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Patent Searching and Data


Title:
PIPE WITH A VARIABLE CROSS SECTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/035156
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a suction pipe (10) with a variable cross section, in particular for insertion into the intake section of an internal combustion engine. To this end, a variable element (20) is provided to narrow the pipe cross section over a long segment when actuated. The invention seeks to keep the flow channel as narrow as possible, according to the operating state of the motor, thus reducing the bass portion in the intake noise. The variable element is preferably activated by low pressure which is obtained in the further course of the suction channel.

Inventors:
FUESSER ROLF (DE)
LEIPELT RUDOLF (DE)
Application Number:
PCT/EP1998/000616
Publication Date:
August 13, 1998
Filing Date:
February 05, 1998
Export Citation:
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Assignee:
MANN & HUMMEL FILTER (DE)
FUESSER ROLF (DE)
LEIPELT RUDOLF (DE)
International Classes:
F02B27/02; (IPC1-7): F02M35/10; F02B27/02; F02M35/12
Foreign References:
DE3518684A11986-11-27
DE4013848A11991-10-31
EP0709564A21996-05-01
DE3801153A11988-08-04
DE3807159A11989-09-14
Attorney, Agent or Firm:
Voth, Gerhard (Ludwigsburg, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Rohr (10) mit veränderbarem Querschnitt, insbesondere im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem Varioelement (20), dadurch gekennzeichnet, da das Rohr (10) über der Länge des Varioelementes (20) im wesentlichen eindeutige, von der Stellung des Varioelementes (20) abhängige Querschnittsflächen aufweist.
2. Rohr (10) mit veränderbarem Querschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da das Varioelement (20) aus einem Faltenbaig (21, 25) besteht, dessen Bodenstruktur einen querschnittverändernden Wandabschnitt (11) des Rohrs (10) darstellt.
3. Rohr (10) mit veränderbarem Querschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da der querschnittverändernde Wandabschnitt (11) durch eine Rollmembran (22) mit der Innenwand des Rohres (10) verbunden ist.
4. Rohr (10) mit veränderbarem Querschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da querschnittverändernde Wandabschnitt (11) aus einem Schwenkkörper, insbesondere einer Klappwand (30) besteht, der durch Betätigung einer Schwenkmechanik (31) den Querschnitt des Rohres (10) vermindert.
5. Rohr (10) mit veränderbarem Querschnitt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, da der durch den Schwenkkörper (30) und die Schwenkmechanik (30) eingeschlossene Hohlraum (12) vollständig oder weitgehend gegen die Innenwand des Rohrs (10) hin abgedichtet ist.
6. Rohr (10) mit veränderbarem Querschnitt nach einem der Ansprüche 1 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, da der durch das Varioelement (20) gebildete Hohlraum (12), der einen Druckanschlu , insbesondere einen mit dem Rohr (10) auf der Motorseite (14) verbundenen Unterdruckanschlu , besitzt.
7. Rohr (10) mit veränderbarem Querschnitt nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da das Varioelement (20) Mittel zur Erhöhung der Steifigkeit seiner Flanken (16), insbesondere die Versteifung von Balgrippen (26) oder Anordnung von Stützkolben (27)/ Schaumstoffkörpern (24)1 Querrippen (28)/ einer Bodenwanne (29) im durch das Varioelement (20) gebildeten Hohlraum (12) oder eine Kombination dieser Mittel, aufweist.
8. Rohr (10) mit veränderbarem Querschnitt nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, da die Klappwand (30) oder der Wandabschnitt der Schwenkmechanik (33) auf der Motorseite (14) mindestens eine Öffnung (34) oder Bohrungn (53) aufweist, an die je ein in den Hohlraum (12) des Varioelementes (20) weisender Rohrstutzen (35) angeschlossen sein kann.
9. Rohr (10) mit veränderbarem Querschnitt nach einem der vorgenannten Anspruche, dadurch gekennzeichnet, da das Varioelement (20) durch ein Stellelement, insbesondere durch eine Membrandose (15) betätigt oder unterstützt wird.
10. Rohr (10) mit veränderbarem Querschnitt nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da das Varioelement (20) Mittel zu dessen Expansion in den Rohrquerschnitt, insbesondere die Ausnutzung der Eigenelastizität oder Anordnung von mindestens einer Schraubenfeder (23) / Schaumstoffkörpers (24) im durch das Varioelement (20) gebildeten Hohlraum (12) oder eine Kombination dieser Mittel, aufweist.
Description:
Rohr mit veränderbarem Querschnitt Die Erfindung betrifft ein Rohr mit veränderbarem Querschnitt gemä dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.

Ein derartiges Rohr ist aus der US 4928638 bekannt. Ziel der Verwendung solcher Rohre im Ansaugbereich von Verbrennungskraftmaschinen ist die Möglichkeit der Strömungskanalverengung unterhalb der Maximalleistung des Motors. Diese Nutzung bietet den gro en Vorteil, Tieftonanteile im Ansauggeräusch derart zu mindern, da die unangenehmen Hohlraumresonanzen im Fahrgastinnenraum unterbleiben. Dabei soll der Flächenquerschnitt des rohluftseitigen Strömungskanals in Anpassung an den Betriebszustand möglichst eng gehalten werden. Im Vollastbereich wird die Luftzufuhr zum Motor durch eine vollständige Öffnung des Rohrquerschnitts gewährleistet. Die Verengung des Rohrquerschnitts wird durch einen in das Rohr eingelegten elastischen Hohl körper erreicht, dessen Volumen von einem von au en angelegten Druck abhängig ist.

Diese Lösung weist jedoch den Nachteil auf, da der Vorgang der Volumenänderung des Hohlkörpers geometrisch nicht eindeutig bestimmbar ist.

Als Folge davon kann der gewünschte Betrag der Querschnittsveränderung nur näherungsweise eingestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vario-Element zur Verengung des Rohrquerschnitts zu schaffen, welches bei Betätigung eine Verkleinerung des Rohrquerschnitts um den gewünschten Betrag erzeugt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemä durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemä e Vario-Element dehnt sich in Abhängigkeit von Betriebszustand des Motors in den Querschnitt des Rohrs aus. Die Veränderung des Rohrquerschnitts ist über die gesamte Länge des Vario- Elementes eindeutig definiert. Dies hat den Vorteil, da die Gestaltung von Vario-Element und Rohr nach akustischen Gesichtspunkten optimiert werden kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens stellt die Ausführung des Vario-Elementes als Faltenbalg dar. Die Bodenstruktur des Faltenbalges ist als querschnittverändernder Wandabschnitt zu verstehen, der bei Betätigung des Faltenbalges den Rohrquerschnitt verengt.

Gemä einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der querschnittverändernde Wandabschnitt mit einer Rollmembran verbunden, die die Beweglichkeit des Wandabschnittes gewährleistet.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht als querschnittsverändernden Wandabschnitt eine Klappwand vor, der durch Betätigung einer Schwenkmechanik den Querschnitt des Rohres vermindert. Die Schwenkmechanik ist derart ausgeführt, da sie bei Betätigung der Klappwand einen Hohlraum mit diesem bildet. Dieser Hohiraum kann gemä einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gegen die Rohrwand abgedichtet sein.

Gemä einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der durch das Vario-Element gebildete Hohlraum mit einem Druckanschlu versehen werden. Der Druckanschlu kann mit einem Druckentnahmepunkt im weiteren Verlauf des Ansaugkanals verbunden sein, wobei der dort herrschende Unterdruck zur Selbststeuerung verwendet wird, oder extern angesteuert werden kann.

Eine zweckmä ige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, im Inneren des Vario-Elementes Mittel zur Erhöhung der Steifigkeit seiner Flanken vorzusehen.

Diese Mittel soilen bei Betätigung des Vario-Elementes durch Ansteuerung mittels eines Unterdruckes das Einfallen seiner Flanken verhindern.

Gleichzeitig kann durch diese oder andere Mittel im Inneren des Vario- Elementes eine Kraft erzeugt werden, die eine Expansion des Vario-Elementes in den Rohrquerschnitt bewirkt und somit dem Unterdruck als Betätigungskraft entgegenwirkt.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht zur Betätigung des Vario- Elementes ein externes Stellelement, zum Beispiel eine Unterdruckdose, einen elektr. Stellmotor, einen Hubmagnet oder ähnliches vor. Dieses kann auch zur Unterstützung der bereits beschriebenen Unterdruckansteuerung verwendet werden.

Eine weitere Variante der Erfindung mit Klappwand und externem Stellelement sieht vor, den durch das Vario-Element gebildeten Hohlraum als Nebenschlu resonator zu nutzen. Zu diesem Zweck können Klappwand und Schwenkmechanik mit einer oder mehreren Durchgangsöffnungen versehen werden, oder der zwischen Vario-Element und Rohrwand entstehende Spalt genutzt werden. Abhängig von der geometrischen Ausbildung der Durchgangsöffnungen zum Hohlraum des Vario-Elementes kann eine Breitbanddämpfung oder eine Dämpfung spezieller Frequenzen im Ansauggeräusch erreicht werden. In beiden Fällen ändert sich das Volumen des Hohlraums bei Betätigung des Vario-Elementes günstig im Bezug auf die zu dämpfenden Frequenzen des Ansauggeräusches in Abhängigkeit vom Lastzustand des Motors.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen au er aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Hierbei zeigt: Figur 1 einen Längsschnitt durch das Ansaugrohr, welches mit einem Rollmembran-Vario-Element versehen ist, Figur 2 den Schnitt A-A aus Figur 1, Figur 3 einen Querschnitt durch ein Rohr mit Faltenbalg-Vario- Element, Figur 4 eine Variante des Faltenbalg-Vario-Elements, Figur 5 die Abstützung des Vario-Elements durch eine eingelegte Bodenwanne, Figur 6 die Abstützung des Vario-Elements durch einen eingelegten Schaumstoffkörper, Figur 7 die Abstützung des Vario-Elements durch einen integrierten Stützzylinder, Figur 8 einen Längsschnitt durch das Rohr mit einem Vario-Element in der Bauform als Klappwand.

Der Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Rohres 10 zu entnehmen. Das Rohr besitzt eine saugseitige Öffnung 17 und auf einer Motorseite 14 besteht die Möglichkeit zur Befestigung am Ansaugkanal des Motors, so da die vom Motor angesaugte Luft das Rohr passieren mu . Das Rohr 10 hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, in dessen oberer Hälfte ein Vario- Element 20 angeordnet ist. Diese Bauform hat den Vorteil, da ein querschnittsverändernder Wandabschnitt 11 im wesentlichen eben ausgeführt sein kann und bei Betätigung des Vario-Elementes 20 den Rohrquerschnitt stempelartig verengt. Andere, aufeinander abgestimmte Geometrien von Vario- Element und Rohrquerschnitt schränken die Funktion des Rohrs in keiner Weise ein. Der querschnittsverändernde Wandabschnitt kann durch eine Felderverrippung 42 versteift sein. Der querschnittsverändernde Wandabschnitt 11 und eine Rollmembran 22 sind einteiiig ausgeführt und bilden mit einem Deckel 18 einen Hohlraum 12. Dieser Hohlraum ist im Deckel mit einem Unterdruckanschlu 13 versehen, der als ein Schlauchstutzen 44 mit Demontagehilfe ausgeführt sein kann. Der Deckel 18 wird bei der Montage in eine Rohrschale 19 eingesetzt und durch Schnappverschlüsse 45 gehalten.

Dabei wird der obere Rand der Rollmembran 22 eingeklemmt und fungiert gleichzeitig als Dichtung. Die Dichtung kann auch als O-Ring ausgeführt sein.

Im Hohlraum 12 des Vario-Elementes befinden sich Federn 23, deren Federkraft auf eine Expansion des Vario-Elementes gerichtet sind und so dem als Betätigungskraft angelegten Unterdruck entgegenwirken. Die Führung und Aufnahme der Federn 23 erfolgt in der Felderverrippung 42 durch Aussparungen 47 und im Deckel durch Federdorne 41. Die Federdorne und Längsrippen 43 dienen als oberer Anschlag für das Vario-Element. Die Kennlinien der verwendeten Federn 23 müssen einzeln an die gewünschte Stellkinnematik des Vario-Elements und an die im Rohr herrschenden Druckverhältnisse angepa t werden. Der Unterdruckanschlu 13 schafft die Möglichkeit einer Selbststeuerung des Vario-Elements, indem diese mit einer Druckentnahme im weiteren Verlauf des Ansaugkanals vor der Drosselklappe verbunden wird.

Figur 2 ist der Schnitt A-A von Figur 1. In dieser Darstellung wird der im wesentlichen rechteckige Rohrquerschnitt des Rohres 10 deutlich. Das Vario- Element 20 ist in seinen beiden Extremlagen dargestellt. Am Boden des Rohres 10 sorgen Anschlagrippen 40 für eine Begrenzung der Bewegung des Vario- Elementes und verhindern somit den vollständigen Abschlu des Ansaugkanals.

In Figur 3 ist ein Querschnitt des Rohres 10 dargestellt, wobei das Vario- Element 20 in dieser Variante aus einem Faltenbalg21 besteht. Dieser ist wie die Rollmembran 22 zwischen der Rohrschale 19 und dem mit Schnappverschlüssen 45 versehenen Deckel 18 eingeklemmt. Den unteren Anschlag bildet eine am Faltenbalg angebrachte Längsverrippung 48, die gleichzeitig den querschnittverändernden Wandabschnitt 11 versteift. Der obere Anschlag wird durch Querrippen 28 gebildet, die gleichzeitig eine Seitenführung des Faltenbalges bewirken. Zur zusätzlichen Erhöhung der Seitensteifigkeit des Faltenbalges können Drahtbügel 26 in die Balgfalten eingelegt werden. Ein vergleichbarer Effekt lä t sich auch erzielen, indem der Faltenbalg in Zwei- Komponenten Kunststoff-Spritzgie technik'gefertigt wird. Insbesondere zu dem steifen Zwei-Komponentenbalg sei auf die Möglichkeit hingewiesen, diesen derart herzustellen, da sich bei dessen Betätigung durch Unterdruck eine Rückstellkraft infolge der Eigenelastizität des Faltenbalgs ergibt.

Figur 4 ist die Darstellung des Vario-Elementes im Querschnitt in als Blasteil 25 hergestellter Ausführung. Der Unterdruckanschlu ist in dieser Bauform als ein Schnappstutzen 46 ausgeführt, der fest mit dem Faltenbalg 25 verbunden ist und bei der Montage in eine Durchgangsöffnung 49 im Rohr 10 einschnappt.

Das Rohr ist bei dieser Variante in zwei Halbschalen 50, 51 geteilt, was im Vergleich zu der Variante mit Rohrschale 1 9 und Deckel 18 eine vereinfachte Herstellung ermöglicht.

Figur 5 zeigt die Bauform des Vario-Elements 20 mit einer zur Versteifung eingelegten Bodenwanne 29. Diese Bauform eignet sich insbesondere in Kombination mit der Rollmembran 22. Die Oberkante der Bodenwanne kann gleichzeitig als oberer Anschlag genutzt werden. Die Bewegung des Vario- Elementes dieser Bauform kann durch Federn 23 unterstützt werden.

Figur 6 zeigt eine Variante des Vario-Elementes 20 mit in den Hohlraum 12 eingelegtem Schaumstoffkörper 24. Dieser Schaumstoffkörper übernimmt gleichzeitig die Funktionen als Stützkörper und als Rückstellfeder zu dienen.

Bei entsprechender Gestaltung des Vario-Elementes 20 kann der Schaumstoffkörper als einfach herzustellendes Stanzteil aus Plattenmaterial ausgeführt sein.

Figur 7 stellt die Verwendung eines in den Hohlraum 12 des Vario-Elementes 20 eingesetzten Stützkörper 27 dar.

Eine Variante des Vario-Elementes als Klappwand 30 ist in Figur 8 dargestellt.

Die Klappwand 30 ist als querschnittsverändernder Wandabschnitt des Vario- Elementes zu verstehen. Die Klappwand wird durch eine Schwenkmechanik 31 betätigt, die im wesentlichen aus einem saugseitigen Wandabschnitt 36 einem motorseitigen Wandabschnitt 33 und einer Steuerstange 37 besteht. Die Steuerstange kann insbesondere durch eine Membrandose 1 5 angetrieben werden. Die Wandabschnitte 33 und 36 sind durch Filmscharniere 38 mit der Klappwand 30 verbunden. Diese Baueinheit ist mit weiteren Filmscharnieren 39 versehen und in Schnappverschlüsse 52 in die obere Rohrwand eingesetzt.

Anstelle dieser Schnappverschlüsse können auch nicht dargestellte Achslager vorgesehen sein, die mit an die Wandabschnitte 33 und 36 angespritzten Stiften zusammenwirken. Die Klappwand 30 und die Wandabschnitte 33, 36 bilden zusammen mit der Rohrwand den Hohlraum 12. Die Grenzlinie zwischen den schwingenden Teilen und der Rohrwand kann wahlweise als Spalt oder als Dichtung ausgeführt sein. Weiterhin kann in dem motorseitigen Wandabschnitt 33 eine einzelne Öffnung vorgesehen werden. Ebenso kann die Klappwand 30 durch mehrere Bohrungen 53 durchbrochen werden. Die Durchgänge 53 bzw.

34 können durch Rohrstutzen in den Hohlraum 12 verlängert werden. Die Durchgänge bzw. der Spalt zwischen schwingenden Teilen und Rohrwand führen zu einer Funktion des Hohlraumes 12 als Nebenschlu resonator.

Bezugszeichenliste 10 Rohr 11 Querschnittsverändernder Wandabschnitt 12 Hohlraum 13 Druckanschlu 14 Motorseite 15 Membrandose 16 Flanke 17 Saugseitige Öffnung 18 Deckel 19 Rohrschale 20 Vario-Element 21,25 Faltenbalg 22 Rollmembran 23 Schraubenfeder 24 Schaumstoffkörper 26 Drahtbügel 27 Stützkörper 28 Querrippe 29 Bodenwanne 30 Klappwand 31 Schwenkmechanik 33 Motorseitiger Wandabschnitt 34 Öffnung 35 Rohrstutzen 36 Saugseitiger Wandabschnitt 37 Steuerstange 38 Filmscharnier 39 Filmscharnier 40 Anschlag rippen 41 Federdorn 42 Felderverrippung 43 Längsrippen 44 Schlauchstutzen mit Demontagehilfe 45 Schnappverschlu 46 Schnappstutzen 47 Aussparung 48 Längsverrippung 49 Rohrduchgang 50, 51 Halbschale 52 Schnappverschlu 53 Bohrung