DE7632504U1 - Vorrichtung zur regelung der temperatur der ansaugluft von gemischverdichtenden brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

14. Oktober 1976·

Anraelderin: Filterv/erk Mann & Hummel GmbH, Hindenburgs er. 37-45 7140 Ludwigsburg

Akte 1713

Vorrichtung zur Regelung dar Temperatur der Ansaugluft von gemischvsrdichtenden Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von gemischverdichtenden Brannkraftmaschinen mit einer im Rohluftstutzen eines Ansaugluftfilters schwenkbaren Steuerklappe, die über ein Antriebsgestänge mit einem pneumatischen Stellmotor zusammenwirkt, um in einer Endlage, über eine einen Steuerdruckraum durchsetzende erste Rückstellfeder im Stellmotor bewegt, einen Warmluftkanal bei Unterschreiten eines Sollunterdruckes abzuschließen und gleichzeitig einen Kaltluftkanal aufzusteuern, wobei der Steuerdruckraun des Stellmotors über eine Steuerdruckleitung mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe liegenden Abschnitt des Ansaugkanals verbunden ist und die Steuerdruckleitung ein temperaturabhängig betätigtes Thermostatventil auf v/eist, das einen von einen Bimetall betätigten Ventilkörper beinhaltet, und der Ventilkörper, bei Erreichen der Solltemperatur in Offenstellung bewegt, eine Verbindung zum Reinluftraum des Ansaugluftfilters

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aufsteuert, und wobei ein der Kaltluft ausgesetzter Thermostat vorgesehen ist, der über einen Anschlag den Schwenkbereich der Steuerklappe in der den V/armluftkanal abschließenden Richtung festlegt,

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

Hinzu kommen Ungenauigkeiten dadurch, daß die Kischlufttemperatur 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 temperaturabhänsi&en Thermostatventils. also bei gleicher Temperatur der Mischluft ία Filter, im Sommer und im Winter auch die gleiche Stellung der Steuerklappe ergeben. Andererseits ist leicht einzusehen, daß die gleiche Stellung der Steuerklappe in V/inter, nämlich bei niedrigeren Temperaturen der Kaltluft und damit auch der v/armluft. nicht gleiche Temperaturen der Mischluft im Filter zur Folge haben kann wie im Sommer. Tatsächlich macht im Winter das temperaturabhängig betätigte 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 temperaturabhängig betätigte Thermostatventil ist aber nur bei entsprechend niedrigeren Temperaturen der Mischluft im Ansaugluftfilter möglich, so daß sich in an sich unerwünschter Nielse bei

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gleichen Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine mit nicdrigeren Temperaturen der Kaltluft auch niedrigere Mischluft- h temperaturen ergeben.

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

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs aufgezeigten Gattung (DT-Gm 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 c^es 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.

kannten Vorrichtung zur Regelung der Ansauglufttemperatur mil einfachen Mitteln zu verbessern. Insbesondere sollen die im Teillastbereich durch unterschiedliche Temperaturen der Kaltluft entstehenden Ungenauigkeiten der Temperatur der Mischluft weitgehend beseitigt v/erden.

Die Lösung der Aufgabe kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß der Thermostat als WaGhsthermostat ausgestaltet ist und einen Teil des Antriebsgestänges bildet, das er mit zunehmenden Temperaturen der Kaltluft gegen die Kraft einer zweiten Rückstellfeder verlängert, und daß der Anschlag unbeweglich ausgebildet ist und zwischen der ersten Rückstellfeder und dem Wachsthermostat auf den Antrieb der Steuerklappe einwirkt.

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Durch die Ausgestaltung als Wachsthermostat, wie er ar. sich aus andersartig aufgebauten Antrieben der Steuerklappe bekannt ist (DT-PS 15 26 662), ergibt sich ein Regelelement mit ausreichenden Kräften für den vorgesehenen Zweck. Die Ausbildung des Vfachsthermostats als Teil des Antriebsgestänges zwischen dem pneumatischer Stellmotor und der Steuerklappe führt zu einer nachfolgend noch im einzelnen erklärten weitgehenden Behebung der durch unterschiedliche KaItlufttemperaturen verursachten Ungenauigkeiten der Mischluftteniperatur. Mit dsm auf den Antrieb der Steuerklappe zwischen der ersten Rückstellfeder und dem Viachsthermostat einwirkenden unbeweglichen Anschlag ist die Vollastvereisung sicher vermieden.

Vorteilhaft isi der Yfachstherüiostat mit dem pneumatischer. Stellmotor zu einer Baueinheit zusammengefaßt, die separat zusammengebaut und auf Lager gehalten v/erden kann. Das läot sich bei einer derartigen Regelvorrichtung mit einem als Membrandose ausgebildeten pneumatischen Stellmotor und einer ersten Rückstellfeder, die 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 mit einer Stirnseite an der Scheibe und an der gegenüberliegenden, von einer Antriebsstange gleitbar durchsetzten Rahnienseite über die als Druckfeder ausgebildete zweite Rückstellfeder abgestützten Thermostaten aufnimmt.

Um einen möglichst einfachen, funktionssicheren Aufbau zu erhalten, ist als weitere Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der VJachs thermo stat mit seinem Antriebsstift in eine Vertiefung der Scheibe und gegenüberliegend in eine topfförmige Hülse aus gelochtem Material eingreift, die a~i Innenumfang der zv/eiten Rückstellfeder zentriert und an ihrem freien Rand mit einem Kragen zum stirnseitigen Abstützen der

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zweiten Rückstellfeder versehen ist und einen rait der Antriebsstange verbundenen Hülsenboden aufweist.

Zur Vereinfachung der Montage ist die von der Antriebsstange durchsetzte Rahmenseite mit einem sich in Richtung der durchströmenden Luft erstreckenden Einführungsschlitz für die Antriebsstange versehen, wobei diese Rahmenseite in Nähe der Schlitzrnündung 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

Figur 1 die schematische Darstellung eines an den Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine angeschlossenen Ansaugluftfilter mit der Regelvorrichtung der Erfindung,

Figur 2 einen Achsschnitt durch Einzelheiten der Figur 1 in vergrößerter Darstellung,

Figur 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Figur 2,

Figur 4 die schematische Darstellung eines Teils der Regelvorrichtung bei Vollastbetrieb oberhalb eines vorbestimmten V/ertes der Kaltlufttemperatur,

. Figur 5 den Vorrichtungsteil der Figur 4 bei Volllastbetrieb unterhalb des vorbestimmten Wertes der Kaltlufttemperatur,

Figur 6 den Vorrichtungsteil der Figur 4 im Teillas tbetrieb.

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Der Ansaugkanal 1 einer niclit dargestellten Brennkraftmaschine trägt einen Vergaser 2 mit einer willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe 3. Ein Ansaugluftfilter 4 ist auf den Vergaser 2 aufgesetzt und hat einen ringförmigen, radial von außen nach innen durchs tr ό'τηΐ en, einen F.einluftraum 5 umschließenden Filtereinsatz 6 sowie ein Ansaugrohr In den Rohluftstutzen 8 des Ansaugrohres 7 münden ein KaItluftkanal 9 und ein Vfarmluftkanal 10. Die Warmluft wird durch eine nicht dargestellte V/armluftleitung von der Nähe des Auspuffrohres der Brennkraftmaschine her dem Warmluftkanal zugeführt.

An einer in dem Rohluftstutzen 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 Stauerdruckraum 19 durchsetzende erste Rückstellfeder 17. Sr 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 Figur 1 ausgezogen gezeigten Endstellung, in der sie den Warmluftkanal 10 abschließt und gleichzeitig den Kaltluftkanl 9 öffnet, in ihre andere, gestrichelt dargestellte Endstellung schwenkbar, in der sie den Kaltluftkanal 9 abschließt und den V/armluftkanal 10 öffnet.

Die Steuerdruckleitung 37 enthält ein als temperaturabhängig betätigtes Thermostatventil 25 ausgebildetes Belüftungsventil. Im Ventilgehäuse 26 ist ein Bimetallthermostat 27 einseitig festgelegt, der an seinem freien Ende einen Vantilkörper 28 trägt. Der Ventilkörper steuert bei Erreichen der Solltemperatur eine Verbindung 29 zum Reinluftraum 5 des Ansaugluftfilters 4 auf. Die Übertragung der Temperatur vom Reinluftraum 5 auf dac Bimetall 27 erfolgt durch eine nicht

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dargestellte, im Verhältnis zur Verbindung 29 kleine Öffnung, die in bekannter Weise einen die Druckverhältnisse nur unwesentlich beeinflussenden Luftstrom vom Reinluftraum j in das Innere des Ventilgehäuses 26 zuläßt.

Das Antriebsgestänge 14 weist einen Wachsthermostat 40 mit Antriebsstift 41 und Thermoptatgehäuse 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 Antriebssti.ft 41 greift in eine Vertiefung 50 einer sich J₈ an der Membran 16 abstützenden und das Widerlager für die erste Rückstellfeder 17 bildenden Scheibe 51 ein, die mit - einem in den Kaltluftkanl S hineinragenden und in Richtung

12 der durcli iha strömenden Luft offenen Rahmen 52 fest verbunden ist. Die -""er Scheibe 51 gegenüberliegende Rahmenseite 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 am Innenvunfang 55 der zweiten Rückstellfeder 54 zentriert.

Die Rahmenseite 53 ist von der Antriebsstange 47 durchsetzt und hat einen Einführungsschlitz 56. In Nähe der Schlitzmündung 57 sind zwei VorSprünge 58 angeordnet, die das seitliche Herausrutschen der zweiten Rückstellfeder 54 in Richtung der Schlitzmündung verhindern.

Der Boden 18 des pneumatischen Stellmotors 15 ist als unbev/eglicher 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 Figur 2 gezeigt ist.

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Bei den schematischen Darstellungen in den Figuren 4 bis ί sind für eine vereinfachte Funkt ions erklärung die zweite Rückstellfeder 54, die Hülse 44 und der Rahssn 52 \;eggslassen.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine hsrrscht in de-?, ganzen Ansaugsystem ein Unterdruck, der im Ansaugkanal 1 a.-größten ist und zum Xaltluftkanal 9 hin abnimmt. Der große Unterdruck des Ansaugkanals 1 wird durch die Steucrdruckleitung 37 in den Steuerdruckrauin 19 äes pneumatischen Stellmotors 15 oberhalb der Membran 16 übertragen. Dort übt er entsprechend den auf beiden Seiten der P-iembrari herrschenden Unterdrücken und entsprechend der I-Iembranfiache eine Kraft zum Verstellen der Steuerklappe 11 aus. Einen wesentlichen Einfluß auf die Druckverhältnisse in der Steusrdruckleitung hat außerdem die Luft, die durch die Verbindung 23 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. \'lerm dann· bei entsprechend niedriger Temperatur der angesaugten Luft die Verbindung 29 geschlossen ist, vermag der im Stellmotor 15 oberhalb der i^vierrbran 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 V/armluftkanal 10 geöffnet hat.

Überschreitet die Temperatur der Luft, die durch den '.'arrr.luxtkanal 10 in den Rohluftstutzen 8 eintritt und nach Durchqueren des Filtereinsatzes 6 in den Reinluftraum 5 gelangt und damit das Thermostatventil 25 beeinflußt, einen vorbestimmten "v'ert,

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so beginnt sich der Bimetallthermostat 27 nach oben zu krümmen. Der Ventilkörper 23 gibt die Verbindung 29 zum Reinlufträum 5 frei, und es kann zusätzlich Reinluft in die Steuerdruckleitung 37 eindringen ur.d dort dan Unterdruck abbauen. Als ?..lge davon schwenkt die Steuerklappe 11 von ihrer den Kaltluftkanal 9 verschließenden Sndstellung so weit weg, bis die '.!icchluft die Temperatur hat, bei der sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der Kraft der ersten Rückstellfeder 17 einerseits und den an der Membran 15 des Stellmotors 15 sowie an der Steuerklappe 11 auftretenden Kräften andererseits einstellt.

Mit zunehmendem öffnen der Hauptdrosselklappe 3 des Vergasers 2 verringert sich der Unterdruck in dem Ansaugkanal 1. Bei vollständig geöffneter Hauptdrosselklap:ie 3, also bei Vollastbetrieb, ist der Unterdruck im Ansaugkanal 1 und damit im Uteuerdruckraum 19 des pneumatischen Stellmotors 15 so gering, laß er nicht mehr ausreicht, um die Kraft der ersten Rückstellfeder 17 ~u überwinden. Oberhalb einer vorbestimmten Temperatur der durch den Kaltluftka.ial 9 einströmenden Kaltluft ist

maschine erhält nur Luft durch den Kaltluftkanal 9, wie dies in den figuren 1 und 4 der Zeichnung dargestellt ist. Die sich durch Abschließen des V/armluftkanals 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 viarialuftkanal 10 abschließenden Richtung der Ringabsatz 59 der Scheibe 51 gegen den Anschlag 20 anliegt, bevor der '.."arnluftkanai 10 vollkoinnien abgeschlossen ist. In dieser in Figur 5 gezeigten Stellung der

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St^uerklappe 11 wird noch etwas V/armluft zugeraischt, so daß die Mischluft einen gevrünschten Wert nicht unterschreitet ■and bei Vollast die gefürchtete Vergaservereisung sicher vermieden ist.

Die Wirkungsweise der Regelvorrichtung bei Teillast und unterschiedlichen Temperaturen geht aus der Figur 6 hervor. Die Abmessungen der Regelvorrichtung und die Charakteristik des "ivachsthermostats 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 Wachsthernostat 40 in Zusammenarbeit mit der zv/eiten Rückstellfeder 54 erfolgt, um entsprechend etwas mehr oder weniger V/armluft hinzuzumischen und so trotz unterschiedlicher Temperaturen der Kaltluft die gleiche Kischlufttenperatur im Bereich des temperaturabhängig betätigten Thermostatventils 25 zu erreichen, 'während bei niedrigeren Temperaturen der Antriebsstift 41 nur wenig aus dem Thermostatgehäuse 42 herausrast und dementsprechend die Steuerklasse die in Figur 6 strichpunktiert eingezeichnete Stellung einnehmen mag, wird mit zunehmender Temperatur der Kaltluft der Antriebsstift 41 entgegen der Kraft der zweiten Rückstellfeder 54 aus dem Thermos.tatgehäuse 42 herausgedrückt und bei gleicher Teillast beispielsweise die in Figur 6 ausgezogen eingezeichnete Stellung der Steuerklappe 11 erreicht, bei der weniger Warmluft zugemischt wird. Außer der Vermeidung einer Volllastvereisung 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 I-Iischluft zwischen der Steuerklappe und dem temperaturabhängig betätigten Thermostatventil bei ungleichen Temperaturen der Kaltluft ausgleichen. Dies kann insbesondere bei längeren dazwischenliegenden Rohrleitungen wichtig werden.

Claims (4)

1. :e 1718

   AnsOrüche

   Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen mit einer im Rohluftstutzen eines Ansaugluftfilters schwenkbaren Steuerklappe, die über ein Antriebsgestänge mit einem pneumatischen Stellmotor zusammenwirkt, um in einer Endlage, über eine einen Steuerdruckraum durchsetzende erste Rückstellfeder im Stellmotor bewegt, einen Warmluftkanal bei Unterschreiten eines Sollunterdruckes abzuschließen und gleichzeitig einen Kaltluftkanal aufzusteuern, wobei der Steuerdruckraum des Stellmotors über eine Steuerdruckleitung mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe liegenden Abschnitt <? ss Ansaugkanals verbunden ist und die Steuerdruckleitung ein temperaturabhängig betätigtes Thermostatventil aufweist, das einen von einem Bimetall betätigten Ventilkörper beinhaltet, und der Ventilkörper, bei Erreichen der Solltemperatur in Offenstellung bewegt, eine Verbindung zum Reinluftraura des Ansaugluftfliters aufsteuert, und wobei 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) bildet, das er mit zunehmenden Temperaturen 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) auf den Antrieb der Steuerklappe (11) einwirkt.

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2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einen als Ile-brandose ausgebildeten pneumatischen Stellmotor und einer erster. Rückstellfeder, die auf eine sich an der Membran abstützende, mit dem Antriebsgestänge gekuppelte scheibe einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (51) mit einem in den Kalt luftkanal (9) hin·, inragend en, in Richtung (12) der durchströmenden Luft offenen Rahmen (52) fest verbunden ist, der den mit einer Stirnseite an der Scheibe (51) und an der gegenüberliegenden, von einer Antriebsstange (47) gleitbar durchsetzten Rahraenseite (53) über die als Druckfeder ausgebildete zweite Rückstellfeder (5^) abgestützten Wachsthermostaten (40) aufnimmt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der 'fachstherrnostat (40) mit seinem Antriebsstift (41) in eine Vertiefung (50) der Scheibe (51) und gegenüberliegend in eine topfförnige 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. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die -von der Antriebsstange (47) durchsetzte Rahmenseite (53) mit einem sich in Richtung (12) der durchströmenden Luft erstreckenden Einführungcschlitz (56) für die Antriebsstange (^-7) versehen ist und in Nähe der Schlitzir.ündung (57) mindestens einen das seitliche Herausrutschen der zweiten Rückstellfeder' (54) aus dem Rahmen (52) verhindernden Vorsprung (58) aufweist.