DE2442413B2 - Thermostatische regeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine thermostatische Regeleinrichtung mit einem unter Wärmeeinwirkung sich ausdehnenden, in einem Meßfühler angeordneten flüssigen Medium, das über eine bewegliche Wand und eine nachgeschaltete hydraulische Übertragungsstrecke auf einen Stellmotor wirkt.

Solche Regeleinrichtungen dienen beispielsweise der Begrenzung der Temperatur der Auspuffgase einer Brennkraftmaschine auf einen vorbestimmten zulässigen oberen Grenzwert. Die Erfindung ist daher unter anderem auf Brennkraftmaschinen jeder Art, insbesondere auf Motoren mit Kraftstoffeinspritzung anwendbar. Der Stellmotor der Regeleinrichtung muß beispielsweise dann den Motor drosseln, wenn eine Diesellokomotive in einen Tunnel einfährt, in dem sie ihre eigenen Abgase ansaugt und daher eine höhere Abgastemperatur erreicht

Eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DL-PS 91 922 bekannt. Bei dieser Konstruktion nimmt ein in den Raum der zu bestimmenden Temperatur ragender Meßfühler den. größten Teil des flüssigen Mediums auf. Dadurch wird erreicht, daß im wesentlichen das gesamte Medium auf die zu bestimmende Temperatur gebracht wird und somit sich bei Temperaturänderung eine maximale Volumenänderung ergibt. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist die Tatsache daß nur solche Temperaturen bestimmt werden können, denen das flüssige Medium beispielsweise auf Grund seiner chemischen Stabilität standhalten kana Höhere Temeraturen, insbesondere die hohen Temperaturen von Motorauspuffgasen lassen sich mit der bekannten Konstruktion nicht bestimmen. Ferner nachteilig bei der bekannten Konstruktion ist die Tatsache, daß der größte Teil des flüssigen Mediums innerhalb des Raumes der zu bestimmenden Temperatur untergebracht werden muß. Der für größere Verstellwege notwendige große Meßfühler wird jedoch häufig stören. Beispielsweise würde er den Querschnitt von Abgasleitungen in unzulässiger Weise einengen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einem erforderlichen Stellweg eir. kleines Fühlervolumen und niedrige Temperaturen des flüssigen Mediums gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßfühler aus einer vom unteren Bereich eines Behälters ausgehenden, in dessen oberen Bereich wiedereinmündenden, in Thermosyphonwirkung durchströmten Rohrleitung besteht, wobei die bewegliche Wand unmittelbar am Behälter angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung ist unempfindlich gegenüber Schwingungen und Erschütterungen und läßt die Einstellung beliebiger Zeitkonstanten zu, die gegebenenfalls veränderlich einstellbar sind, um Regelschwingungen zu vermeiden. Die Zeitkonstante kann gegebenenfalls durch Verwendung von Rohrleitungen unterschiedlichen Querschnittes erzielt werden, wodurch ein Drosselschieber eingespart wird. Die Rohrleitungen unterschiedlichen Querschnittes können vorteilhaft austauschbar vorgesehen sein.

Als flüssiges Medium findet vorteilhaft eine Flüssigkeit eines sehr hohen Siedepunktes und eines möglichst hohen Ausdehnungskoeffizienten, wie beispielsweise reines Glyzerin Verwendung, das unter allen Betriebsbedingungen sich chemisch neutral verhält.

Auf Grund der Thermosyphonwirkung wird das flüssige Medium aus dem größeren, an einer Stelle niedriger Temperatur angeordneten Behälter duioh die als Meßfühler dienende Rohrleitung gepumpt und dort durch die diese Rohrleitung umgebende höhere Temperatur erwärmt. Es bildet sich in dem aus dem Behälter und der Rohrleitung bestehenden System eine Gleichgewichtstemperatur, die zwischen der niedrigen Außentemperatur am Behälter und der hohen zu bestimmenden Temperatur liegt. Diese Zwischentemperatur folgt der hohen zu bestimmenden Temperatur und erlaubt deren Bestimmung. Die als Meßfühler dienende Rohrleitung nimmt nur einen geringen Teil des flüssigen Mediums auf und kann sehr klein sein. Die Zwischentempeiatur liegt wesentlich niedriger als die zu bestimmende hohe Temperatur, so daß mit üblichen flüssigen Medien, beispielsweise Glyzerin, außerordentlich hohe Temperaturen, wie beispielsweise die Abgastemperatur von Dieselmotoren bestimmt werden können.

Es ist vorteilhaft, daß in der Rohrleitung eine Drosseleinrichtung vorgesehen ist. Diese Drosseleinrichtung erlaubt eine Veränderung des Strömungswiderstandes der Rohrleitung, wodurch die Zeitkonstante der Verstellung verändert wird. Bei Verringerung des Querschnittes wird die Zeitkonstante vergrößert. Die Drosseleinrichtung kann aus einem Drosselschieber oder aus beispielsweise auswechselbaren Rohrstücken unterschiedlichen Querschnitts bestehen.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die bewegliche Wand aus einem ersten Kolben und der Stellmotor aus einem Hydraulikzylinder mit zweitem Kolben besteht Die Verwendung von Hydraulikkolben vereinfacht die Konstruktion und ermöglicht die eiafache Ankopplung mechanischer Übertragungsgl.eder an den zweiten Kolben.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der zweite Kolben von kleinerem Durchmesser ist als der erste Kolben. Auf diese Weise ergibt sich eine hydraulische Übersetzung, da bei einem bestimmten Weg des ersten Kolbens der kleinere zweite Kolben einen größeren Verstellweg beschreibt Es können beispielsweise bei den Regelgestängen von Dieselmotoren erforderliche Verstellwege in der Größenordnung von 50 mm bei Kräften von bis zu 50 kp bereitgestellt werden.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der zweite Kolben von einer im Sinne der Volumenverringerung im Behälter wirkenden Rückstellfeder beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird die sichere Rückstellung der Regeleinrichtung nach Wiederherstellung der Normaltemperatur gewährleistet

Schließlich ist noch von Vorteil zur Temperaturverstellung des Regelgestänges eines Motors, dessen Drehzahlregler über ein elastisches Kopplungsglied auf die gemeinsame Stellstange der Einspritzpumpen wirkt, wenn der Stellmotor auf den einspritzpumpenseitig des Kopplungsgliedes gelegenen Teil des Regelgestänges wirkt. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die Drosselung der Einspritzpumpen unabhängig von der Stellung des Drehzahlreglers erfolgt, der beispielsweise auf »Vollast« steht. Die dabei erforderliche Verstellung des Regelgestänges erfolgt in dem elastischen Kopplungsglied.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des hydraulischen Teiles einer Regeleinrichtung und

Fig. 2 die Darstellung einer Regeleinrichtung in Verbindung mit dem Regelgestänge eines Dieselmotors.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung zur Temperaturbegrenzungsregelung der Auspuffgase einer Brennkraftmaschine besteht gemäß F i g. 1 aus einem Dilatometer 1, das einen Behälter la und eine zwei entgegengesetzte Bereiche des Behälters miteinander verbindende Rohrleitung \b umfaßt, einem den Behälter la im unteren Bereich verschließenden abstromseitigen Kolben 2, einer hydraulischen Übertragungsstrecke 3 mit Hydrauiikölumwälzung, welche an ihrem dem aufstromseitigen Kolben 2 abgewandten Ende durch einen abstromseitigen Nehmerkolben 4 geschlossen ist, und aus mechanischen Übertragungsgliedern zur Übertragung der Verstellbewegung des Kolbens 4 auf die Kraftstoff-Fördermengenregelvorrichtung des Motors.

Ein Abschnitt \ti der Rohrlei iung \b verläuft im Inneren des hier schematisch angedeuteten Auspuffkanals 5 des Motors. In der Rohrleitung \b ist ein Durchsatzsteuerschieber 6 angeordnet. Im gesamten Innenraum des Dilatometers 1, welcher aus dem Behälter la und der Rohrleitung \b gebildet ist, ist eine Flüssigkeit von hohem Siedepunkt und möglichst hohem Ausdehnungskoeffizienten enthalten, die beispielsweise aus reinem Glyzerin bestehen kann, welches eine gegenüber der. in Berührung mit der Flüssigkeit kommenden Werkstoffen chemisch neutrale Flüssigkeit ist.

Die hydraulische Übertragungsstrecke 3 besteht aus einer Hauptleitung 7 mit jeweils einem Stellzylinder 8 bzw. 9 an beiden Enden. Die Kolben der Stellzylinder 8 und 9 sind jeweils mit 2 bzw. 4 bezeichnet Die Hauptleitung 7 ist über einen Absperrschieber 10 mit j einem Vorratsbehälter 11 für Hydraulikflüssigkeit verbunden.

Der Nehmerkolben 4 betätigt über mechanische Übertragungsglieder oder gegebenenfalls lediglich über die Kolbenstange 4a des Kolbens 4 die Kraftstoff-För dermengenregelvorrichtung, wie z. B. den Stellhebel für die Einspritzpumpen eines Dieselmotors.

Die Arbeitsweise der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung ist wie folgt: Der innerhalb des Auspuffkanals 5 befindliche Rohrleitungsabschnitt \ΰ erwärmt sich im Betrieb des Motors, so daß die in diesem Rohrleitungsabschnitt befindliche Flüssigkeit eine höhere Temperatur als die im Behälter la befindliche Flüssigkeit annimmt Folglich entsteht aufgrund eines Wärmesiphoneffekts eine Umwälzung zwischen der Rohrleitung tb und dem Behäker ta. Im Inneren des Behälters \a stellt sich für jede Temperatur im Auspuffkanal 5 ein Wärmegleichgewichtszustand ein, welcher sich in gleicher Weise wie die Temperatur der Auspuffgase verändert. Die Vorrichtung ist in der Weise ausgelegt, daß der Verstellweg des Nehmerkolbens 2 aufgrund der Wärmeausdehnung der im Dilatometerhohlraum 1 enthaltenen Flüssigkeit klein ist und keine Auswirkungen auf die dem Motor zugeführte Kraftstoffördermenge hat, solange die Temperatur der Auspuffgase einen zulässigen Höchstwert nicht überschreitet. Sobald jedoch dieser zulässige Höchstwert überschritten wird, ergeben sich für die Wärmeausdehnung der Flüssigkeit im Dilatometer und folglich für die Verstellung der Kolben 2 und 4 solche Werte, daß die Kraftstoff-Fördermengenregelvorrichtung in Richtung einer Fördermengendrosselung beispielsweise in der anhand F i g. 2 dargestellten Weise betätigt wird.

Bei der in F i g. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestat-

tet die hydraulische Übertragungsstrecke eine Verstellverstärkung der Stellglieder, indem der abstromseitig angeordnete Nehmerkolben 4 eine kleinere Querschnittsfläche als der aufstromseitig angeordnete Geberkolben 2 aufweist und folglich einen größeren Verstellweg zurücklegt.

Sobald die Temperatur im Auspuffkanal 5 unter den vorbestimmten Höchstwert abfällt, werden die Kolben 2 und 4 aufgrund der bei geringerer Wärme erfolgenden Zusammenziehung der in dem Dilatometer enthaltenen Flüssigkeit und aufgrund einer Rückstellvorrichtung wieder in eine Gleichgewichtsctellung zurückgeführt. Die Rückstellvorrichtung besteht vorzugsweise aus einer Rückstellfeder 4b, welche den Kolben 4 des Stellzylinders 9 beaufschlagt.

Die Zeitkonstante der Vorrichtung kann durch Verstellen des Durchsatzsteuenxhiebers 6 in der Rohrleitung \b veränderlich eingestellt werden, wobei die Ansprechzeit der Zeitkonstante durch Vergrößerung des Durchlaßquerschnitts für die Flüssigkeit in der Rohrleitung 1 b verringert wird.

In der rechten Hälfte von Fig.2 sind die gleichen Elemente wie in F i g. 1 dargestellt, nämlich das Dilatometer 1, der Stellzylinder 8, die hydraulische Übertragungsstrecke 3, der Stellzylinder 9 und der Auspuffkanal 5. Die Rohrleitung \b ist hier in den Abschnitt des Auspuffkanals 5 eingeführt, welcher den Auspuffauslaß 5a der Turbine 5b bildet, die normalerweise im Auspuffsammeirohr von Dieselmotoren

angeordnet ist.

Die Kraftstoff-Fördermengenregelvorrichtung ist hier schematisch durch den gemeinsamen Stellhebel 12, die gemeinsame Stellstange 13 und eine Zahnstange 14 einer Einspritzpumpe 15 dargestellt. Die Stellstange 13 treibt in bekannter Weise sämtliche Zahnstangen aller Einspritzpumpen des Motors an, vermittels welcher die Kraftstoffördermenge geregelt wird.

Außerdem ist in F i g. 2 ein automatischer Motordrehzahlregler 16 dargestellt, welcher vermittels einer allgemein mit dem Bezugszeichen 17 bezeichneten Kupplungsverbindung auf das eine Ende 21 des Stellhebels 12 einwirkt, dessen anderes Ende 22 mit der Stellstange 13 verbunden ist. Der den durch den Motordrehzahlregler 16 vorgegebenen Fördermengenregelbefehl übertragende Kolben 18 besteht hier aus einem ersten Element 18a, welches innerhalb eines zweiten Elements 186 gleitend verschiebbar geführt ist, das seinerseits durch eine Feder 19 beaufschlagt ist. Die Übertragung des Regelbefehls erfolgt über die Stange 20, welche einerseits an dem zweiten Element 186, und andererseits an dem Ende 21 des Stellhebels 12, welches dem mit dem Stellhebel 13 gelenkig verbundenen Stellhebelende 22 entgegengesetzt ist, angelenkt ist.

Sobald die Auspuffgastemperatur den zulässigen Höchstwert überschreitet, erfolgt Regelung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vermittels einer direkten Einwirkung der Kolbenstange 4a des abstromseitig angeordneten Nehmerkolbens 4 auf das eine Ende 21 des Stellhebels 12, wozu auf diesen eine einfache Schubkraft ausgeübt wird, ohne daß eine mechanische Verbindung zwischen diesem Stellhebel 12 und der Kolbenstange 4a vorhanden ist

In F i g. 2 sind die Vorrichtung zur Sicherheits-Temperaturbegrenzungsregelung und der Motordrehzahlregler 16 in einem Zustand dargestellt, in welchem de Regler die Höchstdrehzahl vorgibt und die Kolbenstan ge 4a nahezu in Berührung mit dem Stellhebel 12 steh) Wenn nun angenommen wird, daß es sich bei den Dieselmotor um den Motor einer Lokomotive handelt welche in einen Tunnel einfährt, tritt aufgrund de: Tatsache, daß der Motor die heißen Verbrennungsgas! wieder ansaugt, eine anormale Temperatursteigerunj der Verbrennungsgase auf, so daß sich der Nehmerkol

ίο ben 4 folglich entsprechend der Zeichnung nach link; verstellt und den Stellhebel 12 in Pfeilrichtung Fdrückt wodurch eine sofortige Drosselung der Kraftstofförder menge erfolgt. Diese Verstellung erfolgt gegen der durch die elastische Kopplungsverbindung 17 ausgeübten Widerstand, wobei durch die Verlagerung des Stellhebels 12 das Kolbenelement 18a innerhalb des Rohrs 23 gleitend nach links verschoben wird und die Feder 19 dabei zusammendrückt Aufgrund der gegenseitigen Zuordnung der Elemente 18a und 186 des Kolbens 18 kann sich das Element 18a in bezug auf das Element 186 verschieben, ohne daß das letztere dabei verstellt wird. Somit ist der Motordrehzahlregler 16 in diesem Augenblick unwirksam, indem er der Verstellung des Stellhebels 12 durch den Kolben 4 nicht entgegenwirken und folglich auch die Drosselung der Kraftstoffördermenge nicht verhindern kann, und das so lange, bis die Temperatur der Auspuffgase wieder auf den normalen Wert abgefallen ist.

Die beschriebene Vorrichtung hat unter den anderen den Vorteil, daß der Pumpendurchsatz in Abhängigkeit von der Temperatur der Auspuffgase gegen den Widerstand der elastischen Kopplungsverbindung und/ oder gegen einen von der Bedienungsperson oder den Fahrer angelegten Stellbefehl ferngesteuert werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Thermostatische Regeleinrichtung mit einem unter Wärmeeinwirkung sich ausdehnenden, in einem Meßfühler angeordneten flüssigen Medium, das über eine bewegliche Wand und eine nachgtschaltete hydraulische Übertragungsstrecke auf einen Stellmotor wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler aus einer vom unteren Bereich eines Behälters (Ia^ausgehenden, in dessen oberen Bereich wiedereinmündenden, in Thermosyphonwirkung durchströmten Rohrleitung (\b) besteht, wobei die bewegliche Wand (2, 8) unmittelbar am Behälter angeordnet ist

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rohrleitung (Ib) eine Drosseleinrichtung (6) vorgesehen ist

3. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand aus einem ersten Kolben (2) und der Stellmotor aus einem Hydraulikzylinder (9) mit zweitem Kolben (4) besteht

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (4) von kleinerem Durchmesser ist als der erste Kolben (2).

5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (4) von einer im Sinne der Volumenverringerung im Behälter (\a)wirkenden Rückstellfeder (4b) beaufschlagt wird.

6. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Temperaturverstellung des Regelgestänges eines Motors, dessen Drehzahlregler über ein elastisches Kopplungsglied auf die gemeinsame Stellsiange der Einspritzpumpen wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (9) auf den einspritzpumpenseitig des Kopplungsgliedes

(17) gelegenen Teil (21) des Regelgestanges wirkt.

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