betriebszuständen einzelne Zuführkanäle zu bestimmten Einlaßventilen mit Hilfe von Absperrorganen verschlossen.

Damit die in der Regel nebeneinander angeordneten Ab sperrklappen bzw. Ansaugstutzen optimal verschlossen werden können, ist man bestrebt, möglichst geringe Toleranzen zwi schen dem äußeren Umfang der Absperrklappen und der Innen wand des Saugrohrkanales einzuhalten. Auch sollte die Welle, auf der die Absperrklappe drehfest angeordnet ist, einen möglichst kleinen Durchmesser haben, damit der freie Strö mungsquerschnitt des Stutzens nicht in zu starkem Maße ver ringert wird. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, eine Welle aus hochfestem Material, beispielsweise Stahl oder andere Metalle zu verwenden, während aus Gewichts- und Kostengründen für das Ansaugsystem bzw. die Klappe ein Einsatz von Kunststoff anzustreben ist.

Dabei ergibt sich jedoch das Problem der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie Fertigungs- und Ein bautoleranzen zwischen den einzelnen Bauteilen. Da das An saugsystem relativ nah am Verbrennungsraum des Motors an geordnet ist, wird dieses naturgemäß bei laufendem Motor nicht unbeträchtlich erwärmt, so daß sich je nach Länge der verwendeten Wellen bzw. Anzahl der nebeneinander angeordne ten Ansaugkanäle beträchtliche Wärmeausdehnungen ergeben können, die zu einem Verklemmen der Absperrklappen und somit zu einer Beeinträchtigung der Absperrfunktion der Absperr klappe führen können.

Beim Stand der Technik werden die Absperrklappen zur Er reichung des drehfesten Sitzes mit Hilfe von aufwendigen Befestigungselementen auf der Welle fixiert. Um ein Ver klemmen der Absperrorgane zu verhindern, wird auf den Ein satz von Kunststoffen für derartige Schaltsaugrohrsysteme weitgehend verzichtet und für die Welle bzw. die Saugrohrka näle Materialien eingesetzt, die etwa gleiche Wärmeausdeh nung besitzen.

Das geschilderte Problem ist beim Einsatz von Kunststoffen für die Saugrohrkanäle und von Metall für die Welle gra vierend, da umfangreiche Untersuchungen gezeigt haben, daß die Wärmeausdehnung in Längsrichtung der Welle bei Kunst stoffen bis zu zehn mal größer sein kann als die Wärmeaus dehnung der Metallwelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltsaugrohr für Verbrennungsmotore zu schaffen, bei dem trotz unter schiedlicher Wärmebeaufschlagung bzw. unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten, Fertigungs- oder Montagetole ranzen der verwendeten Bauteile ein optimaler Sitz der Ab sperrorgane und eine vereinfachte Montage der Absperrklappen möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Absperrklappe in axialer Wellenrichtung begrenzt verschiebbar bzw. auf die Welle aufklipsbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist nunmehr gewährlei stet, daß sich trotz des wünschenswerten Einsatzes von Kunststoff für die Saugrohrkanäle und Klappen und Metall für die die Absperrklappen tragenden Wellen immer ein optimaler Sitz der Absperrklappen im zu verschließenden Saugrohrkanal ergibt. Bei unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Welle und Saugrohrsystem verschiebt sich die Absperrklappe selbsttätig derart auf der Welle, daß sie bei allen Be triebstemperaturen klemmfrei im Stutzen angeordnet ist und ihre Absperrfunktion optimal erfüllen kann.

Um die Verschiebung der Absperrklappen in axialer Wellen richtung zu ermöglichen, wobei gleichzeitig der drehfeste Sitz der Absperrklappe gewährleistet sein muß, kann die Welle zumindest im Klappenbereich einseitig abgeflacht sein. Die ebenfalls aus Kunststoff bestehende Absperrklappe weist im Bereich des Wellensitzes z. B. eine oder mehrere ebene Flächen auf, die gegen die Abflachung der Welle anliegen. Die drehfeste Befestigung der Absperrklappe auf der Welle könnte nun beispielsweise mit Hilfe von Langlöchern erfol gen, bei einer vorteilhaften Ausbildung wird die Absperr klappe jedoch einfach auf die Welle aufgeklipst, wobei die Absperrklappe Rastelemente aufweist, die den Wellenkörper bereichsweise umfassen und die Klappe fest mit ihrer ebenen Fläche gegen die Abflachung der Welle andrücken. Auf diese Weise ist der drehfeste Sitz der Absperrklappen auf der Welle bei gleichzeitiger axialer Verschiebbarkeit gewähr leistet.

Als Absperrklappe können auch zweiteilige Klappen verwendet werden, die die Welle drehfest umschließen und deren Teile z. B. durch Klipsen oder Verschweißen miteinander verbunden sind.

Zur Lagerung der Welle werden zweckmäßigerweise Gleitlager verwendet, die aus geeigneten verschleißbeständigen Werk stoffen bestehen, die ohne den Einsatz von Schmiermitteln eine hohe Lebensdauer der Schaltsaugrohrsysteme gewährlei sten.

Die Stellung der Absperrklappen hängt, wie bereits ge schildert, u. a. von der Motordrehzahl ab, wobei zum Ver drehen der Welle vorzugsweise ein drehzahlgesteuertes pneu matisches Antriebsorgan vorgesehen ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veran schaulicht und wird im nachfolgenden anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein schneckenförmig ausgebil detes Schaltsaugrohrsystem mit zwei in einem Luft verteilungsraum mündenden Saugrohrstutzen,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Schaltsaugrohrsystem gem. Fig. 1 mit vier Saugrohrkanälen,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Absperr klappe und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Absperrklappe gem. Fig. 3.

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Schaltsaugrohr system wird die Verbrennungsluft über einen Einlaßstutzen 1 einem Luftverteilungsraum 2 zugeführt, in dem ein erster Ansaugstutzen 3 und ein zweiter Ansaugstutzen 4 eines Saug rohrkanales 5 münden.

Über den Saugrohrkanal 5 wird einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor Verbrennungsluft zugeführt.

Im zweiten Ansaugstutzen 4 befindet sich eine Absperrklappe 6, die drehfest auf einer antreibbaren Welle 7 angeordnet ist. Die Absperrklappe 6 befindet sich in geöffneter Posi tion.

Der Saugrohrkanal 5 und die Absperrklappe 6 bestehen aus Polyamid, während die Welle 7 aus Stahl besteht.

Bei dem Schnitt gem. Fig. 2 ist zu erkennen, daß vier im Prinzip identische Saugrohrkanäle 5 nebeneinander vorhanden sind, wobei die zweiten Ansaugstutzen 4 mit Hilfe jeweils einer Absperrklappe 6 verschließbar sind. Die Klappen 6 sitzen gemeinsam drehfest auf der angetriebenen Welle 7. Die ersten Ansaugstutzen 3 und die zweiten Ansaugstutzen 4 mün den wiederum im auch als Sammler bezeichneten Luftvertei lungsraum 2.

Die in Fig. 3 perspektivisch dargestellte Absperrklappe 6 entspricht in ihrer Formgebung in etwa dem inneren Quer schnitt der zweiten Ansaugstutzen 4. Sie weist sechs Rast elemente 8 auf, von denen sich jeweils zwei gegenüberliegen und die im montierten Zustand am äußeren Umfang der Welle 7 federnd anliegen und auf diese Weise die Absperrklappen 6 auf der Welle 7 halten. Die Absperrklappe 6 weist im Bereich des Wellensitzes ebene Flächen 9 auf, die gegen eine Ab flachung 10 der Welle 7 anliegen und auf diese Weise den drehfesten Sitz auf der Welle 7 gewährleisten.

Die Absperrklappe 6 ist in axialer Wellenrichtung nach Über windung der minimalen Reibungskräfte begrenzt verschiebbar.

Die Welle 7 ist, wie insbesondere in Fig. 2 zu erkennen ist, in Gleitlagern 11 gelagert, die keine axialen Kräfte auf nehmen können, so daß sich die Welle 7 bzw. die Saugrohrka näle 5 unabhängig voneinander thermisch ausdehnen können.

Bezugszeichenliste

1 Einlaufstutzen
2 Luftverteilungsraum
3 innerer Ansaugstutzen
4 äußerer Ansaugstutzen
5 Saugrohrkanal
6 Absperrklappe
7 Welle
8 Rastelement
9 ebene Fläche
10 Abflachung
11 Gleitlager

Claims

1. Schaltsaugrohr für Verbrennungsmotoren, in dem ein Absperrelement zur Steuerung der Luftzufuhr vorgesehen ist, das aus einer drehfest auf einer drehbar gelager ten, antreibbaren Welle angeordneten Absperrklappe besteht, die zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung verdrehbar ist, da durch gekennzeichnet, daß die Ab sperrklappe (6) in axialer Wellenrichtung begrenzt verschiebbar ist.

2. Schaltsaugrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsaugrohr (5) und/oder die Absperrklappe (6) aus Kunststoff und die Welle (7) aus Metall besteht.

3. Schaltsaugrohr nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß der Kunststoff und die Welle (7) in Wellenlängsrichtung unterschiedliche Wärmeausdehnungen aufweisen.

4. Schaltsaugrohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugrohrkanal (5) und/oder die Absperrklappe (6) aus Polyamid oder faser verstärktem Polyamid und die Welle (7) aus Metall, insbesondere aus Stahl besteht.

5. Schaltsaugrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß zur drehfesten und längsverschiebbaren Anordnung der Ab sperrklappe (6) auf der Welle (7) die Welle (7) zu mindest im Klappenbereich eine Profilierung aufweist, die mit einer Profilierung des Klappenkörpers kraft und/oder formschlüssig zusammenwirkt.

6. Schaltsaugrohr dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Absperrklappe (6) drehfest auf die Welle (7) aufgeklipst ist.

7. Schaltsaugrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Welle (7) in Gleitlagern (11) gelagert ist.

8. Schaltsaugrohr nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gleitlager als Kunststoffgleitlager (11) ausgebildet sind.

9. Schaltsaugrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß mehrere Saugrohrkanäle (5) mit entsprechenden, auf einer ge meinsamen Welle (7) angeordneten Absperrklappen (6) vorgesehen sind.

10. Schaltsaugrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die Welle (7) drehzahl- und/oder drehmomentabhängig antreibbar ist.