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Die Erfindung betrifft eine Einlassleitungsanordnung für eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei in einem Zylinderkopf angeordneten, durch einen gemeinsamen Wandabschnitt getrennten Einlasskanälen oder Einlasskanalteilen pro Zylinder, die sich von einem gemeinsamen Einlassströmungsweg verzweigen und zumindest teilweise an unterschiedlichen Seiten Längsmittelebene des Einlassströmungsweges angeordnet sind, und wobei in einem Einlassleitungsabschnitt im Bereich der Verzweigung eine Steuerklappe angeordnet ist, welche um eine in einem Endbereich der Steuerklappe sich befindende Drehachse drehbar ist, und die Steuerklappe in einer Stellung beide Einlasskanäle bzw. Einlasskanalteile freigibt und in einer anderen Stellung einen Einlasskanal bzw. Einlasskanalteil sperrt.
Es sind Zylinderköpfe bekannt, bei welchen eines der Einlassventile so ausgebildet ist, dass die Zylinderladung einen Drall erhält. Erreicht wird dies dadurch, dass zumindest ein Einlasskanal als sogenannter Drallkanal (Spiral- oder Tangentialkanal) ausgebildet wird. Insbesondere bei Mager-Ottomotoren ändern sich die Anforderungen an die Einlassströmung mit dem Betriebsbereich bzw. mit der Drehzahl. Während bei Vollast und/oder hoher Drehzahl kein Drall, jedoch optimale Füllung erforderlich ist, ist für niedrige Last jedoch ein leichter Drall erwünscht, der die Rauchemission deutlich senken kann. Für die niedrige Last wiederum ist die Füllung von geringer Bedeutung.
Die AT 402 326 B zeigt eine Einlassleitungsanordnung, bei der zwei Einlasskanäle im Anschlussbereich des Saugrohres knapp nebeneinander münden. Einer der Einlasskanäle ist mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden Trennwand versehen und bildet zwei Teilkanäle aus, die sich im Bereich des Einlassventiles wieder vereinigen. Der zweite Einlasskanal und der diesem zugewendete Teilkanal des ersten Einlasskanales sind gemeinsam mit einer Steuerklappe regelbar. Dabei werden in der Schliessstellung der Steuerklappe der eine Teilkanal des ersten Einlasskanales und der zweite Einlasskanal gesperrt, wodurch der freibleibende andere Teilkanal im Zylinder eine Drallströmung erzeugt. In der Öffnungsstellung der Steuerklappe sind die beiden Einlasskanäle freigegeben.
Dadurch soll ein gleichartiges Verhalten bezüglich Drallerzeugung und Füllung bei einer Mehrventilanordnung erreicht werden. Ein wahlweises Umschalten zwischen den beiden Einlasskanälen ist allerdings nicht möglich.
Aus der DE 36 19 550 Al ist ein Zylinderkopf bekannt, bei dem der erste Einlasskanal als drallerzeugender Kanal ausgebildet ist und die Trennwand vor dem Ventilraum einen die beiden Teilkanäle verbindenden Durchbruch aufweist. Durch Störung des erzeugten Dralles durch den durch die Trennwand vom schraubenförmigen Ansaugkanal abgegrenzten Kanal wird eine gewisse Drallregelung erreicht. Nachteilig ist dabei allerdings, dass im drallosen bzw. drallgestörten Fall der Durchfluss nicht optimal ist.
Ein ähnlicher Zylinderkopf mit zwei Einlassventilen und zwei relativ kurzen Einlasskanälen, von denen einer drallerzeugend ausgeführt ist, ist aus der EP 0 173 014 A2 bekannt. Dabei
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zweigt von dem nicht drallerzeugend ausgebildeten Einlasskanal eine Bypassleitung ab und mündet in den Ventilraum des drallerzeugend ausgebildeten Kanales. Mit einer Regelklappe kann der Durchfluss des nicht drallerzeugenden Kanales und der Bypassleitung geregelt werden. Durch diese Anordnung ist in ähnlicher Weise wie bei der DE 36 19 550 AI durch Störung des Dralles eine Drallregelung möglich.
Aus der EP 0 258 207 A2 ist ein Zylinderkopf für eine zweiventilige Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei welchem der Einlasskanal mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden Trennwand versehen ist, welche zwei Teilströme ausbildet, die sich im Ventilbereich wieder vereinigen. Dabei ist im Saugrohrbereich, kurz vor dessen Anschluss an den Einlasskanal, einer der beiden Kanalteil mit einer Regelklappe verschliessbar. Wird für Teillast bzw. niedrige Drehzahl eine drallbehaftete Strömung gewünscht, so wird der eine Kanalteil mit der Regelklappe im Durchfluss geregelt. Die unsymmetrische Einströmung durch den ungeregelten Kanalteil ergibt die in diesem Betriebsbereich gewünschte Drallströmung. Soll hingegen bei Vollast die bestmögliche Füllung des Zylinders erreicht werden, so wird die Klappe vollständig geöffnet und damit der gesamte Kanalquerschnitt freigegeben.
Bei dieser Einströmung ergibt sich eine drallarme bzw. drallfreie Einströmung.
Die auf Drallzerstörung beruhenden Drallregelsysteme haben den Nachteil, dass im gestörten Fall starke Turbulenzen und Durchflussbeeinträchtigungen auftreten und dass relativ aufwendige konstruktive Massnahmen erforderlich sind. Ausserdem ist die kontinuierliche Regelung und die Einstellung eines bestimmten Drallwertes zwischen den beiden Drallextrema (kein Drall, voller Drall) schwierig.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einlassleitungsanordnung der genannten Art derart weiterzubilden, dass auf möglichst einfache Weise der Drall für die Einlassströmung in einem weiten Bereich gesteuert werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Drehachse der Steuerklappe in der Längsmittelebene, vorzugsweise unmittelbar vor der Verzweigung angeordnet ist, so dass in einer Endstellung der Steuerklappe der eine, vorzugsweise als Tangentialkanal ausgebildete Einlasskanal bzw. Einlasskanalteil, und in der anderen Endstellung der Steuerklappe der andere, vorzugsweise als Spiralkanal ausgebildete Einlasskanal bzw. Einlasskanalteil gesperrt ist, und in einer Mittelstellung der Steuerklappe beide Einlasskanäle bzw. Einlasskanalteile etwa zu gleichen Teilen freigegeben sind. Dadurch kann auf einfache Weise der Drall im Brennraum gesteuert werden, indem wahlweise zwischen den beiden Einlasskanälen bzw.
Einlasskanalteilen umgeschaltet wird.
In einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerklappe zumindest teilweise ein im wesentlichen keilförmig bzw. tropfenförmig in Strömungsrichtung erweiterndes Strömungsprofil aufweist, das vorzugsweise symmetrisch zu einer Klappenlängsebene ausgebildet ist, wobei die Strömungsleitflächen der Steuerklappe in der Mittelstellung der Steuerklappe weitgehend verlaufend zu den Wänden des gemeinsamen Wandabschnittes ausgebildet sind. In der Mittelstellung der Steuerklappe wird somit eine
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dass die Steuerklappe und der die Steuerklappe aufnehmende Einlassleitungsabschnitt als vorzugsweise im wesentlichen symmetrischer Strömungsteiler ausgeführt ist.
Die Steuerklappe der erfindungsgemässen Einlassleitungsanordnung kann jede beliebige Zwischenstellung einnehmen und somit stufenlos zwischen Tangential- und Spiralkanal umschalten bzw. entsprechende Kombinationen von Tangential- und Spiralströmungen erzielen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein die Steuerklappe aufnehmender Gehäuseteil des Einlassleitungsabschnittes als separater, an die Einlasskanäle bzw. Einlasskanalteile anschliessender Gehäuseeinsatz ausgeführt ist. Dadurch werden keine aufwendigen konstruktiven Eingriffe in die Struktur des Zylinderkopfes erforderlich, sodass gegebenenfalls auch konventionelle Zylinderköpfe nachträglich mit dem die Steuerklappe aufweisenden Gehäuseeinsatz ausgerüstet werden können. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der Gehäuseeinsatz im wesentlichen als dünnwandiger und ebener Rahmen und vorzugsweise als Aluminium-Druckgussteil ausgebildet ist. Der Gehäuseeinsatz wird somit zwischen Saugrohr und einem entsprechenden Einlassflansch des Zylinderkopfes eingesetzt.
Einer fertigungstechnisch sehr einfachen und montagefreundlichen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gehäuseeinsätze mehrerer Zylinder miteinander verbunden, vorzugsweise einstückig ausgeführt sind. Auf diese Weise kann die Anzahl der erforderlichen Bauteile auf ein Mindestmass beschränkt werden.
Um eine möglichst einfache Betätigung der Steuerklappen zu ermögliche, kann weiters vorgesehen sein, dass die Drehachsen der Steuerklappen mehrerer Zylinder in einer Ebene angeordnet sind und die Betätigung der Steuerklappen über einen Hebelmechanismus durch eine Unterdruckdose in Abhängigkeit des Ansaugdruckes erfolgt. Eine Steuerklappe über eine Unterdruckdose durch den Ansaugdruck zu betätigen, ist beispielsweise aus der EP 0 173 014 A2 bekannt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 eine erfindungsgemässe Einlassleitungsanordnung in einer Ausführung im Schnitt, Fig. 2 eine erfindungsgemässe Einlassleitungsanordnung für mehrere Zylinder im Schnitt gemäss der Linie 11-11 in Fig. 3, Fig. 3 den Einlassleitungsabschnitt aus Fig. 2 gemäss der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 den Einlassleitungsabschnitt aus Fig. 2 im Schnitt gemäss der Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 den Einlassleitungsabschnitt mit Betätigungseinrichtung der Steuerklappe gemäss der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6 den Gehäuseeinsatz in einer Explosionsdarstellung und Fig. 7 eine Schrägansicht einer erfindungsgemässen Einlassleitungsanordnung.
Eine Brennkraftmaschine weist pro Zylinder 1 b zwei in einem Zylinderkopf 1 angeordnete Einlassventile 2,3 auf, wobei zu jedem der beiden Einlassventile 2,3 ein Einlasskanal 4,5 führt, von denen der eine Einlasskanal 4 als Tangentialkanal und der andere Einlasskanal 5 als
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Spiralkanal ausgebildet ist. Die beiden Ei. asskdnäl & 4, 5 sind von einem gemeinsamen Wandabschnitt 6 voneinander getrennt und gehen von einem gemeinsamen Einlassströmungsweg 7 aus. Sie liegen an unterschiedlichen Seiten der verlängerten Längsmittelebene 7c des Einlassströmungsweges 7. Am Ende des gemeinsamen Einlassströmungsweges 7 ist ein Einlassleitungsabschnitt 8 mit einer Verzweigung 9 ausgebildet.
Im Bereich der Verzweigung 9 ist eine als Steuerklappe 10 ausgebildete Drallsteuereinrichtung angeordnet, welche um eine in einem Endbereich 11 der Steuerklappe 10 liegende Drehachse 12 drehbar in einem Gehäuseteil 13 des Einlassleitungsabschnittes 8 gelagert ist. Der Gehäuseteil 13 ist als separater, an die Einlasskanäle 4,5 anschliessender Gehäuseeinsatz 14 ausgeführt, welcher zwischen einem Flansch 7a des durch ein Saugrohr gebildeten Einlassströmungsweges 7 und einem entsprechenden Einlassflansch la des Zylinderkopfes 1 eingesetzt ist. Der Gehäuseeinsatz 14 ist im wesentlichen als dünnwandiger, ebener Rahmen ausgebildet und kann beispielsweise als Aluminium-Druckgussteil hergestellt sein.
In aus der in Fig. 2 ersichtlichen Ausführungsvariante bildet ein einziger Gehäuseeinsatz 14 die Gehäuseteile 13 mehrerer Zylinder 1 b aus. Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, weist die Steuerklappe 10 ein im wesentlichen keilförmiges bzw. tropfenförmige Strömungsprofil aus, welches sich in Strömungsrichtung erweitert. Die Strömungsleitflächen 10a, lOb der Steuerklappe 10 sind dabei weitgehend verlaufend zu den Wänden 6a, 6b des gemeinsamen Wandabschnittes 6 der Einlasskanäle 4,5 und symmetrisch zu einer Klappenlängsebene lOc ausgebildet, welche die Drehachse 12 beinhaltet. Dadurch weist die Drosselklappe 10 in ihrer in Fig. 1 und 2 gezeigten Mittelstellung einen minimalen Strömungswiderstand auf. In der Mittelstellung liegt die Klappenlängsebene 10c im Bereich der Längsmittelebene 7c des Einlassströmungsweges 7.
Wie in den Fig. 3 bis 6 ersichtlich ist, ist jede Steuerklappe 10 über eine im Gehäuseeinsatz 14 gelagerte Welle 15 und einen einen Hebelarm bildenden Zwischenteil 16 mit einer Betätigungsstange 17 verbunden, an welcher über einen Zwischenteil 18 eine im Gehäuseeinsatz 14 gelagerte Betätigungswelle 19 angreift. An der Betätigungswelle 19 ist ein Hebel 20 befestigt, welcher durch eine in Fig. 7 ersichtliche Unterdruckdose 21 in Abhängigkeit des Ansaugdruckes im Einlassströmungsweg 7 betätigt wird. Mit Bezugszeichen 22 ist ein Dichtungselement der Welle 15 und mit Bezugszeichen 23 sind Dichtungselemente zwischen den Einlassströmungsweg 7 und dem Gehäuseeinsatz 14 bezeichnet. Zur Lagerung der Wellen 15 und der Betätigungswelle 19 weist der Gehäuseeinsatz 14 entsprechende Butzen 24 und 25 auf.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Einlassströmungswege 7 durch ein Einlassröhrenwerk 26 für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine gebildet. Dabei ist jeweils für vier Zylinder ein Gehäuseeinsatz 14 einteilig ausgeführt, wobei die vier Steuerklappen 10 je eines Gehäuseeinsatzes 14 durch eine Unterdruckdose 21 in Abhängigkeit des Ansaugdruckes gesteuert werden.
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The invention relates to an intake line arrangement for an internal combustion engine with at least two intake ports or intake port parts per cylinder which are arranged in a cylinder head and are separated by a common wall section and which branch from a common intake flow path and are at least partially arranged on different sides of the longitudinal center plane of the intake flow path, and in one In the inlet line section, a control flap is arranged in the region of the branch, which can be rotated about an axis of rotation located in an end region of the control flap, and the control flap in one position releases both inlet ducts or inlet duct parts and in another position blocks an inlet duct or inlet duct part.
Cylinder heads are known in which one of the intake valves is designed such that the cylinder charge is given a swirl. This is achieved in that at least one inlet duct is designed as a so-called swirl duct (spiral or tangential duct). In the case of lean gasoline engines in particular, the requirements for the intake flow change with the operating range or with the speed. While no swirl, but optimal filling is required at full load and / or high speed, a slight swirl is desirable for low loads, which can significantly reduce smoke emissions. For the low load, the filling is of little importance.
The AT 402 326 B shows an inlet line arrangement in which two inlet channels in the connection area of the intake manifold open just next to one another. One of the inlet ducts is provided with a dividing wall running in its longitudinal direction and forms two sub-ducts which reunite in the region of the inlet valve. The second inlet duct and the partial duct of the first inlet duct facing it can be regulated together with a control flap. In the closed position of the control flap, one subchannel of the first intake port and the second intake port are blocked, as a result of which the remaining subchannel in the cylinder generates a swirl flow. In the open position of the control flap, the two inlet channels are released.
This is to achieve a similar behavior with regard to swirl generation and filling in a multi-valve arrangement. However, it is not possible to switch between the two inlet channels.
From DE 36 19 550 Al a cylinder head is known in which the first inlet duct is designed as a swirl-generating duct and the partition wall in front of the valve chamber has an opening connecting the two sub-ducts. By disturbing the swirl generated by the channel delimited by the partition from the helical suction channel, a certain swirl control is achieved. However, it is disadvantageous that the flow is not optimal in the case of a spin-free or spin-disturbed case.
A similar cylinder head with two intake valves and two relatively short intake ports, one of which is designed to generate swirl, is known from EP 0 173 014 A2. Here
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a bypass line branches off from the inlet channel, which is not designed to generate swirl, and opens into the valve chamber of the channel, which is designed to produce swirl. The flow of the non-swirl-generating duct and the bypass line can be regulated with a control flap. With this arrangement, a swirl control is possible in a similar way to DE 36 19 550 AI by disturbing the swirl.
From EP 0 258 207 A2 a cylinder head for a two-valve internal combustion engine has become known, in which the inlet duct is provided with a partition wall running in its longitudinal direction, which forms two partial flows which reunite in the valve area. In the intake manifold area, shortly before it is connected to the inlet duct, one of the two duct parts can be closed with a control flap. If a swirling flow is desired for part load or low speed, the one duct part is regulated in flow with the control flap. The asymmetrical inflow through the unregulated duct part gives the swirl flow desired in this operating range. If, on the other hand, the best possible filling of the cylinder is to be achieved at full load, the flap is opened completely and the entire channel cross section is thus released.
This inflow results in a low-swirl or swirl-free inflow.
The swirl control systems based on swirl destruction have the disadvantage that strong turbulence and flow impairments occur in the event of a fault and that relatively complex structural measures are required. In addition, continuous control and setting a certain swirl value between the two swirl extremes (no swirl, full swirl) is difficult.
It is the object of the invention to avoid these disadvantages and to further develop an inlet line arrangement of the type mentioned in such a way that the swirl for the inlet flow can be controlled over a wide range in the simplest possible way.
According to the invention, this is achieved in that the axis of rotation of the control flap is arranged in the longitudinal center plane, preferably immediately in front of the branching, so that in one end position of the control flap the one inlet duct or part of the inlet duct, preferably designed as a tangential duct, and in the other end position of the control flap other inlet channel or inlet channel part, preferably embodied as a spiral channel, is blocked, and in a central position of the control flap both inlet channels or inlet channel parts are released approximately in equal parts. As a result, the swirl in the combustion chamber can be controlled in a simple manner, by optionally choosing between the two inlet channels or
Inlet duct parts is switched.
In a very advantageous embodiment of the invention, it is provided that the control flap at least partially has a flow profile which widens in the direction of the flow in a wedge-shaped or drop-shaped manner, which is preferably designed symmetrically to a longitudinal flap plane, the flow guide surfaces of the control flap largely extending in the central position of the control flap the walls of the common wall section are formed. In the middle position of the control flap, a
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that the control valve and the inlet line section receiving the control valve is designed as a preferably essentially symmetrical flow divider.
The control flap of the inlet line arrangement according to the invention can assume any intermediate position and thus switch continuously between tangential and spiral channels or achieve corresponding combinations of tangential and spiral flows.
In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that a housing part of the inlet line section which receives the control flap is designed as a separate housing insert which adjoins the inlet ducts or inlet duct parts. As a result, no complex structural interventions in the structure of the cylinder head are required, so that, if necessary, conventional cylinder heads can also be retrofitted with the housing insert having the control flap. This is possible in particular if the housing insert is designed essentially as a thin-walled and flat frame and preferably as an aluminum die-cast part. The housing insert is thus inserted between the intake manifold and a corresponding inlet flange of the cylinder head.
A manufacturing variant of the invention which is very simple in terms of production technology and easy to install, it is provided that the housing inserts of a plurality of cylinders are connected to one another, preferably in one piece. In this way, the number of components required can be kept to a minimum.
In order to enable the control flaps to be actuated as simply as possible, provision can furthermore be made for the axes of rotation of the control flaps of a plurality of cylinders to be arranged in one plane and for the control flaps to be actuated via a lever mechanism by means of a vacuum box as a function of the suction pressure. Actuating a control flap via a vacuum box by the intake pressure is known, for example, from EP 0 173 014 A2.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
1 shows an inlet line arrangement according to the invention in a design in section, FIG. 2 shows an inlet line arrangement according to the invention for several cylinders in section along the line 11-11 in FIG. 3, FIG. 3 shows the inlet line section from FIG. 2 according to FIG Line III-III in FIG. 2, FIG. 4 shows the inlet line section from FIG. 2 in section along line IV-IV in FIG. 2, FIG. 5 shows the inlet line section with actuating device of the control flap according to line VV in FIG. 4, FIG 6 shows the housing insert in an exploded view, and FIG. 7 shows an oblique view of an inlet line arrangement according to the invention.
An internal combustion engine has two intake valves 2, 3 arranged in a cylinder head 1 per cylinder 1 b, with an intake port 4, 5 leading to each of the two intake valves 2 3, one of which intake port 4 as a tangential port and the other intake port 5 as
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Spiral channel is formed. The two egg. asskdnäl & 4, 5 are separated from one another by a common wall section 6 and proceed from a common inlet flow path 7. They are located on different sides of the extended longitudinal center plane 7c of the inlet flow path 7. At the end of the common inlet flow path 7, an inlet line section 8 with a branch 9 is formed.
A swirl control device designed as a control flap 10 is arranged in the region of the branch 9 and is rotatably mounted in a housing part 13 of the inlet line section 8 about an axis of rotation 12 lying in an end region 11 of the control flap 10. The housing part 13 is designed as a separate housing insert 14, which connects to the inlet channels 4, 5 and is inserted between a flange 7a of the inlet flow path 7 formed by an intake manifold and a corresponding inlet flange 1a of the cylinder head 1. The housing insert 14 is essentially designed as a thin-walled, flat frame and can be produced, for example, as an aluminum die-cast part.
In the embodiment variant shown in FIG. 2, a single housing insert 14 forms the housing parts 13 of a plurality of cylinders 1 b. As can be seen from FIGS. 1 and 2, the control flap 10 has an essentially wedge-shaped or drop-shaped flow profile which widens in the direction of flow. The flow control surfaces 10a, 10b of the control flap 10 are designed to extend largely to the walls 6a, 6b of the common wall section 6 of the inlet channels 4, 5 and are symmetrical to a longitudinal flap plane 10c, which contains the axis of rotation 12. As a result, the throttle valve 10 has a minimal flow resistance in its central position shown in FIGS. 1 and 2. In the middle position, the flap longitudinal plane 10c lies in the region of the longitudinal center plane 7c of the inlet flow path 7.
As can be seen in FIGS. 3 to 6, each control flap 10 is connected to an actuating rod 17 via a shaft 15 mounted in the housing insert 14 and an intermediate part 16 forming a lever arm, on which an actuating shaft 19 mounted in the housing insert 14 engages via an intermediate part 18 . A lever 20 is fastened to the actuating shaft 19 and is actuated by a vacuum box 21 shown in FIG. 7 as a function of the suction pressure in the inlet flow path 7. Numeral 22 denotes a sealing element of the shaft 15 and numeral 23 denotes sealing elements between the inlet flow path 7 and the housing insert 14. The housing insert 14 has corresponding slugs 24 and 25 for mounting the shafts 15 and the actuating shaft 19.
In the embodiment shown in FIG. 7, the inlet flow paths 7 are formed by an inlet tube assembly 26 for a multi-cylinder internal combustion engine. In this case, a housing insert 14 is made in one piece for four cylinders, the four control flaps 10 of each housing insert 14 being controlled by a vacuum box 21 as a function of the intake pressure.