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Vorrichtung zum temperatur- und lastabhängigen Verstellen einer im
Luftfilter einer Brennkraftmaschine schwenkbar gelagerten Warmluftklappe.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum temperatur-und lastabhängigen
Verstellen einer im Luftfilter einer Brennkraftmaschine schwenkbar gelagerten Warmluftklappe,
welche wechselweise den Warm- oder Kaltluftkanal auf der Rohluftseite des Luftfilters
öffnet und schließt, mit einem die Warmluftklappe verstellenden, pneumatischen Stellmotor,
welcher mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine stromab der Drosselklappe verbunden
ist, und mit einem in der Verbindungsleitung zwischen Stellmotor und Saugrohr liegenden,
temperaturgesteuerten BelüStungsventil, welches nach Erreichen einer bestimmten
Temperatur die Verbindungsleitung zur Außenatmosphäre öffnet.
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Die von den Arbeitszylindern einer Br-ennkraftmaschine angesaugte
Frischluft zur Aufbereitung eines Luft-/Kraftstoffgemisches kühlt im Vergaser stark
ab. Je niedriger die Ausgangstemperatur der angesaugten Frischluft ist, desto niedriger
liegt die Endtemperatur der Frischluft im Vergaser. Wenn beispielsweise eine nusgekuhlte
J3reikraftmaschine bei sehr niedrigen Außentemperaturen angelassen wird, ist daher
die Gefahr-einer Vergaseryereisung sehr groß. Man ist daher dazu nbergegangen,-an
die
Rohluftseite eines Luftfilters einen Warmluftkanal -nzuschließen, welcher die vom
Motor angewärmte Kühl- ansaugt. Durch die Erhöhung der Temperatur der ange ten Frischluft
kann die Gefahr der Vergaservereisu. bei einer noch kalten Brennkraftmaschine gebannt
werden.
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Venn die Brennkraftmaschine jedoch warmgelaufen und der Motorraum
der Wärmestrahlung der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, muß dem Motor wieder Kaltluft
zugeführt werden, da ansonsten eine zu starke Erwärmung der Arbeitszylinder und
Kolben auftritt. Ferner verringert sich bei der Zufuhr von Warmluft der Füllungsgrad,
so daß die Leistung der Brennkraftmaschine bei einer Zufuhr von warmer Frischluft
abnimmt. Sowie die Brennkraftmaschine ihren warmen Betriebszustand erreicht hat,
wird daher der Warmluftkanal verschlossen und der Kaltluftkanal geöffnet. Dies erfolgt
im allgemeinen durch eine auf der Rohluftseite des Luftfilters schwenkbar gelagerte
Warmluftklappe, die wechselweise den Warmluftkanal oder den Kaltluftkanal in Abhängigkeit
von der Temperatur freigibt. Die Warmluftklappe wird im allgemeinen von einem Thermostaten
betätigt.
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Diese Maßnahme zur Verhinderung der Vergaservereisung bei kalten Brennkraftmaschinen
unterstützt gleichzeitig eine Yerbesserung der Abgaswerte. Es ist allgemein bekannt,
daß eine Verbrennung des Luft-/£raftstoffgemisches bei niedrigeren Temperaturen,
wie beim Kaltstart und im niedrigen Lastbereich zu schlechten Abgaswerten mit einem
verhältnismäßig großen Anteil an Schadstoffen führt. Die Vorwärmung der Ansaugluft
hebt die Temperatur in den Arbeitsräumen und sorgt daher für eine bessere Verbrennung
und damit bessere Abgaswerte.
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Durch die oben aufgezeigte Maßnahme zur Verhinderung der Vergaservereisung
lassen sich jedoch die Schadstoffanteile im Abgas während des KaltbetrQebe der Brennkrafcmasehine
und beim pbergang vom 7altbetrieb in den WarmbeJrieb nicht in dem wunschenswerten
Maße
verringern. Die Ursacheiiegt darin, daß sich der die Warmluftklappe betätigende
Thermostat entsprechend der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine kontinuierlich
ausdehnt und die Warmluftklappe kontinuierlich verstellt. Durch das kontinuierliche
Verstellen der Warmluftklappe wird der Warmluftkanal allmählich geschlossen und
der Kaltluftkanal gleichzeitig in zunehmendem Maße geöffnet. Hierdurch wird dem
Motor ein Gemisch von Warm- und Kaltluft zugeführt, dessen Kaltluftanteil kontinuierlich
größer wird. Wenn die Brennkraftmaschine noch nicht ihre volle Betriebstemperatur
erreicht hat, bei welcher der Warmluftkanal durch die Warmluftklappe vollständig
geschlossen ist, sinkt in der Übergangsphase zum betriebswarmen Zustand im Leerlauf
und im Schubbetrieb die Temperatur in den Arbeitsräumen der Zylinder wieder stark
ab. Die Folge ist eine Verschlechterung der Abgaswerte, die besonders im Stadtverkehr
mit dem Zwang zum häufigen Anhalten und Anfahren spürbar wird.
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Zur Verbesserung der Abgaswerte während des Überganges zum betriebswarmen
Zustand der Brennkraftmaschine wurde daher eine Vorrichtung entwickelt, mit welcher
die den Warm- oder Ealtluftkanal wechsebreise freigebende Warmluftklappe nicht nur
in Abhän; ikeit von der Temperatur sondern auch in Abhängigkeit von @@@ Motorbelastung
geregelt wird. Derartige bereits in Krafif - zeuge eingebaute Vorrichtungen weisen
einen pneumaische stellmotor auf, welcher die lWarmluftklappe betätigt.
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Der pneur.-.atische Stellmotor ist eine Druckdose, deren Innenraum
durch eine federvorgespannte Membrane geteilt ist. Der die Feder aufweisende Raum
der Druckdose ist über eine Leitung mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine stromab
der Drosse' -?pe verbunden. Die Membrane der Druckdose ist mit der lZarL - klappe
verbunden, so daß die Warmluftklappe entsprechend di Stellung der Membrane den Warm-
oder Kaltluftkanal freigibt oder verschließt.
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In der Verbindungsleitung zwischen der Druckdose und dem Sa-grohr
der Brennkraftmaschine ist ein Belüftungsventil angeoronet,
welches
die Verbindungsleitung bei Erreichen des betriebswarmen Zustandes der Brennkraftmaschine
mit der Außenatmosphäre verbindet. Das Belüftungsventil wird in der Regel durch
einen Bimetallstab gesteuert.
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Wenn die Brennkraftmaschine ihren betriebswarmen Zustand erreicht
hat, wird das Belüftungsventil geöffnet und die Verbindungsleitung zwischen der
Druckdose und dem Saugrohr mit der Außenatmosphäre verbunden. Hierdurch wird der
in der Verbindungsleitung herrschende Unterdruck abgebaut, so daß der Stellmotor
seine Ausgangsstellung einnimmt und die Warmluftklappe in eine Stellung bringt,
in welcher der Warmluftkanal geschlossen und der Kaltluftkanal geöffnet ist.
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Solange die Brennkraftmaschine kalt ist und noch nicht ihren betriebswarmen
Zustand erreicht hat, bleibt das Belüftungsventil geschlossen. Der stromab der Drosselklappe
herrschende Unterdruck setzt sich damit in der Verbindungsleitung bis zur Druckdose
des Stellmotors fort. Der die Warmluftklappe betätigende Stellmotor wird entsprechend
dem stromab der Drosselklappe herrschenden Unterdruck verstellt. Da der Unterdruck
bei geschlossener Drosselklappe am größten ist, erreicht der Stellmotor bei dieser
Drosselklappenstellung die größte Verstellbewegung, bei welcher der Kaltluftkanal
verschlossen und der Warmluftkanal geöffnet ist. Je weiter die Drosselklappe geöffnet
wird, d. h. je größer die Lastanforderung ist, desto geringer wird der Unterdruck
stromab der Drosselklappe. Mit abnehmendem Unterdruck bewegt sich der Stellmotor
auf seine Ausgangsstellung zu und verstellt die Warmluftklappe, die entsprechend
der Verstellbewegung des Stellmotors den Kaltluftkanal in zunehmendem Maße öffnet
und den Warmluftkanal allmählich verschließt. Je geringer der Unterdruck in der
Verbindungsleitung zwischen der Druckdose des Stellmotors und dem Saugrohr ist,
desto weiter wird durch die Warmluftklappe der Kaltluftkanal geöffnet und der Warmluftkanal
geschlossen. Die Stellung der Warmluftklappe ist somit in kaltem Betriebszustand
des Motors, d. h. bei geschlosserem Belüftuii£'sven t: Dortiona] von der Stellung
der Drosselklappe abhängig.
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Bei tastanforderung an die Brennkraftmaschine in kaltem Betriebszustand
öffnet die Warmluftklappe den Kaltluftkanal aufgrund des abnehmenden Unterdruckes
in der Verbindungsleitung zwischem dem Stellmotor und dem Saugrohr.
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Das Öffnen des Kaltluftkanals während des Kaltlaufes des Motors ist
jedoch nicht erwünscht, da durch die dem Motor zugeführte Kaltluft die Zeitspanne
bis zum Erreichen des betriebswarmen Zustandes vergrößert wird. Zur Erzielung von
guten Abgaswerten muß man vielmehr bestrebt sein, die Brennkraftmaschine möglichst
rasch auf ihren betriebswarmen Zustand zu bringen.
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Mit der Erfindung sollte daher eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art geschaffen werden, bei welcher die Warmluftklappe den Kaltluftkanal auch bei
einer Ilastanforderung im Kaltbetrieb der Brennkraftmaschine geschlossen hält. Dies
wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zwischem dem Belüftungsventil und
dem Saugrohr ein Rückschlagventil vorgesehen ist, welches sich nur öffnet, wenn
der Unterdruck zwischen Rückschlagventil und Saugrohr größer ist als zwischen Rückschlagventil
und Stellmotor.
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Da sich das Rückschlagventil nur öffnet, wenn der Unterdruck zwischen
dem Rückschlagventil und dem Saugrohr größer ist als zwischen dem Rückschlagventil
und dem Stellmotor, herrscht in dem zum Stellmotor führenden Leitungsabschnitt stets
der größte stromab der Drosselklappe auftretende Unterdruck. Hierdurch ist sichergestellt,
daß die Warmluftklappe unabhängig von den -Lastwechseln der Brennkraftmaschine während
des Kaltbetriebes den Kaltluftkanal geschlossen hält. Sowie der Motor seinen betriebswarmen
Zustand erreicht hat, öffnet sich das Belüftungsventil in dem Leitungsabschnitt
zwischen Rückschlagventil und Stellmotor, so daß der Unterdruck in dem zum Stellmotor
führenden Leitungsabschnitt abgebaut wird und der Stellmotor in seine Ausgangsstellung
zurückkehrt. Da der Druckausgleich verhältnismäßig rasch vonstatten gel-t, kehrt
der Ste]lmotor verhältnismäßig
rasch in seine Ausgangsstellung
zurück, so daß die Warmluftklappe entsprechend rasch den Kaltluftkanal öffnet und
den Warmluftkanal schließt.
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Der rasche Stellungswechsel der Warmluftklappe nach Erreichen des
betriebswarmen Zustandes der Brennkraftmaschine ist der große Vorteil der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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Auf der einen Seite verbindet die Warmluftklappe den Motor so lange
mit dem Warmluftkanal, bis der warme Betriebszustand erreicht ist. Da dem Motor
während der Warmlaufphase ausschließlich Warmluft zugeführt wird, kann die Zeitspanne
bis zum Erreichen des betriebswarmen Zustandes stark verkürzt werden. Auf der anderen
Seite wird die Brennkraftmaschine nach dem Erreichen des betriebswarmen Zustandes
durch die Warmluftklappe schlagartig mit dem Kaltluftkanal verbunden. Eine übergangsphase,
bei welcher der Motor über eine gewisse Zeitspanne sowohl mit dem Kaltluftkanal
als auch mit dem Warmluftkanal verbunden ist, tritt hier nicht auf.
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Durch das schlagartige Umschalten auf den Kaltluftkanal erhöht sich
in gleicher Weise der Füllungsgrad der Brennkraftmaschine, so daß mit Erreichen
des betriebswarmen Zustandes des Motors die Brennkraftmaschine sofort die volle
Leistung abgibt. Die früher verwendeten Thermostaten zur Steuerung der Warmluftklappe
gestatten die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mögliche Regelung nicht, da
die Thermostaten die Warmluftklappe kontinuierlich verstellen, wobei die Warmluftklappe
bei der Bewegung von der einen Endstellung in die andere Endstellung eine Zwischenphase
durchläuft, in welcher der Kaltluftkanal und der Warmluftkanal über eine längere
Zeitspanne gleichzeitig mit der Brennkraftmaschine verbunden sind.
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Am einfachsten und billigsten ist es, ein Rückschlagventil zu verwenden,
das federvorgespannt ist.
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Ein besonderer aufwand fiir den Einbau des Rückschlagventiles ist
nicht erforderlich, wenn ds Rück,scblegventil temperaturunabhängig ist.
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Es ist jedoch auch denkbar, daß das Rückschlagventil temperaturabhängig
ist und nur unterhalb einer bestimmten Temperatur entsprechend den Druckverhältnissen
öffnet und schließt und oberhalb einer bestimmten Temperatur unabhängig von den
Druckverhältnissen ständig geöffnet ist. Das Rückschlagventil würde in diesem Fall
nur unterhalb einer bestimmten Temperatur entsprechend seiner funktionsgemäßen Bestimmung
arbeiten und oberhalb einer bestimmten Temperatur ständig geöffnet sein. Ein tempe-
turabhängiges Rückschlagventil würde jedoch die Koste. ür die erfindungsgemäße Vorrichtung
erhöhen.
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Im n gehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfind@ anhand einer
schematischen Zeichnung näher erläutern.
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Ein teilweise dargestelltes Luftfilter 1 weist einen Kaltluftkanal
2 und einen Warmluftkanal 3 auf, die von der ungereinigten Rohluft in Richtung der
Pfeile F durchströmt werden. Im Kaltluftkanal 2 ist eine Warmluftklappe 4 schwenkbar
gelagert, welche in ihrer einen, ausgezogenen Endstellung den Kaltluftkanal 2 verschließt
und den Warmluftkanal 3 freigibt und in ihrer anderen, strichpunktierten Endstellung
den Kaltluftkanal 2 freigibt und den Warmluftkanal 3 verschließt.
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Die Warmluftklappe 4 wird von enem am Luftfilter 1 befestigten, pneumatischen
Stellmotor 5 betätigt.
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Der Stellmotor 5 ist in Form einer Druckdose ausgebildet, deren Innenraum
von einer Membrane 6 geteilt wird. Die Membrane 6 ist über einen Stift 7 mit einem
Betätigungsarm 8 der Warm@@ tklappe 4 verbunden. Die Membrane 6 wird durch eine
Pe- 9 nach oben vorgespannt, so daß die Membrane das Bestreb@ at, die Warmluftklappe
4 gegen den Uhrzeigersinn um den Schwenkzapfen 10 zu verschwenken.
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Der Stellmotor 5 ist über eine Verbin<1ungsleitung 11 mit dem Saugrohr
@@ stromab der Drosselklappe 13 verbunden In aer
Verbindungsleitung
11 ist ein temperaturabhängiges Belüftungsventil 14 angeordnet, das sich nach Erreichen
des betriebswarmen Zustandes des Motors öffnet und die Leitung 11 mit der Atmosphäre
verbindet. Das Belüftungsventil 14 weist einen Bimetallstab 15 mit einem Ventilkörper
16 auf, der in kaltem Betriebszustand in einem Ventilsitz 21 sitzt.
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In der Verbindungsleitung 11 zwischen dem Belüftungsventil 14 und
dem Saugrohr 12 ist ein Rückschlagventil 17 angeordnet. Das Rückschlagventil 17
öffnet den zum Stellmotor führenden Abschnitt der Leitung 11 nur, wenn der Unterdruck
im Saugrohr größer ist 15 in dem Leitungsabschnitt zwischen dem Rückschlagventil
17 und dem Stellmotor 5.
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Wenn die Brennkraftmaschine noch nicht ihren warmen Betriebszustand
erreicht hat, ist das Belüftungsventil 14 geschlossen.
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Wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf läuft, d. h. wenn die Drosselklappe
13 geschlossen ist, herrscht stromab der Drosselklappe ein hoher Unterdruck. Der
Unterdruck pflanzt sich in der Leitung 11 fort und öffnet das Rückschlagventil 17,
so daß sich der Unterdruck in dem Leitungsabschnitt zwischen dem Rückscblàgventil
17 und dem Stellmotor 5 aufbauen kann. Der am Stellmotor herrschende Unterdruck
bewegt die Membrane 6 entgegen der Wirkung der Feder 9 nach unten, so daß die Warmluftklappe
4 im Uhrzeigersinn um den Schwenkzapfen 10 verschwenkt wird. Der bei geschlossener
Drosselklappe 13 herrschende Unterdruck ist dabei so groß, daß die Warmluftklappe
4 bis zu ihrer Endstellung verschwenkt wird, in welcher sie den Kaltluftkanal 2
verschließt und den Warmluftkanal 3 öffnet.
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Wenn bei einer Lastanforderung an den Motor die Drosselklappe 13 geöffnet
wird, nimmt der Unterdruck stromab der Drosselklappe 13 ab. Da der Unterdruck im
Leitungsabschnitt 18 zwischen dem Rückschlaventil 17 und dem Stellmotor 5 größer
ist als in dem zum Saugrohr 12 führenden Leittngsabschnitt 19, schließt sich das
Rückschiagverlt l 17. Der ursprüng1ich hohe Unterdiuck m
Leitungsabschnitt
18 bleibt damit erhalten, so daß der Stellmotor 5 seine ursprüngliche Lage beibehält
und die Warmluftklappe 4 in der in ausgezogenen Linien dargestellten Stellung hält,
in welcher der Kaltluftkanal 2 verschlossen und der Warmluftkanal 3 geöffnet ist.
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Wenn die Brennkraftmaschine ihren betriebswarmen Zustand erreicht
hat, öffnet sich das Belüftungsventil 14, dessen Bimetallstab 15 den Ventilkörper
16 vom Ventilsitz 17 abhebt. Der zum Stellmotor 5 führende Leitungsabschnitt 18
wird auf diese Weise über das Belüftungsventil 14 mit der Außenatmosphäre verbunden,
so daß der im Leitungsabschnitt 18 herrschende Unterdruck abgebaut wird. Die Membrane
6 wird daraufhin unter der Einwirkung der Feder 9 in ihre Ausgangsstellung nach
oben zurückbewegt, wobei sie die Warmluftklappe 4 entgegen dem Uhrzeigersinn um
den Schwenkzapfen 10 in die in strichpunktierten Linien dargestellte Stellung bewegt.
Hierdurch wird der Kaltluftkanal 2 geöffnet und der Warmluftkanal 3 geschlossen.
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Unter gewissen Betriebsbedingungen ist es möglich, daß der Unterdruck
in der Leitung 11 zu groß wird und auf den Stellmotor 5 einen nachteiligen Einfluß
hat. Um eine derartige Störung der Vorrichtung zu verhindern, ist das Belüftungsventil
14 mit einem Sicherheitsventil 20 versehen, welches den Innenraum des Belüftungsventiles
14 und damit den Leitung abschnitt 18 mit der Außenatmosphäre verbindet, sowie der
im System herrschende Unterdruck einen vorherbestimmten Wert übersteigt.
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Die erfindungsgemäSe Vorrichtung ist nicht nur zu 4:emperatur-und
lastabhängigen Verstellen einer in einem Lufti @@ schwenkbar angeordneten Warmluft-
bzw. Regelklappe geteilt Sie kann ebenso für ein temperatur- und lastabhängiges
Ve len jeglicher in einem Kanal schwenkbar gelagerter Regel ppen verend werden,
wie beispielsweise zum Verstellen :n Regelklappen, die r 111 c'ib':i cr rbai- n
0 der regelbaren Luftkarälen angeordnet sind.