DE2360454C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Ver­ stellen einer Luftklappe in einem Kraftfahrzeugmotorsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine solche Steuervorrichtung ist in der DE-OS 23 39 955 offenbart und hat insbesondere den Vorteil, daß auf­ grund der zusätzlichen Heizvorrichtung auch für Umgebungs­ temperaturen niedriger als die Schalttemperatur der thermostatischen Schaltvorrichtung die Verstellbewegung der Luftklappe aus der Schließstellung in die geöffnete Stellung unter Kaltstartbedingungen durch die sofortige Bereitstellung der vollen Heizleistung der zusätzlichen Heizvorrichtung von dem Augenblick an beschleunigt wird, wo der Motor gestartet wird. Hierdurch ergibt sich eine Reduzierung der Schadstoffanteile unter Kaltstartbe­ dingungen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Aufbau der Steuervorrichtung zu vereinfachen und somit die Herstellungskosten zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Schnitt der nach der Erfindung ausgebildeten Steuer­ vorrichtung und

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine perspektivische Ansicht des die beiden Heizvorrichtungen in der Steuervorrichtung bildenden Heizkörpers.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für die Luftklappe eines Kraftfahrzeugs in ihrer Gesamtheit mit 100 bezeichnet. Wie dargestellt, weist die Steuervorrichtung 100 ein Gehäuse 12 mit einem in seiner Gesamtheit zylindrischen Haupt­ teil 14, der eine Kammer 16 bildet, mit einem in seiner Gesamtheit zylindrischen Bund 18, der eine Kammer 20 bildet, und mit einem weiteren Bund 22 auf, der eine weitere Kammer 24 bildet. Diese wei­ tere Kammer hat einen Teil mit kleinerem Durchmesser, der innerhalb der weiteren Kammer eine Schulter 26 bildet. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise aus einem festen, starren dielektrischen Werkstoff, wie beispielsweise mit Glas versetztes bzw. glasfaserverstärktes Nylon oder dgl., gebildet.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Steuervorrichtung 100 mit einem Wärmeableiter 28 versehen, der einen allgemein runden Plattenteil 30 aufweist, welcher auf dem Bund 18 angeordnet ist, um die Gehäusekammer 20 zu verschließen.

Bei der Luftklappensteuervorrichtung 100 sind in einer mit dem Wärmeableiter 28 verbundenen Büchse 44, Schlitze 46 gebildet, und ein Ende einer Thermostatmetall­ spirale 48 ist in einen der Schlitze der Büchse fest eingepaßt. Die Thermostatmetallspirale ist aus einem mehrschichtigen Verbundthermo­ statmetallstreifen gewickelt und sie ist an ihrem anderen Ende mit einem Mitnehmerlappen 52 versehen, der von der Spirale radial nach außen vorsteht. Durch das Einpassen des Spiralendes in den Büchsenschlitz ist die Thermostatmetallspirale fest mit dem Wärmeableiter 28 verbunden.

In dieser Anordnung wickelt sich die Spirale 48 auseinander und be­ wegt den Mitnehmerlappen 52, wenn die Thermostat­ metallspirale erwärmt wird. Bei Bedarf kann der Schlitz 46 nach dem Einführen des Spiralenendes in den Schlitz zusammengedrückt werden, um eine sichere Befestigung der Spirale an der Büchse sicherzustellen.

Ein die Aufgabe von zwei einzelnen Heizelementen erfüllen­ des selbstgeregeltes elektrisches Widerstandsheizelement 94 ist innerhalb der Gehäusekammer 20 an dem Wärmeleiter 28 befestigt, so daß das Heizelement durch den Wärmeab­ leiter mit der Thermostatmetallspirale 48 thermisch ge­ koppelt ist. Typischerweise weist das Heizelement 93 einen Körper 94.1 aus Widerstandsmaterial auf, an welchem einander gegenüberliegende Kontaktschichten 94.2 und 94.3 aus Metall befestigt sind, die als elektri­ sche Kontakte für das Heizmetall dienen. Die Kontaktschicht 94.3 ist an dem Wärmeableiter 28 vorzugs­ weise unter Verwendung eines mit Metall versetzten, elektrisch leitenden Epoxidklebemittels oder dgl. be­ festigt oder, bei Bedarf, an dem Wärmeableiter angelötet.

Vorzugsweise ist der Körper 94.1 aus einem Werkstoff gebildet, welcher einen positiven Widerstands­ temperaturkoeffizienten hat und einen sehr nie­ drigen Widerstand aufweist, wenn der Widerstandswerkstoff bei Raumtemperatur von Strom durchflossen ist; der Werkstoff heizt sich jedoch innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne von selbst auf eine Anomalietemperatur auf, bei der sein Widerstand sehr steil ansteigt. Typischerweise ist der Körper 94.1 des Heiz­ elements 94 aus einem Lanthan-dotierten Bariumtitanat mit der empirischen Formel Ba_0,997La_0,003Tio₃ hergestellt. Elektrische Widerstandsheizelemente dieser Art sind selbstregelnd in dem Sinne, daß, wenn die Heizelemente ihre Anomalietemperatur erreichen und einen steil ange­ stiegenen Widerstand aufweisen, im Heizelement der Strom verringert wird, so daß die Heizelementtemperatur auf etwa 120°C konstant gehalten wird, wobei anschließender Strom im Widerstand dazu dient, das Heizelement auf dieser Temperatur zu halten. Selbstregelnde Heizelemente der beschriebenen Art sind für Spannungsänderungen von 6 bis 16 Volt (Gleichspannung) verhältnismäßig unempfindlich und sie können Spannungsstöße aushalten, die zehnmal größer sind als normale Spannungspegel. Diese Heizelement­ materialien sind deshalb für eine Verwendung in elektri­ schen Anlagen von Kraftfahrzeugen besonders geeignet.

Die Metalloberflächenschicht 94.2 ist zerschnitten oder anderweitig bearbeitet, wie bei 96 gezeigt, um die Kon­ taktoberflächenschicht 94.2 in zwei Teile a und b zu unterteilen, wie in Fig. 2 angegeben.

Ein Federkontaktteil 58 aus elektrisch leitendem Metall­ material ist innerhalb der Gehäusekammer 20 mittels eines elektrisch leitenden Metallniets 60 an dem Gehäuse 12 so befestigt, daß das Federkontaktteil an der Kontakt­ flächenschicht 94.2 a des Heizelementes 94 federnd anliegt; ein Ende 60.1 des Niets 60 ragt in die Gehäuse­ kammer 24 hinein und dient als ein elektrischer Kontakt. Außerdem ist eine mit einer Schnappwirkung ausgestattete Thermostatmetallschei­ be 62, in welcher eine Öffnung 62.1 gebildet ist, ebenfalls in der Gehäusekammer 24 angeordnet, und zwar so, daß ihr Scheibenumfang auf der Gehäuseschulter 26 ruht. Ein weiteres, stern- oder kreuzförmiges Federkontaktteil 64 ist mit einem in dem Mittelpunkt des Sterns bzw. Kreuzes befestigten elektrischen Kontakt 66 versehen und in der Ge­ häusekammer 24 oben auf der Thermostatscheibe 62 angeordnet, wobei der Stern- bzw. Kreuzkontakt 66 in die Scheibenöffnung 62.1 einge­ paßt ist, wie in Fig. 2 gezeigt. Schließlich ist eine elektrische Kontaktplatte 68, welche einen Anschlußteil 68.1 hat, gemeinsam mit einer Schicht 70 aus dielektrischem Material über der Gehäuse­ kammer 24 angeordnet und mit der dielektrischen Schicht durch Schrau­ ben 72 oder dgl. an dem Gehäuse befestigt, wodurch die Thermostat­ scheibe 62 und der Federkontaktstern 64 innerhalb der Gehäuse­ kammer 24 gehalten werden. Die thermostatische Scheibe 62 ist aus einem ausgewählten Bimetallmaterial gebildet und in herkömm­ licher Weise mit einer ausgewählten gewölbten Form versehen, so daß bei einer ausgewählten Umgebungstemperatur, z. B. unterhalb 15,6°C, die Scheibe 62 gemäß der Darstellung in Fig. 1 angeordnet ist, um den Stern- bzw. Kreuzkontakt 66 von einer Be­ rührung mit dem Nietkontakt 60.1 fernzuhalten, jedoch so, daß bei Umgebungstemperaturen oberhalb 15,6°C sich die Scheibe 62 mit Schnappwirkung in die umgekehrt gewölbte Form bewegt, damit der Sternkontakt 66 mit dem Nietkontakt 60.1 in Berührung kommt. Vorzugsweise ist zwischen die Kontaktplatte 68 und das Gehäuse 12 um die Kammer 24 herum ein Dichtungsteil 74 eingespannt, um die Gehäusekammer 24 wirksam gegen Umgebungsfeuchtig­ keit abzudichten.

In der Steuervorrichtung 100 ist ein weiterer Federkontakt 76 aus elektrisch leitendem Metallmaterial ebenfalls an dem Gehäuse 12 innerhalb der Gehäusekammer 20 durch einen Niet 78 so befestigt, daß der Federkontakt 76 die Kontaktflächenschicht 94.2 b des Heiz­ elementes 56 federnd berührt, wobei der Niet 78 außerdem dazu dient, die Befestigung der Kontaktplatte 68 auf dem Gehäuse zu unterstützen und das Federkontaktteil 76 mit der Kontaktplatte 68 elektrisch zu verbinden, wie in Fig. 1 gezeigt.

Es ist klar, daß die oben beschriebene Luftklappensteuervorrich­ tung 10 auf einem herkömmlichen Kraftfahrzeugvergaser montierbar ist, um den Betrieb des Luftklappenventils in dem Vergaser zu re­ gulieren, das über ein geeignetes Gestänge mit dem Mitnehmerlappen 52 der Thermostatmetallspirale 48 verbunden ist.

Die Luftklappensteuervorrichtung 100 ist mit einer Strom­ quelle, wie etwa der Kraftfahrzeugbatterie oder der Licht­ maschine oder, bei Bedarf, mit anderen Stromquellen durch den Zünschalter verbindbar, indem eine elektrische Ver­ bindung zu dem Kontaktplattenanschlußteil 68.1 herge­ stellt wird.

Wenn beim Anlassen des Motors elektrischer Strom dem Heizelement 94 nur durch den Federkontakt 76 zugeführt wird, wird das Heizelement nur zwischen den Kontakt­ flächenbereichen 94.2 b und 94.3 wirksam erregt, so daß nur durch diesen Teil des Heizelementes effektiv Wärme erzeugt wird. Diese erzeugte Wärme wird sodann auf den Wärmeableiter 28 verteilt, um das Erwärmen der Thermostat­ metallspirale 48 einzuleiten. Die schlechten thermischen und elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften des Haupt­ teils des Heizelementes verzögern für eine beträchtliche Zeitspanne wirksam das Aufheizen des gesamten Heizele­ mentes.

Aufgrund der erzeugten Wärme wird der Wärmeableiter 28 schnell auf die Stabilisierungs- bzw. Konstanthaltungs­ temperatur des Heizelementes 94 aufgeheizt und die Thermo­ statmetallspirale 48, die mit dem Heizelement 94 durch den Wärmeableiter 28 thermisch gekoppelt ist, wird schnell auf die Spiralentemperatur erwärmt, bei welcher sich die Spirale auseinander zu wickelt beginnt, um das Luft­ klappenventil sogar dann zu öffnen, wenn der Motor bei niedrigen Umgebungstemperaturen angelassen wird. Wenn dem Wärmeableiter 28 und damit der Spirale 48 durch das Heizelement 94 weitere Wärme zugeführt wird, bewegt sich die Spirale weiterhin mit bestimmter Geschwindigkeit, um das Vergaserluftklappenventil zu öffnen. Das heißt, wenn der Zündschalter geschlossen ist, wird das Heiz­ element aus der Batterie mit Strom versorgt. Wenn dann die Spirale auf die Temperatur aufgeheizt ist, bei welcher das Öffnen des Luftklappen­ ventils eingeleitet wird, verringert sich die die Temperaturdifferenz zwischen der Spirale und dem Wärmeableiter 28, so daß das Erwärmen der Spirale auf eine ausgewählte Geschwindigkeit verringert wird und die Steuervorrichtung die Luftklappe reguliert, um dem Motor während einer bestimmten Zeitspanne ein teilweise ange­ reichertes Luft-Brennstoff-Gemisch zuzuführen. Es versteht sich, daß sich diese Zeitspanne ein wenig mit der Umgebungstemperatur ändert, da der Wärmeübergang von dem Wärmeableiter zu der Spirale durch Wärmeabstrahlung an die Umgebung verändert wird.

Die Thermostatplatte 62 arbeitet wie ein Umgebungs­ temperaturabfühlschalter. Wenn folglich der Motor unter Umgebungstemperaturbedingungen bei oder oberhalb von 15,6°C angelassen wird, wird sich die Scheibe 62 in einer Stellung befinden, in der das Heizelement 94 sofort mit Strom versorgt wird, wenn der Zünd­ schalter zum Anlassen des Motors geschlossen wird. Folglich wird bei diesen Umgebungstemperaturbedingungen elektri­ scher Strom dem Heizelement 94 durch beide Kontaktflächen­ teile 94.2 a und 94.2 b zugeführt, so daß das gesamte Heiz­ element 94 erregt wird, um den Wärmeableiter 28 schneller aufzuheizen. Infolgedessen wird die Thermostatmetall­ spirale 48 sehr schnell auf die Temperatur aufgeheizt, die zum vollständigen Öffnen des Vergaserluftklappenventils nach dem Anlassen des Motors erforderlich ist, um wiederum die Schmutz­ stoffemission in den Auspuffgasen des Motors auf ein Minimum zu verringern.

In der Steuervorrichtung 100 erfolgt eine Wärmeübertragung von dem Wärmeableiter 28 zu der thermostatischen Scheibe 62 sogar dann, wenn der Motor bei Umgebungstemperaturen unterhalb 16°C angelassen wird, so daß sich die Scheibe 62 unter den meisten Umgebungstemperaturbedingungen end­ gültig in die Stellung bewegt, in der dem Heizelement 94 über den Kontakt 94.2 a Strom zugeführt wird, nachdem die Thermostatmetallspirale 48 durch das Heiz­ element 94 über den Kontakt 94.2 b wesentlich erwärmt worden ist.

Typischerweise, wenn zum Beispiel die Thermostatspirale 48 eine herkömmliche Masse und herkömmliche Eigenschaften hat, wie oben beschrieben, ist die Steuervorrichtung 100 nach der Erfindung in der Lage, rechtzeitig zu öffnen zu beginnen und ein vollständiges Öffnen der Luftklappe in 20 s oder weniger nach dem Anlassen des Motors bei 38°C zu erreichen. Mit einer ähnlich rechtzeitigen Ein­ leitung des Öffnens erreicht die Steuervorrichtung ein vollständiges Öffnen in etwa 60 s bei 16°C und in etwa 300 s bei -18°C.

Es versteht sich, daß der Anbringungsort des Schnittes 96 in der Kontaktoberflächenschicht 94.2 des Heizelements 94 mit den gewünschten Relativerwärmungseigenschaften geschaffen werden, um die gewünschte Art des Luftklappen­ steuervorganges zu erreichen.

Claims (1)

1. Steuervorrichtung zum Verstellen einer Luftklappe in einem Kraftfahrzeugmotorsystem in Abhängigkeit vom Anstieg der Motortemperatur nach dem Starten des Motors, wobei die Zeitdauer der Luftklappenverteilung entsprechend der Umgebungstemperatur verändert wird, mit einer Wärme­ ableitplatte, einer auf einer Seite der Wärmeableitplatte angeordneten Spirale aus Thermostatmetall, die abhängig von einer Temperaturänderung beweglich ist und dabei die Luftklappe verstellt, einer ersten elektrischen Heiz­ vorrichtung aus PTC-Material, die auf der anderen Seite der Wärmeableitplatte angeordnet ist und die Spirale bei eingeschalteter Heizvorrichtung aufheizt, einer thermostatischen Schaltvorrichtung, die beim Starten des Kraftfahrzeugmotors an eine elektrische Energiequelle angeschlossen wird und bei einer Umgebungstemperatur, die über einer ausgewählten Schalttemperatur liegt, die erste Heizvorrichtung einschaltet, und einer zusätzlichen Heizvorrichtung aus PTC-Material, die ebenfalls auf der anderen Seite der Wärmeableitplatte angeordnet ist und mit der Spirale sowie mit der Schaltvorrichtung in Wärme­ übertragungsbeziehung steht, wobei die zusätzliche Heiz­ vorrichtung aus der Energiequelle nach dem Starten des Kraftfahrzeugmotors mit Energie versorgt wird, damit sie die Schaltvorrichtung im Anschluß an das Starten des Kraftfahrzeugmotors auf die ausgewählte Schalt­ temperatur erwärmt, wenn die Umgebungstemperatur niedriger als die ausgewählte Schalttemperatur ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für beide Heizvorrichtungen ein gemeinsamer Körper (94.1) aus PTC-Material vorgesehen ist, der auf der einen Seite eine durchgehende Metallschicht (94.3) aufweist zur Bildung eines elektrischen Kontaktes und auf der anderen Seite eine durch Abstand zweigeteilte Metallschicht (94.2 a, 94.2 b) zur Bildung von zwei elektrischen Anschlußkontakten für je eine Heizvorrichtung.