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Einrichtung zum Regeln der Temperatur einer Brennkraftmaschine Die
Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln der Temperatur einer mit
einem Kühlgebläse ausgerüsteten Brennkraftmaschine durch Änderung des Füllungsgrades
einer durch eine Pumpe mit Öl versorgten hydraulischen Schlupfkupplung im Kühlgebläseantrieb
mittels eines im Abgasstrom oder am Zylinder der Maschine angeordneten Temperaturfühlers.
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Regeleinrichtungen der genannten Art haben grundsätzlich die Aufgabe,
die vom Gebläse geförderte Kühlluftmenge den verschiedenen Betriebsbedingungen (Drehzahl,
Belastung, Außentemperatur) der Maschine anzupassen. Damit soll einmal eine unnötig
hohe Leistung für den Antrieb des Gebläses, z. B. bei hohen Drehzahlen und geringer
Belastung der Maschine, vermieden werden. Ferner erstrebt man mit der Regelung eine
Verminderung der Temperaturschwankungen des Arbeitszylinders und des Zylinderkopfes,
deren Temperatur-Wechselbeständigkeit damit verbessert wird. Soweit die erwärmte
Kühlluft zur Beheizung des Fahrzeuges ausgenutzt wird, sucht man eine gleichmäßige
Temperatur der erwärmten Kühlluft aufrechtzuerhalten.
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Im Zusammenhang mit einem im Kühlmittelkreislauf angeordneten Temperaturfühler
und einer sowohl für den Zufluß des Öls zu der Kupplung als auch für den Abfluß
aus der Kupplung mit einem Schöpfrohr versehenen hydraulischen Schlupfkupplung wurde
schon vorgeschlagen, daß der Temperaturfühler den Ölfluß durch ein Ventil steuert,
das mit einem gegen die Kraft einer Feder durch Öldruck verschiebbaren Steuerkolben
zusammenwirkt. Der Steuerkolben dient hierbei einer Rückmeldung des in der Kupplung
herrschenden Zustandes zum Ventil und nimmt damit Einfluß auf den Regelvorgang.
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Hydraulische Schlupfkupplungen mit Schöpfrohr bedingen nicht nur einen
größeren Herstellungsaufwand, sondern haben auch größere Leistungsverluste als für
solche Zwecke ebenfalls bekannte hydraulische Schlupfkupplungen, die mit einem ständig
offenen Ausfluß versehen sind.
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Die Regeleinrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Ventil und der in bekannter Weise mit einem ständig offenen Ausfluß
versehenen Schlupfkupplung eine Drosselstelle vorgesehen ist und daß der vor der
Drosselstelle entstehende Druck auf die der Feder abgelegene Stirnseite des Steuerkolbens
wirkt, diesen mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt des Ventils verschiebt und damit
einen weiteren Zuflußquerschnitt der Schlupfkupplung in einer die Drosselstelle
und das Ventil umgehenden Leitung aufsteuert. In dieser Regeleinrichtung läuft die
Rückmeldung des Temperaturfühlers als Information durch den Regelkreis selbst, d.
h., die Größe des Ventilhubes wird unmittelbar in die Größe der öldurchflußmenge
umgewandelt. Während die Zunahme des Ventilquerschnittes mit dem Hub bald eine Grenze
erreicht, ergibt sich anschließend eine weitere Steigerung durch den vom Steuerkolben
nach der Kupplung freigegebenen Querschnitt. Damit ist trotz des durch die verhältnismäßig
kleine Dehnung des Temperaturfühlers bedingten geringen Ventilhubes eine wirksame
Rückführung des Regelvorganges erzielt. Die Regeleinrichtung ist dabei einfacher
als die vorher beschriebene, abgesehen von dem bereits erwähnten kleineren Herstellungsaufwand
der Kupplung selbst.
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Die in der Regeleinrichtung vorgesehene Drosselstelle ist zweckmäßig
im Steuerkolben selbst angeordnet und z. B. als axiale Bohrung ausgebildet. Dies
ist fertigungsmäßig einfacher als die Anordnung der Drosselstelle im Gehäuse.
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In Weiterbildung der Erfindung gelangt bei niedriger Belastung und
im Leerlauf der Maschine bei geschlossenem Ventil eine Mindestölmenge zu der Schlupfkupplung
durch einen kleinen Durchflußquerschnitt von fester Größe. Dadurch, daß auf diese
Weise das Kühlgebläse unter allen Umständen eine Mindestluftmenge fördert, ist dem
Umstand Rechnung getragen, daß beispielsweise bei einem Fahrzeug-Dieselmotor im
Leerlauf noch etwa 30 % der bei Vollast abzuführenden Wärmemenge über die Kühlluft
weggeschafft werden muß. Beim Anlaufen der Maschine aus dem kalten Zustand läßt
andererseits der kleine Querschnitt, bevor die Maschine und das Öl erwärmt sind
und das Regelventil zu öffnen
begn:it, je nach Temperatur und Steifigkeit
anfangs überhaupt kein Öl nach der Kupplung fließen. Das Gebläse wird dann nicht
oder nur sehr wenig mitgenommen, und die Maschine erreicht schnell die gewünschte
Temperatur.
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Bci längerer Talfahrt wird das Öl viel heißer als die Maschine. Die
dadurch vermindert Zähigkeit des Öls sorgt dann, während das Ventil geschlossen
ist, füi# einen erhöhten Durchfluß durch den kleinen Querschnitt von fester Größe
zu der Gebläsekupplung, so daß die durch die gesteigerte Reibungsarbeit im Schmieröl
anfallende Wärme besser abgeführt wird. Mit dem kleinen Durchflußquerschnitt werden
alle diese Einflüsse auf wesentlich einfachere Weise erzielt als mit einem für denselben
Zweck bekannten Hilfsgebläse oder einer Hilfskupplung.
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Der genannte kleine Durchflußquerschnitt ist vorteilhaft im Steuerkolben,
vorzugsweise in Gestalt einer Umfangsrille vorgesehen. Das genaue Maß des Querschnittes
läßt sich damit fertigungstechnisch besser einhalten, wobei im Falle einer Umfangsrille
der Vorteil einer Selbstreinigung durch die Verschiebungen Jes Steuerkolbens hinzukommt.
Auch der mit der Verschiebung des Steuerkolbens aufgesteuerte weitere Zuflußquerschnitt
wird vorteilhaft als Umfangsrille von entsprechend größerem Querschnitt im Steuerkolben
ausgebildet.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel schematisch
dargestellt. A b b. 1 zeigt das vollständige Schema der Regeleinrichtung, wobei
die steuernden Teile in größerem Maßstab wiedergegeben sind. In A b b. 2 ist nur
die Steuereinrichtung in einer zweiten Stellung gezeigt. A b b. 3 ist ein Schaubild.
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Der treibende Teil 1 der hydraulischen Schlupfkupplung 2 wird
von der Bremskraftmaschine durch das Zahnrad 3 angetrieben. Der getriebene Teil
4 der Kupplung treibt das Kühlgebläse 5 der Maschine. Während infolge Fliehkraftwirkung
ständig Öl aus einer kleinen Öffnung 6 im äußeren Umfang der Kupplung ausspritzt
und in den Sammelbehälter 7 zurückfließt, wird durch eine Leitung 8 eine
in der Zeiteinheit regelbare Ölmenge durch die Hohlwelle des treibenden Teils zugeführt.
Das Öl wird von einer durch die Maschine angetriebenen Pumpe 9 im überschuß
gefördert. Die nachfolgend beschriebene Regeleinrichtung bestimmt den durch die
Leitung 8 der Kupplung zufließenden Teil, während der Rest des geförderten
Öls durch ein Überdruckventil 10 und eine Rücklaufleitung 11 in den
Sammelbehälter 7 zurückfließt.
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An einer geeigneten Stelle der Brennkraftmaschine im Zylinder oder
Zylinderkopf oder vorzugsweise in der Xbgassammelleitung 15 ist ein stabförmiger
Temperatsirfühler 16 vorgesehen. Die Temperaturdehnung des Fühlstabes
17 ergibt eine Verschiebung seines oberen Endes, das über einen abgedichteten
Druckstift 18 zum Aufstoßen des von einer Feder 20 belasteten Kugelventils
19 benutzt wird.
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Ein Steuerkolben 24, der von einer vorgespannten Feder 25 belastet
ist, ist auf seiner gegenüberliegenden sintern Stirnseite 26 einem mit zunehmendem
öffnungsquerschnitt des Ventils 19 ansteigenden Öldruck ausgesetzt, so daß
der Steuerkolben entweder die Stellung nach A b b. 1 oder nach A b b. 2 einnimmt.
Der Öldruck unter dem Steuerkolben bildet sich als Staudruck vor der drosselnden
Längsbohrung 30, über die bei geöffnetem Ventil 19 Drucköl in den
Raum 31 und von dort über den Kanal 32 in die Leitung 8 und nach der
Kupplung 2 fließt.
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Der Steuerkolben 24 hat auf seinem Außenumfang eine kleine
und eine große ringförmige Rille 27, 28, die je nach der Stellung des Steuerkolbens
einen kleinen oder großen Durchflußquerschn.itt zwischen dem Raum 29 und der nach
dem Gebläse führenden Leitung 8 unter Umgehung des Ventils 19 freigeben.
In A b b. 1 ist das Kugelventil 19 geschlossen, denn der Temperaturfühler
16, 17 hat den Druckstift 18 noch nicht berührt. Es wird deshalb nur
eine kleine Ölmenge über die kleinere Ringrille 27 der Kupplung 2 zugeführt, so
daß diese nur wenig gefüllt ist und nur ein kleines Drehmoment mit entsprechend
großem Schlupf überträgt.
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Bei kalter Maschine, also bei kaltem Öl, läßt die Ringrille 27 eine
nur ganz unbedeutende Ölmenge durch, so daß praktisch keine Mitnahme des Gebläses
5 erfolgt. Dadurch wird erreicht, daß die kalte Maschine rasch auf Betriebstemperatur
kommt.
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Wenn der Druckstift 18 das Kugelventil 19 nur wenig
angehoben hat, fließt ein Zweigstrom aus dem Raum 29 in den Raum unter dem
Steuerschieber 24
und von dort durch die Drosselbohrung 30 in den Raum
31 und weiter nach der Kupplung. Mit steigender Temperatur und zunehmendem
öffnungsquerschnitt des Ventils 19 steigt die Füllung der Kupplung.
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Wenn nach A b b. 2 das Kugelventil 19 einen ausreichenden Querschnitt
freigibt, erreicht der Staudruck im Raum unter dem Steuerkolben 24 eine solche Höhe,
daß die Kraft der vorgespannten Feder 25 überwunden und der Steuerkolben in seine
obere Endlage verschoben wird, in der die große Ringrille 28 einen Ölstrom
zu der Kupplung 2 freigibt. Dies reicht nunmehr aus, die Kupplung ganz gefüllt
zu halten.
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Im Schaubild nach A b b. 3 ist über der Temperatur t der mit der Füllung
der hydraulischen Schlupfkupplung veränderliche Förderdruck p des Kühlgebläses 5
aufgezeichnet. Der Punkt a entspricht der Stellung der Regeleinrichtung nach A b
b. 1. Bis zum Punkt b hat das Ventil 19 zu öffnen begonnen. Bei kleinster
weiterer Temperaturerhöhung vollzieht sich die Umschaltung des Steuerkolbens entsprechend
dem Übergang von Punkt b nach Punkt c, von wo ab die Kupplung gefüllt und der Förderdruck
konstant bleibt.