DE19805961A1 - Luftmischer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftmischer für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, einem Kaltlufteinlaß und einem Warmlufteinlaß.

Mit Hilfe eines solchen Luftmischers kann der Brennkraftma­ schine unabhängig von der Außentemperatur Ansaugluft mit einer erwünschten, für die Verbrennung vorteilhaften Tempera­ tur zugeführt werden. Hierzu kann beispielsweise bei einer Außentemperatur von Null Grad Celsius oder kälter und einem Warmluftangebot von 80 bis 100 Grad Celsius Kaltluft und Warmluft zusammengemischt werden, um als Ansaugluft Mischluft mit einer gewünschten Temperatur zu erhalten. Insbesondere in schneereichen Ländern kann bei Fahrten, die durch starken Schneefall bzw. Schneeverwirbelungen beeinträchtigt sind, Schnee mit angesaugt werden und dieser Schnee sich am Filter­ einsatz an lagern und unter Umständen diesen Filtereinsatz verstopfen. Dies kann zu einem Stillstand des Motors führen.

Um den Eintritt von Schnee in den Ansaugbereich zu verhin­ dern, ist bereits vorgeschlagen worden, am Rohlufteinlaß einen Siebkorb, der den Schnee zurückhält, und für den Fall des Verstopfens des Siebkorbs einen zusätzlichen Rohluftein­ laß mit einer federgespannten Klappe vorzusehen, die sich bei Unterdruck im Ansaugbereich infolge des verstopften Siebes öffnet (vgl. DE 44 13 765 A1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bereits bekannte Luftmischer weiter zu verbessern. Insbesondere soll bei einem einfachen Aufbau des Luftmischers das Eindringen von Schnee zuverlässig verhindert und die Luftmischung über einen weiten Betriebsbereich sichergestellt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Luftmischer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Erfassungs­ einrichtung zur Erfassung von Schneeluft und eine von der Erfassungseinrichtung gesteuerte Verschließvorrichtung zum Verschließen des Kaltlufteinlaßes bei Schneeluft vorgesehen sind.

Unter Schneeluft ist dabei Luft zu verstehen, die kalt genug ist, um Schnee enthalten zu können, d. h. Luft, die etwa zwischen null bis zwei Grad Celsius kalt oder kälter ist. Der Kaltlufteinlaß wird also dann, wenn die Gefahr des Ein­ dringens von Schnee besteht, verschlossen, um den Eintritt von Schneeluft durch den Kaltlufteinlaß und dadurch das Eindringen von Schnee- bzw. Eiskristallen zu verhindern. Über den Warmlufteinlaß kann Warmluft in den Luftmischer gelangen, die ausreichend erwärmt ist, so daß sie keine Schnee- bzw. Eiskristalle enthalten kann.

Zweckmäßigerweise ist die Erfassungseinrichtung als Tempera­ turerfassungseinrichtung ausgebildet. Der Luftmischer kann hierdurch erkennen, wann die Kaltlufttemperatur unter einen kritischen Wert fällt und sich in der durch den Kaltluftein­ laß angesaugten Luft Schnee befinden könnte, und der Kalt­ lufteinlaß dementsprechend mit der Verschließvorrichtung zu verschließen ist.

Die Verschließvorrichtung kann verschiedenartig ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Verschließvorrichtung einen eigenen Schieber oder dergleichen aufweisen, der in entspre­ chender Stellung den Kaltlufteinlaß verschließt. Vorzugsweise jedoch ist die Verschließvorrichtung Teil einer Einstellvor­ richtung, mit der das Mengenverhältnis von in das Gehäuse eindringender Kaltluft und Warmluft eingestellt werden kann. Hierbei kann die Einstellvorrichtung derart ausgebildet sein, daß sie in eine Stellung bringbar ist, in der der Kaltluft­ einlaß verschlossen ist, und sie von der Erfassungseinrich­ tung steuerbar ist. Die Verschließvorrichtung kann insbeson­ dere eine Mischerklappe aufweisen, die zwischen einer ersten Stellung, in der der Kaltlufteinlaß verschlossen ist, und einer zweiten Stellung, in der der Warmlufteinlaß verschlos­ sen ist, beweglich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine Steuereinheit zur Steuerung der Verschließeinheit im Inneren des Gehäuses angeordnet und weist das Gehäuse einen Steue­ rungslufteinlaß zum Einlaß von Kaltluft zu der Steuereinheit auf.

Vorteilhafterweise sind die Steuereinheit und der Steuerungs­ lufteinlaß stromab des Kaltlufteinlasses und des Warmluftein­ lasses angeordnet, so daß die Steuereinheit im Mischluftstrom liegt. Hierdurch kann die Steuereinheit im Normalbetrieb, wenn keine Schneeluft vorliegt, als Regeleinheit arbeiten, die die Stellung der Verschließeinheit in Abhängigkeit der Mischlufttemperatur regelt. Insbesondere kann ein Temperatur­ element bzw. ein Temperaturfühler, insbesondere ein Thermo­ stat zur Betätigung der Verschließeinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur der Mischluft vorgesehen sein.

Um den Kaltlufteinlaß bei Schneeluft zu verschließen, kann der Steuereinheit, insbesondere deren Thermostat, über den Steuerungslufteinlaß bei Schneeluft Kaltluft zugeführt werden, so daß die Steuereinheit nicht von der an sich wärmeren Mischluft, sondern von der kälteren Temperatur der über den Steuerungslufteinlaß geführten Kaltluft ausgeht und die Verschließvorrichtung dementsprechend ansteuert, um diese zu verschließen. Mit Hilfe des Steuerungslufteinlasses kann die Steuereinheit manipuliert werden, in dem die Steuerein­ heit gezielt der Kaltluft ausgesetzt wird, so daß diese mehr Warmluft zuzumischen versucht und die Verschließvorrichtung in ihre verschließende Stellung bringt.

Vorteilhafterweise ist für den Steuerungslufteinlaß eine Absperreinrichtung vorgesehen, die den Steuerungslufteinlaß im Normalbetrieb verschließt und bei Schneeluft öffnet. Die Steuereinheit wird also nur bei Schneeluft der Kaltluft ausgesetzt, während im Normalbetrieb über den Steuerungsluft­ einlaß keine Kaltluft eindringen kann und die Steuereinheit von der normalerweise wärmeren Mischluft ausgeht. Im Normal­ betrieb, d. h. wenn keine Schneeluft vorliegt, ist die Steuer­ einheit bzw. deren Thermostat der aus Kaltluft und Warmluft zusammengemischten Mischluft ausgesetzt, so daß deren Tempe­ ratur geregelt werden kann. Hierzu wird der Kaltlufteinlaß mehr oder weniger geöffnet bzw. der Warmlufteinlaß mehr oder weniger geschlossen, um das gewünschte Mengenverhältnis von Kaltluft und Warmluft und hierdurch die gewünschte Mischluft­ temperatur einzustellen. Bei Schneeluft dagegen öffnet die Absperreinrichtung für den Steuerungslufteinlaß, so daß die Steuereinheit bzw. deren Thermostat im Inneren des Gehäuses nicht mehr der Mischluft, sondern der durch den Steuerungs­ lufteinlaß eindringenden Kaltluft ausgesetzt ist und als Folge der Kaltlufteinlaß verschlossen wird.

Der Strömungsquerschnitt des Steuerungslufteinlasses kann im Vergleich zum Kaltlufteinlaß sehr klein sein, beispielsweise 5 bis 15% des Letzteren betragen, da über den Steuerungs­ lufteinlaß keine Ansaugluft bereitgestellt werden soll, sondern nur der Thermostat der Steuereinheit der Kaltluft ausgesetzt werden soll.

Die Absperreinrichtung ist vorzugsweise in Abhängigkeit von der Erfassungseinrichtung steuerbar, insbesondere von dieser betätigbar ausgebildet.

Die Absperreinrichtung kann als separates Bauteil ausgebildet sein, das beispielsweise mittels einer Betätigungsvorrichtung in Abhängigkeit eines entsprechenden Signales der Erfassungs­ einrichtung betätigt wird. Vorzugsweise jedoch wird die Absperreinrichtung von der Erfassungseinrichtung selbst gebildet. Die Erfassungseinrichtung und die Absperreinrich­ tung können ein integrales gemeinsames Bauteil besitzen, das sich in Abhängigkeit der Kaltlufttemperatur zwischen zwei Stellungen verformt. Die Erfassungseinrichtung ist also gleichzeitig als Sensor und Aktor ausgebildet. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung ein Bewegungselement vorzugs­ weise aus Bi-Metall bzw. Memory-Metall besitzen, das entspre­ chend der Umgebungstemperatur zwischen zwei Stellungen beweglich ist. Dieses Bewegungselement, das gleichzeitig als Erfassungseinrichtung und als Absperreinrichtung wirkt, ist dabei bei Schneeluft in einer ersten Stellung, in der es den Steuerungslufteinlaß freigibt, und bei über der kritischen Temperatur liegenden Umgebungslufttemperaturen in einer zweiten Stellung, in der es den Steuerungslufteinlaß ver­ schließt.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der nachfolgenden Beschreibung hervor und können für sich sowie in Unterkombination für sich schutzfähige Ausfüh­ rungsformen bilden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 einen Luftmischer gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung in einer schemati­ schen Darstellung von der Seite, wobei ein Steuerungslufteinlaß an einer Gehäuseuntersei­ te mit einer zugehörigen Absperreinrichtung gezeigt ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Absperreinrichtung für den Steuerungslufteinlaß gemäß Fig. 1.

Der Luftmischer besitzt ein Gehäuse 1, das an einem seiner Enden einen Kaltlufteinlaß 2 und einen Warmlufteinlaß 3 aufweist. Am gegenüberliegende Ende ist ein Mischluftauslaß 4 vorgesehen, der mit der nicht weiter dargestellten Einlaßsei­ te einer Brennkraftmaschine verbunden werden kann (vgl. Fig. 1).

Um das Mengenverhältnis der durch den Kaltlufteinlaß 2 eintretenden Kaltluft und der durch den Warmlufteinlaß 3 eintretenden Warmluft einstellen zu können, ist im Inneren des Gehäuses 1 eine Einstellvorrichtung 5 vorgesehen, die eine schwenkbar am Gehäuse gelagerte im wesentlichen platten­ förmige Mischerklappe 6 aufweist. Die Mischerklappe 6 ist derart beweglich, daß sie in einer ersten Stellung, die in Fig. 1 gezeigt ist, den Kaltlufteinlaß 2 verschließt, den Eintritt von Kaltluft verhindert und den Warmlufteinlaß 3 freigibt, so daß durch diesen ungehindert Warmluft in das Innere des Gehäuses einströmen kann, und sie in einer zweiten Stellung den Warmlufteinlaß 3 verschließt, den Kaltluftein­ laß 2 freigibt und den Eintritt von Kaltluft durch den Kaltlufteinlaß 2 ermöglicht.

In der in Fig. 1 gezeigten ersten Stellung der Mischer­ klappe 6 wirkt die Einstellvorrichtung 5 also als Verschließ­ vorrichtung für den Kaltlufteinlaß 2, die den Eintritt von Schneeluft in das Gehäuse 1 verhindert.

Die Mischerklappe 6 ist zwischen den beiden Stellungen stufenlos einstellbar, um jedes gewünschte Mischungsverhält­ nis zwischen Kaltluft und Warmluft bewirken zu können. Um die Mischlufttemperatur regeln zu können, ist im Inneren des Gehäuses 1 eine Regeleinrichtung 7 vorgesehen, die einen vor dem Mischluftauslaß 4, stromab des Kaltlufteinlasses 2 und des Warmlufteinlasses 3 angeordneten Thermostaten 8 aufweist. Der Thermostat 8 ist vorzugsweise als Dehnstreifen-Thermostat ausgebildet.

Mit Hilfe der Regeleinrichtung 7 wird die Stellung der Mischerklappe 6 eingestellt, um durch eine Mengenregulierung der Warmluft- und Kaltluftströme die gewünschte Mischlufttem­ peratur zu erhalten. Hierzu ist zwischen der Mischerklappe 6 und der Regeleinrichtung 7 eine Verbindung 9 vorgesehen, die die Reaktion des Thermostaten 8 auf die Temperatur der diesen umströmenden Luft auf die Mischerklappe 6 überträgt.

Wie Fig. 1 zeigt, weist das Gehäuse 1 einen Steuerungsluft­ einlaß 10 auf, der unmittelbar vor der Regeleinrichtung 7, insbesondere dem Thermostaten 8 mündet. Die Größe des Steue­ rungslufteinlasses 10, d. h. dessen effektive Strömungsquer­ schnittsfläche, beträgt einen Bruchteil der Größe des Kalt­ lufteinlasses 2. Durch den Steuerungslufteinlaß 10 kann Kaltluft zu dem Thermostaten 8 hinströmen, die jedoch nicht als Ansaugluft dient, sondern lediglich den Thermostaten 8 beeinflußt.

Um den Steuerungslufteinlaß 10 verschließen zu können, ist als Absperreinrichtung 11 eine Biegeplatte 12 vorgesehen, die an einer Außenseite des Gehäuses 1 befestigt ist. Die Biege­ platte 12 ist dabei derart ausgebildet, daß sie entsprechend dem Pfeil 13 von einer ersten Stellung, in der sie den Steuerungslufteinlaß 10 verschließt, in eine zweite Stellung, in der sie den Steuerungslufteinlaß 10 freigibt, bewegbar ist. Die Biegeplatte 12 ist, wie Fig. 1 zeigt, neben dem Steuerungslufteinlaß 10 mit einem Lagerabschnitt 14 an dem Gehäuse 1 angelenkt, so daß ein mit dem Lagerabschnitt 14 verbundener Verschlußabschnitt 15 mit einer Schwenkbewegung zwischen den beiden Stellungen bewegbar ist.

Die Biegeplatte 12 ist temperaturempfindlich ausgebildet und ändert ihre Form in Abhängigkeit ihrer Temperatur. Insbe­ sondere verformt sich die Biegeplatte 12 derart, daß sich der Verschlußabschnitt 15 bei einer Temperatur von größer oder gleich etwa 2 Grad Celsius zu dem Steuerungslufteinlaß 10 hin biegt und diesen verschließt (vgl. Fig. 1) und sich der Verschlußabschnitt 15 bei einer Temperatur von kleiner oder gleich etwa 0 bis 2 Grad Celsius von dem Steuerungslufteinlaß 10 weg biegt und hierdurch den Steuerungslufteinlaß 10 freigibt. Wie Fig. 2 zeigt, besitzt der Verschlußabschnitt 15 einen Dichtungsabschnitt 16, der als zu dem Steuerungsluft­ einlaß 10 komplementäre, sich in diese einschmiegende Vertie­ fung ausgebildet ist.

Die sich temperaturabhängig verformende Biegeplatte 12 besteht vorzugsweise aus einem Bi-Metall bzw. einem Memory- Metall, das bei einer Temperatur von etwa 0 bis 2 Grad Celsius die gewünschte Verformung bewirkt. Die Biegeplatte 12 fühlt also eine kritische Temperatur, bei der bzw. unterhalb der die Kaltluft Schnee- bzw. Eiskristalle enthalten könnte, und verformt sich beim Unterschreiten dieser kritischen Temperatur. Die Biegeplatte 12 wirkt zum einen als Erfas­ sungseinrichtung für Schneeluft und zum anderen gleichzeitig als Absperreinrichtung für den Steuerungslufteinlaß 10.

Wenn sich die Absperreinrichtung 11 in der geöffneten Stel­ lung befindet, kann durch den Steuerungslufteinlaß 10 Kalt­ luft zu dem Thermostaten 8 hin einströmen, so daß dieser nicht mehr dem aus Warmluft und Kaltluft zusammengemischten Mischluftstrom, sondern der durch den Steuerungslufteinlaß 10 einströmenden Kaltluft ausgesetzt ist. In Verbindung mit dem Steuerungslufteinlaß 10 wirkt die Regeleinrichtung 7 als Steuereinrichtung für die Mischerklappe 6, d. h. sobald der Thermostat 8 durch den Steuerungslufteinlaß 10 einströmende Kaltluft fühlt, steuert er die Mischerklappe 6 derart an, daß diese in die den Kaltlufteinlaß 2 verschließende Stellung bewegt wird. Der Thermostat 8 ist hierzu derart ausgebildet, daß er die Mischerklappe 6 in die den Kaltlufteinlaß 2 verschließende Stellung bewegt, wenn die den Thermostat umgebende Luft eine Temperatur von kleiner oder gleich als 0 bis 2 Grad Celsius aufweist. Die durch den Steuerungsluftein­ laß 10 einströmende Kaltluft besitzt immer diese Temperatur, da nur in diesem Temperaturbereich die Absperreinrichtung 11 den Kaltlufteinlaß 10 freigibt.

Nachfolgend wird die Funktion und Wirkungsweise des Luftmi­ schers entsprechend der bevorzugten Ausführung näher erläu­ tert.

Im Normalbetrieb, d. h. bei einer Außentemperatur größer oder gleich etwa 2 Grad Celsius ist die Biegeplatte 12 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung, d. h. der Steuerungslufteinlaß 10 ist verschlossen, so daß keine Kaltluft durch den Steuerungs­ lufteinlaß 10 in das Innere des Gehäuses 1 eindringen kann. Die Regeleinrichtung 7 fühlt also die Temperatur des Mischluftstromes, der sich aus der durch den Kaltlufteinlaß 2 einströmenden Kaltluft und der durch den Warmlufteinlaß 3 einströmenden Warmluft, die abhängig von der Temperatur der Brennkraftmaschine beispielsweise zwischen 80 und 100 Grad Celsius betragen kann, zusammensetzt. Die Regeleinrichtung 7 stellt dann in Abhängigkeit von der gemessenen Mischluft­ temperatur die Stellung der Mischerklappe 6 und hierdurch das Mengenverhältnis von Kaltluft zu Warmluft ein, um eine gewünschte Mischlufttemperatur zu erhalten.

Sobald die Umgebungstemperatur, d. h. die Temperatur der Kaltluft auf einen Wert von etwa 0 bis 2 Grad Celsius oder darunter fällt, öffnet die Absperreinrichtung 11 und Kaltluft kann durch den Steuerungslufteinlaß 10 zu der Regeleinrich­ tung 7 hinströmen, so daß diese nicht mehr dem Mischluft­ strom, sondern dem durch den Steuerungslufteinlaß 10 einströ­ menden Kaltluftstrom ausgesetzt ist. Dementsprechend fühlt die Regeleinrichtung 7 nicht mehr die Temperatur der Misch­ luft, sondern unmittelbar die Temperatur der Kaltluft, die kalt genug ist, um Schneekristalle enthalten zu können. Die Regeleinrichtung 7 fühlt also eine Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur, auf die die Mischluft einzuregeln ist. Dementsprechend versucht die Regeleinrichtung 7, um die erwünschte Mischlufttemperatur zu erreichen, mehr Warmluft zuzumischen und bewegt hierzu die Mischerklappe 6 in die den Kaltlufteinlaß 2 verschließende Stellung, die in Fig. 1 gezeigt ist. Durch den Kaltlufteinlaß 2 kann also keine Schneeluft eindringen. Die gesamte Ansaugluft strömt durch den Warmlufteinlaß 3 ein, wobei die Warmluft zu warm ist, um Schnee- bzw. Eiskristalle zu enthalten. Der durch den Steu­ erungslufteinlaß 10 eintretende Kaltluftstrom ist vernachläs­ sigbar.

Claims (11)

1. Luftmischer für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, einem Kaltlufteinlaß und einem Warmlufteinlaß, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erfassungseinrich­ tung (12) zur Erfassung von Schneeluft und eine von der Erfassungseinrichtung gesteuerte Verschließvorrich­ tung (6) zum Verschließen des Kaltlufteinlasses (2) bei Schneeluft vorgesehen sind.

2. Luftmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellvorrichtung (5) zur Einstellung des Ver­ hältnisses von Kaltluft und Warmluft vorgesehen ist, wobei die Verschließvorrichtung von der Einstellvorrich­ tung gebildet ist.

3. Luftmischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erfassungseinrichtung (12) als Temperatur- Erfassungseinrichtung ausgebildet ist.

4. Luftmischer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerein­ heit (7) zur Steuerung der Verschließeinheit (6) im Inneren des Gehäuses (1) angeordnet ist und das Gehäuse einen Steuerungslufteinlaß (10) zum Einlaß von Kaltluft zu der Steuereinheit aufweist.

5. Luftmischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (7) und der Steuerungslufteinlaß (10) stromab des Kaltlufteinlasses (2) und des Warmluftein­ lasses (3) angeordnet sind.

6. Luftmischer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steuerungslufteinlaß (10) vor der Steuer­ einheit (7), insbesondere einem Thermostaten (8) der Steuereinheit, mündet.

7. Luftmischer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Absperreinrichtung (11) für den Steuerungslufteinlaß (10) vorgesehen ist, die den Steue­ rungslufteinlaß im Normalbetrieb verschließt und bei Schneeluft öffnet.

8. Luftmischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (11) in Abhängigkeit von der Erfassungseinrichtung (12) steuerbar, insbesondere von dieser betätigbar ausgebildet ist.

9. Luftmischer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erfassungseinrichtung (12) und die Absperr­ einrichtung (11) ein integrales gemeinsames Bauteil (12), insbesondere aus Bi-Metall bzw. Memory-Metall aufweisen.

10. Luftmischer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungs­ einrichtung ein Bewegungselement (12) aufweist, daß zwischen zwei Stellungen in Abhängigkeit der Kaltluft­ temperatur beweglich ausgebildet ist.

11. Luftmischer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließ­ einrichtung eine Mischerklappe (6) aufweist, die zwi­ schen einer ersten Stellung, in der der Kaltluftein­ laß (2) verschlossen ist, und einer zweiten Stellung, in der der Warmlufteinlaß (3) verschlossen ist, beweglich ist, eine Regeleinheit (7) zur Regelung der Stellung der Mischerklappe mit einem Thermostat (8) stromab der Mischerklappe vorgesehen ist und die Erfassungseinrich­ tung (12) derart ausgebildet ist, daß bei Schneeluft der Thermostat der Kaltluft ausgesetzt ist.