DE2646936B2

DE2646936B2 - Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2646936B2
Application number: DE2646936A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl.-Phys. 7140 Ludwigsburg Bendig; Arthur 7141 Neckargroeningen Klotz
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1976-10-18
Filing date: 1976-10-18
Publication date: 1980-02-14
Also published as: ES463290A1; SE7709707L; US4144857A; DE2646936C3; FR2367924B1; FR2367924A1; DE2646936A1; SE432283B; GB1560959A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen mit einer im Ansaugstutzen eines Luftfilters schwenkbaren Steuerklappe zur gleichzeitigen Steuerung der Durchtrittsöffnung eines Warmluft- und eines Kaltluftkanals, auf die ein pneumatischer Stellmotor über ein Antriebsgestänge einwirkt, der eine einen Steuerdruckraum durchsetzende erste Rückstellfeder aufweist, die in Schließrichtung des Warmluftkanals wirkt, bei der der Steuerdruckraum des Stellmotors über eine Steuerdruckleitung mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe liegenden Abschnitt des Ansaugkanals verbunden ist und die Steuerdruckleitung ein Thermostatventil aufweist, das einen von einem Bimetall betätigten Ventilkörper beinhaltet, das den Ventilkörper bei Erreichen der Solltemperatur in Offenstellung bewegt und eine Verbindung zum Reinluftraum des Ansaugluftfilters aufsteuert, und bei der ein der Kaltluft ausgesetzter Thermostat vorgesehen ist, der über einen Anschlag den Schwenkbereich der Steuerklappe in der den Warmluftkanal abschließenden Richtung festlegt.

Für die einwandfreie Funktion einer solchen Vorrichtung zur Regelung der Ansauglufttemperatur kann die Empfindlichkeit der benutzten Elemente, insbesondere des Thermostatventils, nicht zu groß gewählt werden, weil sonst das gefüchtete Schwingen der Regelung eintritt. Dadurch ergeben sich Abweichungen von der gewünschten Solltemperatur.

Hinzu kommen Ungenauigkeiten dadurch, daß die Mischlufttemperatur je nach Kaltlufttemperatur auf verschiedene Werte eingeregelt wird. Denn der Unterdruck stromab der willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe ist bei gleichem Betriebszustand der Brennkraftmaschine im Winter und im Sommer praktisch gleich. Damit würde sich bei gleicher Stellung des Thermostatventils, also bei gleicher Temperatur der Mischluft im Filter, im Sommer und im Winter auch die gleiche Stellung der Steuerklappe ergeben. Andererseits ist leicht einzusehen, daß die gleiche Stellung der Steuerklappe im Winter, nämlich bei niedrigeren Temperaturen der Kaltluft und damit auch der Warmluft, nicht gleiche Temperaturen der Mischluft im Filter zur Folge haben kann wie im Sommer. Tatsächlich macht im Winter das Thermostatventil die Verbindung zum Reinluftraum des Ansaugluftfilters etwas mehr zu, um einen größeren Unterdruck in der Steuerdruckleitung zu erzeugen und damit eine verstärkte Zufuhr von erwärmter Luft durch den Warmluftkanal zu veranlassen. Dieses etwas stärkere öffnen der Verbindung durch das Thermostatventil ist aber nur bei entsprechend niedrigeren Temperaturen der Mischluft im Ansaugluftfilter möglich, so daß sich in an sich unerwünschter Weise bei gleichem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine mit niedrigeren Temperaturen der Kaltluft auch niedrigere Mischlufttemperaturen ergeben.

Ebenso ungünstig wirkt sich bei ungleichen Temperaturen der Kaltluft eine entsprechend unterschiedliche Abkühlung der Mischluft zwischen der Steuerklappe und dem Thermostatventil aus.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs aufgezeigten Gattung (DE-Gbm 75 16 176) ragt ein von

einem Bimetallthermostat bewegter Anschlag unterhalb eines bestimmten Wertes der Temperatur der Kaltluft in den Steuerweg der Steuerklappe vor der öffnung des Warmluft-Zufuhrkanals hinein. Oberhalb der Grenztemperatur ist der Thermostat und damit auch der Anschlag wirkungslos. Es wird also ausschließlich der Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine bei Kaltlufttemperaturen unterhalb eines bestimmten Wertes verbessert

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die im Teillastbereich durch unterschiedliche Temperaturen der Kaltluft bei der bekannten Regelvorrichtung entstehenden Ungennuigkeiten der Mischlufttemperatur weitgehend zu beseitigen.

Die Lösung der Aufgabe kennzeichnet sich erfin- is dungsgemäß dadurch, daß der Thermostat als Wachsthermostat ausgestaltet ist und einen Teil des Antriebsgestänges zwischen dem pneumatischen Stellmotor und der Steuerklappe bildet, das er mit zunehmender Temperatur der Kaltluft gegen die Kraft einer zweiten Rückstellfeder verlängert, und daß der Anschlag unbeweglich ausgebildet ist und zwischen der ersten Rückstellfeder und dem Wachsthermostat angeordnet ist.

Durch die Ausgestaltung als Wachsthermostat, wie er an sich aus andersartig aufgebauten Antrieben der Steuerklappe mit pneumatischem Stellmotor (US-PS 34 50 119) oder ohne einen solchen (DE-PS 15 26 662) bekannt ist, ergibt sich ein Regelelement mit ausreichenden Kräften und genügenden Stellwegen für 'den vorgesehenen Zweck. Die Ausbildung des Wachsthermostats als Teil des Antriebsgestänges zwischen dem pneumatischen Stellmotor und der Steuerklappe führt zu einer nachfolgend noch im einzelnen erklärten weitgehenden Behebung der durch unterschiedliche Kaltlufttemperaturen verursachten Ungenauigkeiten der Mischlufttemperatur. Mit der Anordnung des unbeweglich ausgebildeten Anschlags zwischen der ersten Rückstellfeder und dem Wachsthermostat ist die Vollastvereisung sicher vermieden.

Vorteilhaft ist der Wachsthermostat mit dem pneumatischen Stellmotor zu einer Baueinheit zusammengefaßt, die separat zusammengebaut und auf Lager gehalten werden kann. Das läßt sich bei einer derartigen Regelvorrichtung mit einem als Membrandose ausgebildeten pneumatischen Stellmotor, bei der die erste Rückstellfeder auf eine sich an der Membran abstützende, mit dem Antriebsgestänge gekuppelte Scheibe einwirkt, in Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreichen, daß die Scheibe mit einem in den Kaltluftkanal hineinragenden, in Richtung der durchströmenden Luft offenen Rahmen fest verbunden ist, der den einerseits an der Scheibe und andererseits über die als Druckfeder ausgebildete zweite Rückstellfeder an dem gegenüberliegenden, von einer Antriebsstange gleitbar durchsetzten Rahmenboden abgestützten Thermostaten aufnimmt.

Um einen möglichst einfachen, funktionssicheren Aufbau zu erhalten, ist als weitere Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Wachsthermostat einerseits mit seinem Antriebsstift in eine Vertiefung der Scheibe und andererseits in eine topfförmige Hülse aus gelochtem Material eingreift, die am Innenumfang der zweiten Rückstellfeder zentriert und an ihrem freien Rand mit einem Kragen zurr, ntirnseitigen Abstützen der zweiten Rückstellfeder ver;.:hin ist und einen mit der Antriebsstange verbundener. Hülseiib^-jen aufweist.

Zur Vereinfachung der Montage ist der von der Antriebsstange durchsetzte Rahmenboden mit einem sich in Richtung der durchströmenden Luft erstreckenden Einführungsschlitz für die Antriebsstange versehen, wobei der Rahmenboden in Nähe der Schlitzmündung mindestens einen das seitliche Herausrutschen der zweiten Rückstellfeder aus dem Rahmen verhindernden Vorsprung aufweist

Nachstehend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung eines an den Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine angeschlossenen Luftfilters mit der Regelvorrichtung der Erfindung,

Fig.2 einen Achsschnitt durch Einzelheiten der F i g. 1 in vergrößerter Darstellung,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der F i g. 2,

F i g. 4 die schematische Darstellung eines Teils der Regelvorrichtung bei Vollastbetrieb oberhalb eines vorbestimmten Wertes der Kaltlufttemperatur,

Fig. 5 den Vorrichtungsteil der Fig.4 bei Vollastbetrieb unterhalb des vorbestimmten Wertes der Kaltlufttemperatur,

F i g. 6 den Vorrichtungsteil der F i g. 4 im Teillastbetrieb.

Der Ansaugkanal 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine trägt einen Vergaser 2 mit einer willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe 3. Ein Luftfilter 4 ist auf den Vergaser 2 aufgesetzt und hat einen ringförmigen, radial von außen nach innen durchströmten, einen Reinluftraum 5 umschließenden Filtereinsatz 6 sowie ein Ansaugrohr 7. In den Ansaugstutzen 8 des Ansaugrohres 7 münden ein Kaltluftkanal 9 und ein Warmluftkanal 10. Die Warmluft wird durch eine nicht dargestellte Warmluftleitung von der Nähe des Auspuffrohres der Brennkraftmaschine her dem Warmluftkanal 10 zugeführt

An einer in dem Ansaugstutzen 8 schwenkbar angeordneten Steuerklappe 11, die um die Schwenkachse 13 bewegbar ist, greift das Antriebsgestänge 14 eines pneumatischen Stellmotors 15 an. Der Stellmotor enthält eine Membran 16 aus Gummi und eine einen Steuerdruckraum 19 durchsetzende erste Rückstellfeder 17. Er ist über eine Steuerdruckleitung 37 stromabwärts der Hauptdrosselklappe 3 des Vergasers 2 an den Ansaugkanal 1 der Brennkraftmaschine angeschlossen. Die Steuerklappe 11 ist durch den pneumatischen Stellmotor 15 gegen die Kraft der Rückstellfeder 17 aus ihrer in F i g. 1 ausgezogen gezeigten Endstellung, in der sie den Warmluftkanal 10 abschließt und gleichzeitig den Kaltluftkanal 9 geöffnet hat, in ihre andere, gestrichelt dargestellte Endstellung schwenkbar, in der sie den Kaltluftkanal 9 abschließt und den Warmluftkanal 10 geöffnet hat.

Die Steuerdruckleitung 37 enthält ein als Thermostatventil 25 ausgebildetes Belüftungsventil. Im Ventilgehäuse 26 ist ein Bimetallthermostat 27 einseitig festgelegt, der an seinem freien Ende einen Ventilkörper 28 trägt. Der Ventilkörper steuert bei Erreichen der Solltemperatur eine Verbindung 29 zum Reinluftraum 5 des Luftfilters 4 auf. Die Übertragung der Temperatur vom Reinluftraum 5 auf das Bimetall 27 erfolgt durch eine nicht dargestellte, im Verhältnis zur Verbindung 29 kleir.'; öffnung, die in bekannter Weise einen die Druckverhältnisse nur unwesentlich beeinflussenden Luftstrom vom Reinluftraum 5 in das Innere des Ventilgehäuses 26 zuläßt.

Das Antriebsgestänge 14 weist einen Wachsthermostat 40 mit Antriebsstift 41 und Thermostatgehäuse 42

auf. Gegen eine Schulter 43 des Wachsthermostats 40 liegt eine topfförmige Hülse 44 aus Lochblech mit ihrem Kragen 45 an. Der Hülsenboden 46 ist mit einer schwenkbar an der Steuerklappe 11 angekuppelten Antriebsstange 47 fest verbunden.

Der Antriebsstift 41 greift in eine Vertiefung 50 einer sich an der Membran 16 abstützenden und das Widerlager 50 für die erste Rückstellfeder 17 bildenden Scheibe 51 ein, die mit einem in den Kaltluftkanal 9 hineinragenden und in Richtung 12 der durch ihn strömenden Luft offenen Rahmen 52 fest verbunden ist. Der der Scheibe 51 gegenüberliegende Rahmenboden 53 dient als Widerlager für eine als Druckfeder ausgebildete zweite Rückstellfeder 54, deren andere Stirnseite gegen den Kragen 45 der Hülse 44 anliegt. Die Hülse 44 ist im Innenumfang 55 der zweiten Rückstellfeder 54 zentriert.

Der Rahmenboden 53 ist von der Antriebsstange 47 durchsetzt und hat einen Einführungsschlitz 56. In Nähe der Schlitzmündung 57 sind zwei Vorsprünge 5β angeordnet, die das seitliche Herausrutschen der zweiten Rückstellfeder 54 in Richtung der Schlitzmündung verhindern.

Der Boden 18 des pneumatischen Stellmotors 15 ist als unbeweglicher Anschlag 20 ausgebildet, gegen den bei maximaler Ausdehnung der in den Stellmotor 15 eingebauten ersten Rückstellfeder 17 die Scheibe 51 mit dem Ringabsatz 59 anliegt, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist.

Bei den schematischen Darstellungen in den Fig.4 bis 6 sind für eine vereinfachte Funktionserklärung die zweite Rückstellfeder 54, die Hülse 44 und der Rahmen 52 weggelassen.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine herrscht in dem ganzen Ansaugsystem ein Unterdruck, der im Ansaugkanal 1 am größten ist und zum Kaltluftkanal 9 hin abnimmt. Der große Unterdruck de« Ansaugkanals 1 wird durch die Steuerdruckleitung 37 in den Steuerdruckraum 19 des pneumatischen Stellmotors 15 oberhalb der Membran 16 übertragen. Dort übt: er entsprechend den auf beiden Seiten der Membran herrschenden Unterdrücken und entsprechend der Membranfläche eine Kraft zum Verstellen der Steuerklappe 11 aus. Einen wesentlichen Einfluß auf die Druckverhältnisse in der Steuerdruckleitung hat außerdem die Luft, die durch die Verbindung 29 in das Ventilgehäuse 26 und somit in die Steuerdruckleitung 37 gelangen kann, wenn der Bimetallthermostat 27 sich oberhalb einer vorbestimmten Temperatur nach oben weggebogen und der Ventilkörper 28 die Verbindung 29 geöffnet hat.

Bei geschlossener Vergaserdrosselklappe, beispielsweise im Leerlaufbetrieb, ist der Unterdruck im Ansaugkanal 1 besonders groß. Wenn dann bei entsprechend niedriger Temperatur der angesaugten Luft die Verbindung 29 geschlossen ist, vermag der im Stellmotor 15 oberhalb der Membran auftretende große Unterdruck die Steuerklappe 11 gegen die Kraft der ersten Rückstellfeder 17 in die gestrichelt gezeichnete Stellung zu schwenken, bei der sie den Kaltluftkanal 9 verschließt und den Warmluftkanal 10 geöffnet hat

Oberschreitet die Temperatur der Luft, die durch den Warmluftkanal 10 in den Ansaugstutzen 8 eintritt und nach Durchqueren des Filtereinsatzes 6 in den Reinluftraum 5 gelangt und damit das Thermostatventil 25 beeinflußt, einen vorbestimmten Wert, so beginnt sich der Bimetallthermostat 27 nach oben zu krümmen. Der Ventilkörper 28 gibt die Verbindung 29 zum Reinluftraum 5 frei, und es kann zusätzlich Reinluft in die Steuerdruckleitung 37 eindringen und dort den Unterdruck abbauen. Als Folge davon schwenkt die Steuerklappe 11 von ihrer den Kaltluftkanal 9 verschließenden Endstellung so weit weg, bis die Mischluft die Temperatur hat, bei der sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der Kraft der ersten Rückstellfeder 17 einerseits und den an der Membran 16 des Stellmotors 15 sowie an der Steuerklappe 11 auftretenden Kräften andererseits einstellt.

ίο Mit zunehmendem öffnen der Hauptdrosselklappe 3 des Vergasers 2 verringert sich der Unterdruck in dem Ansaugkanal 1. Bei vollständig geöffneter Hauptdrosselklappe 3, also bei Vollastbetrieb, ist der Unterdruck im Ansaugkanal 1 und damit im Steuerdruckraum 19 des pneumatischen Stellmotors 15 so gering, daß er nicht mehr ausreicht, um die Kraft der ersten Rückstellfeder 17 zu überwinden. Oberhalb einer vorbestimmten Temperatur der durch den Kaltluftkanal 9 einströmenden Kaltluft ist der Warmluftkanal 10 dann geschlossen, und die Brennkraftmaschine erhält nur Luft durch den Kaltluftkanal 9, wie dies in den F i g. 1 und 4 der Zeichnung dargestellt ist Die sich durch Abschließen des Warmluftkanals 10 ergebende geringere Temperatur der Ansaugluft führt zu einem besseren Füllungsgrad der Maschine, so daß gerade im Vollastbetrieb eine bessere Leistung erzielt ist

Unterschreitet jedoch die durch den Kaltluftkanal 9 angesaugte Luft die vorbestimmte Temperatur, so kann die zweite Rückstellfeder 54 den Wachsthermostat 40 so weit zusammenschieben und damit das Antriebsgestänge derart verkürzen, daß bei der Bewegung der Steuerklappe 11 in der den Warmluftkanal 10 abschließenden Richtung der Ringabsatz 59 der Scheibe 51 gegen den Anschlag 20 anliegt, bevor der Warmluftkanal 10 vollkommen abgeschlossen ist. In dieser in F i g. 5 gezeigten Stellung der Steuerklappe 11 wird etwas Warmluft zugemischt, so daß die Mischluft einen gewünschten Wert nicht unterschreitet und bei Vollast die gefürchtete Vergaservereisung sicher vermieden ist.

Die Wirkungsweise der Regelvorrichtung bei Teillast und unterschiedlichen Temperaturen geht aus der F i g. 6 hervor. Die Abmessungen der Regelvorrichtung und die Charakteristik des Wachsthermostats 40 sind so gewählt, daß bei unterschiedlichen Temperaturen der angesaugten Kaltluft ein entsprechender Ausgleich durch Verlängern bzw. Verkürzen des Antriebsgestänges zwischen Stellmotor und Steuerklappe durch den Wachsthermostat 40 in Zusammenarbeit mit der

so zweiten Rückstellfeder 54 erfolgt, um entsprechend etwas mehr oder weniger Warmluft hinzuzumischen und so trotz unterschiedlicher Temperaturen der Kaltluft die gleiche Mischlufttemperatur im Bereich des Thermostatventils 25 zu erreichen. Während bei niedrigeren Temperaturen der Antriebsstift 41 nur wenig aus dem Thermostatgehäuse 42 herausragt und dementsprechend die Steuerklappe Jie in Fig.6 strichpunktiert eingezeichnete Stellung einnehmen mag, wird mit zunehmender Temperatur der Kaltluft der Antriebsstift 41 entgegen der Kraft der zweiten Rückstellfeder 54 aus dem Thermostatgehäuse 42 herausgedrückt und bei gleicher Teillast beispielsweise die in F i g. 6 ausgezogen eingezeichnete Stellung der Steuerklappe 11 erreicht, bei der weniger Warmluft zugemischt wird. Außer der Vermeidung einer Vollastvereisung ist also zusätzlich erreicht, daß trotz unterschiedlicher Temperaturen der angesaugten Kaltluft bei gleicher Teillast Mischluft der gleichen

Temperatur dem Vergaser zugeführt wird.

Auf diese Weise läßt sich auch das unterschiedliche Abkühlen der Mischluft zwischen der Steuerklappe und dem Thermostatventil bei ungleichen Temperaturen der Kaltluft ausgleichen. Dies kann insbesondere bei längeren dazwischenliegenden Rohrleitungen wichtig sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen mit einer im Ansaugstutzen eines Luftfilters schwenkbaren Steuerklappe zur gleichzeitigen Steuerung der Durchtrittsöffnung eines Warmluft- und eines Kaltluftkanals, auf die ein pneumatischer Stellmotor und ein Antriebsgestänge einwirkt, eine einen Steuerdruckraum durchsetzende erste Rückstellfeder aufweist, die in Schließrichtung des Warmiuftkanals wirkt, bei der der Steuerdruckraum des Stellmotors über eine Steuerdruckleitung mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe liegenden Abschnitt des Ansaugkanals verbunden ist und die Steuerdruckleitung ein Thermostatventil aufweist, das einen von einem Bimetall betätigten Ventilkörper beinhaltet, das den Ventilkörper bei Erreichen der Solltemperatur in Offenstellung bewegt und eine Verbindung zum Reinluftraum des Ansaugluftfilters aufsteuert, und bei der ein der Kaltluft ausgesetzter Thermostat vorgesehen ist, der über einen Anschlag den Schwenkbereich der Steuerklappe in der den Warmluftkanal abschließenden Richtung festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat als Wachsthermostat (40) ausgestaltet ist und einen Teil des Antriebsgestänges (14) zwischen dem pneumatischen Stellmotor (15) und der Steuerklappe (11) bildet, das er mit zunehmender Temperatur der Kaltluft gegen die Kraft einer zweiten Rückstellfeder (54) verlängert, und daß der Anschlag (20) unbeweglich ausgebildet ist und zwischen der ersten Rückstellfeder (17) und dem Wachsthermostat (40) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem als Membrandose ausgebildeten pneumatischen Stellmotor bei der die erste Rückstellfeder auf eine sich an der Membran abstützende, mit dem Antriebsgestänge gekuppelte Scheibe einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (51) mit einem in den Kaltluftkanal (9) hineinragenden, in Richtung (12) der durchströmenden Luft offenen Rahmen (52) fest verbunden ist, der den einerseits an der Scheibe (51) und anderserseits über die als Druckfeder ausgebildete zweite Rückstellfeder (54) an dem gegenüberliegenden, von einer Antriebsstange (47) gleitbar durchsetzten Rahmenboden (53) abgestützten Wachsthermostaten (40) aufnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wachsthermostat (40) einerseits mit einem Antriebsstift (41) in eine Vertiefung (50) der Scheibe (51) und andererseits in eine topfförmige Hülse (44) aus gelochtem Material eingreift, die am Innenumfang (55) der zweiten Rückstellfeder (54) zentriert und an ihrem freien Rand mit einem Kragen (45) zum stirnseitigen Abstützen der zweiten Rückstellfeder (54) versehen ist und einen mit der Antriebsstange (47) verbundenen Hülsenboden (46) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Antriebsstange (47) durchsetzte Rahmenboden (53) mit einem sich in Richtung (12) der durchströmenden Luft erstreckenden Einführungsschlitz (56) für die Antriebsstange (47) versehen ist und in Nähe der Schlitzmündung (57) mindestens einen das seitliche Herausrutschen der zweiten Rückstellfeder (54) aus dem Rahmen (52) verhindernden Vorsprung (58) aufweist.