DE19728078C2 - Vorrichtung zum Ansaugen von Luft - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansaugen von Luft, insbesondere für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere bei Dieselmotoren mit sogenannter Direkteinspritzung ist eine gute Steuerung des Strömungsverhaltens erforderlich. Erwünscht ist eine sogenannte Drallströmung, die bei der Einströmung in den Brennraum eine Verwirbelung des Kraftstoffs bewirkt. Bei höheren Drehzahlen genügt die vorhandene Gasdynamik der durch den Ansaugkanal angesaugten Luft in der Regel für eine ausreichende Kraftstoffverwirbelung. Vor allem in niedrigen Drehzahlbereichen ist man jedoch dazu übergegangen, einen zusätzlichen Ansaugkanal über entsprechende Stellklappen zuzuschalten.

Die Stellklappe im zusätzlichen Ansaugkanal ist nach dem allgemein bekannten Stand der Technik in der Regel mit einer die Wand des Ansaugkanals durchsetzenden Drehachse versehen, so daß die Klappe von außerhalb des Luftkanals aus betätigt werden kann. Eine derartige Stellklappenanordnung besteht aus mehreren einzeln zu montierenden Teilen, wobei die die Kanalwandung durchsetzenden Teile zudem luftdicht abgedichtet werden müssen.

Dies erfordert einen gewissen Fertigungsaufwand, wobei zu­ sätzlich zu berücksichtigen ist, daß für jeden Zylinder der entsprechenden Brennkraftmaschine eine derartige Stellvor­ richtung benötigt wird.

Aus der DE-195 04 256 A1 ist eine Vorrichtung zum Ansaugen von Luft in Form eines Schaltsaugrohrsystems bekannt, bei der in jedem Ansaugkanal eine Öffnung vorhanden ist, die mit jeweils einer Absperrklappe verschließbar ist. Die Absperr­ klappen sind nebeneinander auf einer gemeinsamen Welle ange­ ordnet, die drehbar im Gehäuse der Vorrichtung gelagert ist und die Wandung des Gehäuses durchsetzt. Von einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Antriebseinheit wird über einen Hebel die Welle bewegt und die Absperrklappen dadurch betä­ tigt.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung vorzuschla­ gen, mittels der die Herstellung, die Dichtigkeit sowie die Montage verbessert wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der ein­ leitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dementsprechend zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrich­ tung zum Ansaugen von Luft dadurch aus, daß ein den Luftka­ nal und die mechanischen Stellelemente umschließendes Gehäu­ se vorgesehen ist. Die gesamte Vorrichtung ergibt so gewis­ sermaßen eine Kassette, die als ganze Einheit montierbar ist. Die innerhalb des Gehäuses angeordneten mechanischen Stellelemente (Welle, Hebel und Betätigungsstange) sorgen zudem für eine bessere Abdichtung der Vorrichtung. Durch die Abdichtung des Gehäuses sind die Anforderungen an die Ab­ dichtung der Durchführungen der mechanischen Stellelemente, beispielsweise einer Drehachse, durch die Kanalwandung, er­ heblich reduziert, weshalb an dieser Stelle ein geringerer Aufwand möglich ist.

Durch die Integration der Antriebseinheit in das Gehäuse er­ gibt sich eine kompakte Kassette, die neben den Öffnungen zum Zylinderkopf bzw. zur Ansaugeinheit lediglich eine wei­ tere Durchführung für die Steuerung bzw. Betätigung der An­ triebseinheit benötigt. Die Anzahl der Dichtstellen einer solchen Schaltklappenkassette läßt sich somit auf ein Mini­ mum von drei Dichtstellen reduzieren.

Die komplette Mechanik samt Antriebseinheit befindet sich, wie oben angeführt, innerhalb des alles umschließenden Ge­ häuses, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ein fertiges und einfach zu montierendes Gesamtmodul darstellt.

So kann sowohl der Luftkanal als auch der Verschluß mitsamt den mechanischen Stellelementen in vorteilhafter Weise im Spritzgußverfahren gefertigt werden. Auch das äußere Gehäuse kann auf diese Weise günstig gefertigt werden.

Wie bereits erwähnt, werden bei einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine für jeden Zylinder ein solcher Luftkanal mit Verschluß und Stellelementen notwendig. Daher wird bei der Erfindung das Gehäuse so ausgeführt, daß alle Luftkanäle mit Verschluß und Stellelementen in einem gemeinsamen Gehäu­ se untergebracht sind. Die Montage wird hierdurch weiter vereinfacht, da für sämtliche Zylinder lediglich eine Vor­ richtung zwischen Zylinderkopf und Ansaugeinheit montiert werden muß. Die Anzahl der bei der Montage am Motor abzu­ dichtenden Dichtstellen wird hierdurch erheblich reduziert.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Bevorzugt werden die Stellelemente, insbesondere die Klappe und/oder der Hebel an einem Stück im Spritzgußverfahren ge­ fertigt. Dieses Bauteil kann mit moderner Spritzgußtechnik unmittelbar in den Luftkanal eingespritzt werden.

Als Antriebseinheit für die Betätigung der Verschlußeinheit kann beispielsweise ein Dreh- oder Hubmagnet verwendet werden. Denkbar sind jedoch auch andere Antriebsarten, beispielsweise ein pneumatischer Zylinder. Im einen Fall muß für die elektrischen Leitungen, im anderen Fall für die Pneumatikleitung oder einen Stößel eines Pneumatikzylinders eine Durchführung im erfindungsgemäßen Gehäuse vorgesehen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Anführungsform werden eine oder mehrere Antriebseinheiten im Inneren des Gehäuses ebenfalls in Kunststoff eingespritzt. Im Anschluß an die Herstellung der verschiedenen vorgenannten Baukomponenten im Spritzgußverfahren kann vorteilhafterweise das Gehäuse ebenfalls angespritzt werden. Somit steht am Ende dieses fertigungstechnisch vorteilhaften Herstellungsverfahrens das vollständige Modul, das lediglich mit drei Dichtungen versehen werden muß und als Ganzes am Motor motierbar ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine das Gehäuse abdichtende Flächendichtung eingangsseitig und/oder ausgangsseitig in Bezug zur Ansaugluft vorgesehen. Wie bereits angedeutet, ermöglicht eine derartige Dichtung, beispielsweise aus einem Elastomer, bei hervorragender Dichtigkeit eine schnelle und problemlose Montage.

Vorteilhafterweise wird weiterhin wenigstens eine Dichtung am Luftkanal vorgesehen. Diese Dichtung dichtet den in die Vorrichtung eingespritzten Luftkanal an die nach der Montage anschließenden Rohre ab. Somit besteht eine hohe Gewährleistung eines guten luftdichten Abschlusses der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zum einen wird der oder die Luftkanäle unmittelbar abgedichtet, zum anderen wird, wie o. a., das darum herum befindliche Gehäuse zusätzlich abgedichtet, so daß eventuelle Leckagen durch die Durchlässe des Luftkanals zur Durchführung der Drehachse unkritisch sind.

Vorzugsweise wird eine einzige Flächendichtung vorgesehen, die beide Dichtfunktionen erfüllt, die Abdichtung des Gehäuses sowie die Abdichtung der einzelnen Luftkanäle. Hierdurch wird die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung nochmals vereinfacht.

Für eine gute Dauerfunktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung empfiehlt es sich, die bewegten Teile in Bronzelagern zu lagern und diese Lager vorzugsweise bei der Fertigung mit einzuspritzen.

Bei einer pneumatischen Antriebsvorrichtung kann auch lediglich ein Stößel durch die Gehäusewandung hindurchgeführt und abgedichtet werden.

Für eine gute verzugs- und verwindungssteife Dauerfunktion wird die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt versteift. Die hierfür vorzusehenden Versteifungsstreben, die während der Fertigung ebenfalls angespritzt werden, sorgen für eine hohe Stabilität gegenüber Verwindungen und Verformungen, die insbesondere durch die Vibration eines Dieselmotores verursacht werden können.

Ausführungsbeispiel der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figur nachfolgend näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt

einen Schnitt durch eine teilweise dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung.

Die Vorrichtung 1 gemäß der Figur umfaßt ein Gehäuse 2, das an seinem Umfang mit einer Nut 3 zum Einlegen einer Elastomerdichtung (nicht näher dargestellt) versehen ist.

In das Gehäuse 2 ist ein Luftkanal 4 eingeformt, der durch eine Absperrklappe 5 verschlossen ist. Die Absperrklappe 5 ist mit einer Drehachse 6 versehen, die in der Wandung 7 drehbar gelagert ist und die Wandung 7 an der Unterseite 8 durchsetzt. Zwei Bronzelager 9, 10 sind hülsenförmig angedeutet.

An die Drehachse 6 an der Unterseite 8 des Luftkanals 4 ist ein Hebel 11 angeformt, der mit einer Betätigungsstange 12 gelenkig in Verbindung steht. Die Betätigungsstange 12 ist an einer Fassung 13 eines Permanentmagneten 14 wiederum gelenkig befestigt.

Der Permanentmagnet 14 ist über eine Drehachse 15 drehbar gelagert. Hierzu ist eine Seite 16 der Drehachse 15 von einem im Gehäuse 2 fixierten Kunststoffteil 17 umspritzt. An der Unterseite ist eine Rückstellfeder 18 in einer am Kunststoffteil 17 angespritzten Halterung 19 gehaltert und an der Drehachse 15 befestigt. Die Rückstellfeder 18 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Torsionsfeder ausgebildet.

Eine elektromagnetische Spule 20 ist benachbart zum Permanentmagneten 14 ebenfalls vom Kunststoffteil 17 umspritzt. Ein Flachstecker 21 ist für den elektrischen Anschluß des Elektromagneten 20 vorgesehen.

Die Vorrichtung 1 ist nur teilweise dargestellt. Sie setzt sich in der Darstellung gemäß der Figur nach rechts fort. Im Anschluß an die Versteifungsstreben 22 folgen nicht mehr eingezeichnete weitere Luftkanäle für weitere Zylinder. Auch die Betätigungsstange 12 setzt sich fort und ist gelenkig mit weiteren Hebeln 11 für weitere Absperrklappen 5 der weiteren Luftkanäle 4 verbunden.

Neben dem Luftkanal 4 mit Absperrklappe 5 ist ein weiterer Luftkanal 23 ohne Absperrklappe 5 vorhanden. Um beide Luftkanäle 4, 23 herum ist eine teilweise nutförmige Aufnahme 24 für eine die Luftkanäle 4, 23 anschlußseitig abdichtende Dichtung vorhanden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gibt eine Kassette, die als Schaltmodul zwischen dem Zylinderkopf und die Ansaugvorrichtung des Verbrennungsmotors montiert wird. Hierzu wird die Vorrichtung 1 über entsprechende Flachdichtungen gegenüber dem Zylinderkopf bzw. einem entsprechenden zum Zylinderkopf führenden Rohrsystem sowie auf der anderen Seite gegenüber dem Ansaugmodul abgedichtet. Diese Flachdichtung wird in die Nuten 3 bzw. in die Aufnahme 24 eingelegt und dadurch fixiert.

Als weitere Dichtmaßnahme ist lediglich eine Durchführung für den elektrischen Anschluß des Elektromagneten 22 vorzusehen.

Die Rückstellfeder 18 wird bevorzugt so angeordnet, daß sich die Klappe 5 in der offenen Stellung befindet. Über die Betätigungsstange 12 sind somit auch die benachbarten nicht dargestellten Klappen 5 geöffnet. Diese Schaltstellung ergibt einen großen Ansaugquerschnitt, wodurch auch bei niedrigen Drehzahlen die für eine ausreichende Kraftstoffvernebelung notwendige Drallströmung erzeugt wird.

Sobald die Drehzahl den entsprechenden Drehzahlbereich erreicht hat, in dem die Gasdynamik der Luftströmung durch den Ansaugquerschnitt des Luftkanals 23 ausreicht, wird der Elektromagnet 20 mit Strom beaufschlagt. Hierdurch dreht sich der Permanentmagnet 14 unter Mitnahme der Betätigungsstange 12. Dabei werden sämtliche Klappen 5 in die geschlossene Position gemäß der dargestellten Figur gebracht.

Beim Absinken der Drehzahl unter einen vorgegebenen Wert wird die Strombeaufschlagung unterbrochen, wodurch aufgrund der Rückstellfeder 18 der Permanentmagnet 14 in seine Ausgangsposition gestellt wird. Durch die Mitnahme der Betätigungsstange 12 werden dabei alle Klappen 5 geöffnet.

Die komplette Vorrichtung 1 kann im Spritzgußverfahren stufenweise hergestellt werden. Die nicht aus Kunststoff bestehenden Teile werden hierbei in die jeweilige Form eingelegt und während der Fertigung umspritzt. Insbesondere die Klappe 5 mit ihrer Drehachse 6 und der Hebel 11 lassen sich hierbei als Ganzes in den Luftkanal 4 einspritzen. Da die gesamte Vorrichtung 1 vom Gehäuse 2 umgeben ist, ist die Abdichtung am Durchtritt der Drehachse 6 durch die Wandung 7 des Luftkanals 4 wie bereits erwähnt unkritisch. Die gesamte Vorrichtung 1 bildet eine Kassette, die als Komplettmodul an den jeweiligen Motor montierbar ist, indem die Vorrichtung 1 zwischen das Ansaugmodul und den Zylinderkopf bzw. entsprechende am Zylinderkopf befestigte Ansaugrohre eingespannt wird. 1 Vorrichtung
2 Gehäuse
3 Nut
4 Luftkanal
5 Absperrklappe
6 Drehachse
7 Wandung
8 Unterseite
9 Bronzelager
10 Bronzelager
11 Hebel
12 Betätigungsstange
13 Fassung
14 Permanentmagnet
15 Drehachse
16 Seite
17 Kunststoffteil
18 Rückstellfeder
19 Halterung
20 Elektromagnet
21 Flachstecker
22 Versteifungsstreben
23 Luftkanal
24 Aufnahme

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Ansaugen von Luft, insbesondere für Verbrennungsmotoren, bei der in einem Gehäuse (2) mehrere Luftkanäle (4) mit jeweils einem Verschluß versehen sind, die jeweils mittels eines mechanischen Stellelements betätigbar sind, wobei der Verschluß durch eine auf einer Drehachse (6) angeordneten Absperrklappe (5) gebildet ist, eine Antriebseinheit (20) die Absperrklappen (5) betätigt, die Antriebseinheit (20) in das Gehäuse (2) integriert und von Kunststoff umspritzt ist, die Drehachse (6) die Kanalwandung (7) des jeweiligen Luftkanals (4) durchsetzt und mit einem Hebel (11) vesehen ist, der mit einer Betätigungsstange (12) gelenkig verbunden ist, die wiederum gelenkig an die Antriebseinheit (20) gekoppelt ist, und wobei die Drehachse (6), der Hebel (11) und die Betätigungsstange (12) innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrklappe (5), die Drehachse (6) und/oder der Hebel (11) als ein Stück gefertigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Elektromagnet (20) als Dreh- oder Hubma­ gneten und/oder einen pneumatischen Antrieb umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung des Gehäuses (2) eine Flächendichtung ein­ gangsseitig und/oder ausgangsseitig in Bezug zur Strömung der Ansaugluft vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flächendichtung eingangsseitig und/oder ausgangsseitig am Luftkanal (4) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gehäuse (2) eingangsseitig oder ausgangsseitig ab­ dichtende Flächendichtung sowie die Dichtung zur Abdichtung des Luftkanals (4) aus einem Stück besteht.

7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Bronzelager (9, 10) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß Versteifungsstreben (22) im Innern des Gehäuses (2) vorgesehen sind.

9. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Kunststoffteile im Mehrfachspritzgußverfahren in­ einander gespritzt werden.

10. Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor mit Di­ rekteinspritzung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrich­ tung nach einem der vorgenannten Ansprüche vorhanden ist.

11. Kraftfahrzeug dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrich­ tung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche vorhanden ist.