DE2147027A1

DE2147027A1 - Vorrichtung zur regelung der temperatur der ansaugluft von gemischverdichtenden brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2147027A1
Application number: DE2147027A
Authority: DE
Inventors: Heinz Mueller; Paul Schoenefeld
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1971-09-21
Filing date: 1971-09-21
Publication date: 1973-04-05
Also published as: US3830210A; DE2147027C3; GB1361728A; SE386958B; DE2147027B2; FR2154186A5; IT961792B

Description

6. September 1971

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Anmelderin: Filterwerk Mann & Hummel GmbH, 714 Ludwigsburg, Hindenburgstr. 37-45

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Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen mit einer im Rohluftstutzen eines Ansaugluftfilters angeordneten Steuerklappe, die mit einem pneumatischen Stellmotor zusammenwirkt und in einer Endlage, über eine einen Steuerraum durchsetzende Rückstellfeder im Stellmotor bewegt, einen Warmluftkanal abschließt und gleichzeitig einen Kaltluftkanal aufsteuert, wobei der Steuerraum des Stellmotors über Steuerleitungen, die einen kalibrierten Drbsselquerschnitt beinhalten, mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe liegenden Abschnitt des Ansaugkanals verbunden ist und in den Steuerleitungen ein temperaturabhängig betätigtes Belüftungsventil mit einem auf einen Ventilkörper einwirkenden Bimetallthermostaten vorgesehen ist.

Eine derartige Regelvorrichtung wird beispielsweise in der US-PS 3 459 165 beschrieben. Bei der bekannten Vorrichtung ist der Unterdruck in den Steuerleitungen und damit auch in dem pneumatischen Stellmotor bei Vollastbetrieb so gering, daß die pneumatischen Kräfte von der Kraft der Rückstellfeder im Stellmotor übertroffen werden und die Steuerklappe

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den Warmluftkanal "bei diesem Betriebszustand grundsätzlich verschließt. Durch die alleinige Zufuhr von kalter Ansaugluft wird "bei Vollast in vorteilhafter Weise ein "besserer Fiillungsgrad der Brennkraftmaschine und damit eine höhere Leistung erreicht.

Nachteilig ist bei der bekannten Vorrichtung aber, daß auch während der Warmfahrperiode die vom Auspuff angebotene Heißluft nur bei Teillast, nicht aber bei Vollast zur Aufwärraung der Brennkraftmaschine genutzt werden kann. Hierdurch wird das Erreichen der für die Gemischbildung und Verbrennung günstigsten Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erheblich verzögert.

Ferner ist in der Praxis allgemein bekannt, die Steuerklappe durch einen im Ansaugluftstrom angeordneten Thermostaten zu betätigen. Mit einem solchen Antrieb der Steuerklappe hält man die Temperatur der Ansaugluft unabhängig von der strömenden Luftmenge in einem bestimmten Bereich. Zwar wird dann der Brennkraftmaschine beim Anlauf zunächst nur Warmluft und mit fortschreitender Erwärmung zunehmend Kaltluft zugeführt, jedoch ist eine den jeweiligen Betriebszuständen angepaßte Regelung nicht vorgesehen, so daß auch von der ψ erwärmten Brennkraftmaschine bei Vollast unerwünscht warme Luft angesaugt wird. Verminderte Füllung und damit geringere Leistung der Maschine sind die Folgen.

• Die gleichen Nachteile weist eine aus der US-PS 1 242 926 hervorgehende Bauart auf, bei der der Antrieb von zwei den Zustrom von warmer und kalter Luft regulierenden Steuerklappen über ein Hebelgestänge durch einen von der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine beeinflußten Thermostaten erfolgt. Auch hier ist eine den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine angepaßte Regelung nicht vorgesehen..

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Antrieb der Steuerklappe unter Beseitigung der aufgezeigten Mangel in der Funktion zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerleitungen zwischen dem Stellmotor und dem Belüftungsventil ein Rückschlagventil mit einem Ventilkörper aufweisen, der oberhalb einer vorbestimmten, von der Brennkraftmaschine beeinflußten Temperatur durch einen Thermostaten vom Ventilsitz abgehoben ist und unterhalb der vorbestimmten Temperatur die Steuerleitungen gegen Luftströmungen vom Belüftungsventil zum Stellmotor verschließt.

Die Brennkraftmaschine erhält nunmehr während der Warmfahrperiode auch bei Vollast erwärmte Luft und erreicht dadurch die günstigste Betriebstemperatur rascher. Hierdurch werden die Nachteile des Kaltstartbetriebes der Brennkraftmaschine beachtlich herabgesetzt.

Nachstehend wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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

Figur 2 das bei der Regelvorrichtung der Figur 1 verwendete, an das Belüftungsventil und an den Stellmotor angeschlossene Rückschlagventil im Längsschnitt in vergrößerter Darstellung.

Eine Brennkraftmaschine 1 hat einen Ansaugkanal 2, ein Auspuffrohr 3 und einen Ventilkammerdeckel 4. Der Ansaugkanal 2 trägt einen Vergaser 5 mit einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 6. Auf den Vergaser 5 ist ein Ansaugluftfilter 7 mit

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einem ringförmigen, radial von außen nach innen durchströmten, einen Reinluftraum 8 umschließenden Filtereinsatz 9 und einem Ansaugrohr 10 aufgesetzt. Das Ansaugrohr 10 hat einen Rohluftstutzen 11, in den ein Kaltluftkanal 12 und ein Warmluftkanal 13 einmünden. Die Warmluft wird von der Nähe des Auspuffrohres 3 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt.

Eine in dem Rohluftstutzen 11 schwenkbar angeordnete Steuerklappe 14 hat einen Schwenkhebel 15» an dem die Antriebsstange 16 eines pneumatischen Stellmotors 17 angreift. Der Stellmotor enthält eine Gummimembran 18 und eine einen Steuerraum 19 durch-" setzende Rückstellfeder 20 und ist über die Steuerleitungen 21, 22, 23 stromab der Vergaserdrosselklappe 6 an den Ansaugkanal 2 der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen. Die Steuerklappe 14 ist durch den pneumatischen Stellmotor 17 gegen die Kraft der Rückstellfeder 20 aus ihrer einen, in Figur 1 ausgezogen gezeigten Endstellung, in der sie den Warmluftkanal 13 abschließt und gleichzeitig den Kaltluftkanal 12 öffnet, in ihre andere, gestrichelt dargestellte Endstellung schwenkbar, in der sie den Kaltluftkanal 12 abschließt und den Warmluftkanal 13 öffnet.

An die Steuerleitungen 22, 23 ist zwischen einem kalibrierten Drosselquerschnitt 30.und dem Stellmotor 17 ein im Reinluftraum 8 angeordnetes, am Filtergehäuseboden befestigtes Belüftungsventil 32 angeschlossen. Das Gehäuse 33 des Belüftungsventils umschließt einen Raum 34, der mit dem Reinluftraum 8 des Ansaugluftfilters 7 über eine Öffnung 35 in ständig offener Verbindung steht. Im Raum 34 ist ein Bimetallthermostat 37 angeordnet, der auf einen als Kugel ausgebildeten Ventilkörper 38 einwirkt. Unterhalb einer vorbestimmten Temperatur der Ansaugluft wird der Ventilkörper 38 von dem Bimetallthermostaten 37 gegen einen als Ventilsitz 39 ausgestalteten Absatz einer eine Durchgangsbohrung 40 aufweisenden Gewindemuffe 41 angedrückt. Über die Durchgangsbohrung 40 hat der Raum 34 eine vom Ventilkörper 38 über den Thermesteten 37 gesteuerte Ver-

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bindung zum Reinluftraum 8 des Ansaugluftfilters 7. Außerdem münden in den Raum 34 die Steuerleitungen 22, 23, von denen letztere mit dem Drosselquerschnitt 30 versehen ist.

An die Steuerleitungen 21, 22 ist zwischen dem Stellmotor 17 und dem Belüftungsventil 32 ein Rückschlagventil 50 angeschlossen. Das Gehäuseunterteil 51 besteht aus Aluminium-Spritzguß mit guter Wärmeleitfähigkeit und ragt mit einem Absatz 52 in eine Öffnung 4a des Ventilkammerdeckels 4 der Brennkraftmaschine 1 hinein. Is umschließt zusammen mit dem aus Kunststoff bestehenden Gehäuseoberteil 53 einen Raum 54» in den die Steuerleitung 21 einmündet. Der Raum 54 enthält einen U-förmig gebogenen Bimetallthermostaten 55, dessen unterer Schenkel 56 für einen guten Wärmeübergang mit einer großen Fläche eng am Boden des Gehäuseunterteils 51 anliegend festgelegt ist. Der obere Schenkel 57 ist an seinem freien Ende nach oben abgewinkelt und wirkt auf einen als Kugel ausgestalteten Ventilkörper 58 ein. Eine in eine Gewindebohrung 59 des Gehäuseoberteils 53 eingeschraubte Gewindemuffe 60 hat einen als Ventilsitz 61 ausgebildeten Absatz und eine vom Ventilkörper 58 über den Thermostaten 55 gesteuerte Verbindung 62 zu einem Raum 63 oberhalb der Gewindemuffe 60, der von einem abnehmbaren Deckel 64 luftdichb verschlossen ist. In den Raum 63 mündet die Steuerleitung 22 ein, die das Belüftungsventil 32 mit dem Rückschlagventil 50 verbindet. Die Befestigung des Rückschlagventils 50 an dem Ventilkammerdeckel 4 erfolgt über einen Drahtbügel 70. Zum Einjustieren des Rückschlagventils kann der Deckel 64 abgenommen und die Gewindemuffe 60 mehr oder weniger in die Gewindebohrung 59 eingeschraubt werden.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine herrscht in dem ganzen Ansaugsystem ein Unterdruck, der im Ansaugkanal 2 am größten ist und zum Kaltluftkanal 12 hin abnimmt. Der große Unterdruck des Ansaugkanals 2 v/tr.i du roh die Steller Leitungen 21, 22, 23 in den Steuerraum 19 des pneumatischen Stellmotors

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17 unterhalb der Membran 18 übertragen, wo er entsprechend den auf beiden Seiten der Membran herrschenden Unterdrücken und entsprechend der Membranfläche eine Kraft sum Verstellen der Steuerklappe 14 ausübt. Einen Einfluß auf die Druckverhältnisse in den Steuerleitungen 21, 22, 23 hat außerdem die luf■'/. die ständig durch die Öffnung 35 in den vom Ventilgehäuse yii des Belüftungsventils 32 umschlossenen Raum 34 eindringt und den Bimetallthermostaten 37 umspült. Dieser Anteil, der unter Umgehung des Vergasers 5 in den Ansaugkanal 2 strömt, ist verhältnismäßig gering und dient lediglich dazu_? den Bimetallthermostciten 37 ausreichend mit der Mischluft in Kontakt zu bringen. Eine größere Wirkung übt dagegen die Luft aus, die durch die Durchgangsbohrung 40 in den Raum 34 gelangen kann, wenn der Birnetallthermostat 37 sich oberhalb einer vorbestimmten Temperatur nach unten weggebogen und der Ventilkörper 38 den Ventilsitz 39 freigegeben hat.

Einen Einfluß auf die Druckverhältnisse in der Steuerleitung 21 und somit auf die Stellung der Steuerklappe 14 übt außerdem das Eückschlagventil 50 aus, indem es unterhalb einer vorbestimmten Temperatur im Ventilkammerdeekel 4 der Brennkraftmaschine 1 die Steuerleitungen gegen Luftströmungen vom Belüftungsventil 32 zum Stellmotor 17 verschließt und ψ dadurch verhindert, daß ein vorhandener Unterdruck in dem Steuerraum 19 des Stellmotors 17 durch Zuströmen von Luft abgebaut und der Warmluftkanal 13 durch die Steuerklappe 14 verschlossen wird.

Wenn die kalte Brennkraftmaschine 1 in Betrieb genommen wird, drückt der Bimetallthermostat 37 des Belüftungsventils 32 auf den Ventilkörper 38 und verschließt die Durchgangsbohrung 40 in der Gewindebuchse 41, die den Reinluftraum 8 des Ansaugluftfilters 7 mit dem Raum 34 innerhalb des Ventilgehäuse 33 verbindet. Der Thermostat 55 des Rückschlagventils 50 hat dagegen den Ventilkörper 58 freigegeben, so daß

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dieser die Verbindung 62 zwischen dem an die Steuerleitung 22 angeschlossenen Raum 63 gegen Luftströmungen vom Belüftungsventil 32 zum Stellmotor 17 verschließen kann.

Bei geschlossener Vergaserdrosselklappe, beispielsweise im Leerlaufbetrieb, ist der Unterdruck im Ansaugkanal 2 besonders groß. Der nun im Stellmotor 17 unterhalb der Membran auftretende große Unterdruck vermag die Steuerklappe 14 gegen die Kraft der Rückstellfeder 20 in ihre in Figur 1 gestrichelt gezeichnete Stellung zu schwenken, bei der sie den Kaltluftkanal 12 verschließt und den Warmluftkanal 13 geöffnet hat.

Wird nun die Vergaserdrosselklappe 6 geöffnet, so verringert sich der Unterdruck in dem Ansaugkanal 2. Zum Ausgleich des höheren Unterdrucks in den Steuerleitungen 22, 23 strömt Luft vom Ansaugrohr 2 in diese Steuerleitungen ein. Die Steuerleitung 21 bleibt durch das Rückschlagventil 50 gegen einen solchen Luft- bzw. Druckausgleich verschlossen. Damit bleibt die Stellung der Steuerklappe 14 in der in Figur 1 gestrichelt gezeigten Lage, bei der sie nur die Zufuhr von Warmluft durch den Warmluftansaugkanal 13 zuläßt, erhalten. Die Brennkraftmaschine 1 erhält nun auch bei Vollast zunächst nur erwärmte Luft und erreicht schneller die günstigste Betriebstemperatur. Erst wenn die von der Brennkraftmaschine beeinflußte Temperatur, im vorliegenden Fall die von den Durchblasgasen in der Ventilkammer beeinflußte Temperatur, einen vorbestimmten Wert überschreitet, drückt der Thermostat 55 den Ventilkörper 58 vom Ventilsitz 61 ab, und der verringerte Unterdruck im Ansaugkanal 2 kann sich nunmehr voll auf die Membran 18 des Stellmotors 17 auswirken.

Bei vollständig geöffneter Vergaserdrosselklappe 6 ist der Unterdruck im Ansaugkanal 2 und damit im Steuerraum 19 des pneumatischen Stellmotors 17 so gering, daß er nicht mehr die Kraft der Rückstellfeder 20 überwindet. Dann ist der

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Warmluftkanal 13 auf jeden Fall geschlossen, und die Brennkraftmaschine 1 erhält nur Luft durch den Kaltluftkanal 12. Die geringere Temperatur der Ansaugluft ergibt dann einen besseren Füllungsgrad der Maschine, so daß im Vollastbetrieb eine bessere leistung erzielt wird.

Das Belüftungsventil 32 beeinflußt in bekannter Weise abhängig von der Temperatur der Luft im Reinluftraum 8 des Ansaugluftfilters 7 den Druck in den Steuerleitungen. Überschreitet die Temperatur der Luft, die durch den ¥armluftkanal 13 in den Rohluftstutzen 11 eintritt und nach Durchqueren des Filtereinsatzes 9 in den Reinluftraum 8 und von dort teilweise durch die Öffnung 35 in den Raum 34 gelangt, einen vorbestimmten Wert, so beginnt sich der Bimetallthermostat 37 nach unten zu krümmen. Der Ventilkörper 38 hebt sich von dem Ventilsitz 39 ab, und es kann zusätzlich Reinluft in die Steuerleitungen 21, 22, 23 eindringen und dort den Unterdruck abbauen. Die Steuerklappe 14 schwenkt nun von ihrer den Kaltluftkanal 12 verschließenden Endstellung so weit weg, bis die Mischluft die Temperatur hat, bei der sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der Kraft der Rückstellfeder 20 einerseits und den an der Membran 18 des Stellmotors 17 sowie an der Steuerklappe 14 auftretenden Kräften andererseits einstellt.

Die Temperatur, die auf den Thermostaten des Rückschlagventils einwirkt, kann anstelle von den Durchblasgasen beispielsweise auch vom Kühlwasser, von der Kühlluft oder von der Auspuffleitung beeinflußt sein. Desgleichen kann der Thermostat im Rückschlagventil so angeordnet sein, daß er der Mischungstemperatur der angesaugten Warm- und Kaltluft ausgesetzt ist.

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Claims

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Anspruch

Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen mit einer im Rohluftstutzen eines Ansaugluftfilters angeordneten Steuerklappe, die mit einem pneumatischen Stellmotor zusammenwirkt und in einer Endlage, über eine einen Steuerraum durchsetzende Rückstellfeder im Stellmotor bewegt, einen Warmluftkanal abschließt und gleichzeitig einen Kaltluftkanal aufsteuert, wobei der Steuerraum des Stellmotors über Steuerleitungen, die einen kalibrierten Drosselquerschnitt beinhalten, mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe liegenden Abschnitt des Ansaugkanals verbunden ist und in den Steuerleitungen ein temperaturabhängig betätigtes Belüftungsventil mit einem auf einen Yentilkörper einwirkenden Bimetallthermostaten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitungen (21, 22) zwischen dem Stellmotor (17) und dem Belüftungsventil (32) ein Rückschlagventil (50) mit einem Ventilkörper (58) aufweisen, der oberhalb einer vorbestimmten, von der Brennkraftmaschine (1) beeinflußten Temperatur durch einen Thermostaten (55) vom Ventilsitz (61) abgehoben ist und unterhalb der vorbestimmten Temperatur die Steuerleitungen (21, 22) gegen Luftströmungen vom Belüftungsventil (32) zum Stellmotor (17) verschließt.

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