DE19504256C2

DE19504256C2 - Schaltsaugrohr für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19504256C2
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: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2015-02-10
Also published as: DE19504256A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltsaugrohr für Ver brennungsmotoren, mit einem in einem Luftverteilungsraum mün denden Ansaugstutzen, der zur Regelung der Luftzufuhr je nach Betriebszustand des Motors durch eine Absperrklappe verschließbar ist, die drehfest auf einer drehbar gelagerten Welle angeordnet ist, wobei das Schaltsaugrohr und/oder die Absperrklappe aus Kunststoff besteht.

Die zum Betrieb von Verbrennungsmotoren erforderliche Luftzu führung erfolgt nach dem Stand der Technik über Saugrohrsys teme, die die gereinigte Luft vom Luftfilter bzw. der Dros selklappe über Saugrohrkanäle den Zylinderköpfen zuführen. Durch die in den Zylinderköpfen arbeitenden Einlassventile kommt es dabei in den Saugrohrkanälen bzw. der darin strömen den Luft zu Resonanz- und Schwingungserscheinungen, die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl erheblichen Einfluss auf die Motorleistung, den Wirkungsgrad des Motors sowie die Ab gaszusammensetzung haben können.

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

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 da zwischen 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 werden bei bestimmten Betriebszuständen einzelne Zuführkanäle zu be stimmten Einlassventilen mit Hilfe von Absperrorganen ver schlossen.

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 Innenwand des Saugrohrkanales einzuhalten. Auch sollte die Welle, auf der die Absperrklappe drehfest angeordnet ist, einen mög lichst 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 an dere Metalle zu verwenden, während aus Gewichts- und Kosten gründen für das Ansaugsystem bzw. die Klappe ein Einsatz von Kunststoff anzustreben ist.

Dabei ergibt sich jedoch das Problem der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie Fertigungs- und Einbautoleranzen 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 angeordneten Ansaugkanäle beträchtliche Wärmeausdehnungen ergeben können, die zu einem Verklemmen der Absperrklappen und somit zu einer Beeinträchtigung der Absperrfunktion der Absperrklappe führen können.

Beim Stand der Technik werden die Absperrklappen zur Er reichung des drehfesten Sitzes mit Hilfe von aufwendigen Be festigungselementen auf der Welle fixiert. Um ein Verklemmen der Absperrorgane zu verhindern, wird auf den Einsatz von Kunststoffen für derartige Schaltsaugrohrsysteme weitgehend verzichtet und für die Welle bzw. die Saugrohrkanäle Materia lien eingesetzt, die etwa gleiche Wärmeausdehnung 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.

Ein Schaltsaugrohr mit einem relativ kompliziert aufgebauten Klappenmechanismus ist aus der US 5,211,139 bekannt. Die EP 0 537 120 A1 offenbart ebenfalls komplizierte Verschlusseinrich tungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltsaugrohr für Verbrennungsmotoren zu schaffen, das bei verbesserter Funktionalität preiswerter und einfacher zu montieren ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Absperrklappe in Längsrichtung der Welle begrenzt verschiebbar 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 Wel le zumindest im Klappenbereich einseitig abgeflacht sein. Die ebenfalls aus Kunststoff bestehende Absperrklappe weist im Bereich des Wellensitzes z. B. eine oder mehrere ebene Flä chen auf, die gegen die Abflachung der Welle anliegen. Die drehfeste Befestigung der Absperrklappe auf der Welle könnte nun beispielsweise mit Hilfe von Langlöchern erfolgen, bei einer vorteilhaften Ausbildung wird die Absperrklappe jedoch einfach auf die Welle aufgeklipst, wobei die Absperrklappe Rastelemente aufweist, die den Wellenkörper bereichsweise um fassen und die Klappe fest mit ihrer ebenen Fläche gegen die Abflachung der Welle andrücken. Auf diese Weise ist der dreh feste Sitz der Absperrklappen auf der Welle bei gleichzeiti ger axialer Verschiebbarkeit gewährleistet.

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 An saugstutzen 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 Positi on.

Der Saugrohrkanal 5 und die Absperrklappe 6 bestehen aus Po lyamid, 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 ei ner Absperrklappe 6 verschließbar sind. Die Klappen 6 sitzen gemeinsam drehfest auf der angetriebenen Welle 7. Die ersten Ansaugstutzen 3 und die zweiten Ansaugstutzen 4 münden wie derum im auch als Sammler bezeichneten Luftverteilungsraum 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 Abflachung 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

Einlassstutzen

2

Luftverteilungsraum

3

erster Ansaugstutzen

4

zweiter Ansaugstutzen

5

Saugrohrkanal

6

Absperrklappe

7

Welle

8

Rastelement

9

ebene Fläche

10

Abflachung

11

Gleitlager

Claims

1. Schaltsaugrohr für Verbrennungsmotoren mit einem in ei nen Luftverteilungsraum mündenden Ansaugstutzen, der zur Regelung der Luftzufuhr je nach Betriebszustand des Motors durch Absperrklappen verschließbar ist, die drehfest auf einer drehbar gelagerten Welle angeordnet sind, wobei das Schaltsaugrohr (5) und/oder die Ab sperrklappen (6) aus Kunststoff bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle aus Metall be steht und dass die Absperrklappen in Längsrichtung der Welle begrenzt verschiebbar sind.

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, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff und die Welle (7) in Wellenlängsrichtung unterschiedliche Wärme ausdehnungen 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, ins besondere aus Stahl besteht.

5. Schaltsaugrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, dass zur dreh festen 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 nach Anspruch 1 oder ei nem 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 Kunst stoffgleitlager (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) vor gesehen sind.

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