DE2453757B2 - Thermoventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Thermoventil für BrennkraftmaschinenInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
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- F02M2026/001—Arrangements; Control features; Details
- F02M2026/004—EGR valve controlled by a temperature signal or an air/fuel ratio (lambda) signal
Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Auspuffgasrückführungssystemc.
mit eir.em einen Ventilströmungsdurchgang temperaturabhängig
beeinflussenden, in einem Teilbereich eingespannten Bimetallelement, das mit einem elektrisch
beheizbaren Steuerelement in Wärmekontakt, vorzugsweise in Wärmestrahlungskontakt, steht und
dessen freier Bereich der Ventilfunktion zugeordnet ist. Der allgemeinen Gattung nach werden solche Ventile
auch als »Thermoventile« bezeichnet.
In der DE-OS 22 04 286 ist eine Einrichtung zur Kontrolle der Temperatur des Auspuffsvstems einer
Brennkraftmaschine dargestellt und beschrieben, bei dem ein Temneratiirschalter nut mehreren Schaltschwellen
vorgesehen ist, die verschiedenen Temperaturen im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine zugeordnet
sind. Mit diesem Temperaturschalter kann bei dem bekannten Vorschlag u.a. ein Ventil in einer
Kraftstoffzuleitung betätigt werden; z. B. besteht die Möglichkeit, den Temperaturschalter zur temperaturabhängigen
Steuerung einer Abgasrückführungseinrichtung zu verwenden.
In der DE-OS 23 18 157 ist eine Vorrichtung zur
In der DE-OS 23 18 157 ist eine Vorrichtung zur
ίο Umwandlung kalorischer Energie in mechanische
Energie offenbart, bei der ein temperaturempfindliches Element vorgesehen ist, das durch die Abgastemperatur
gesteuert wird und eine Klappe in der Abgasrückführungsleitung öffnet Als temperaturempfindliches EIement
kann ein Bimetall verwendet werden, das die Klappe mechanisch betätigt, wobei das temperaturempfindliche
Element an der Temperaturmeßstelle liegt. Abgesehen davon, daß der Vorschlag nicht für ein Ventil
gilt, sind mit der bekannten Anordnung und Ausbildung insbesondere die Nachteile verbunden, daß entweder
die Auslenkung des Bimetallelements über das vorgesehene Steuergerät der zu verstellenden Klappe zugeführt
werden muß, was einen verhältnismäßig großen baulichen Aufwand bedeutet, oder aber mechanische
Übertragungsglieder erforderlich sind, die neben unerwünschter Verzögerung zu unpräziser Klappenverstellung
führen, ganz abgesehen von dem erheblichen Bauaufwand.
In der DE-OS 22 43 921 ist eine Kraftstoffversorgungsanlage offenbart, bei der eine beheizte Bimetallfeder in einem zweiten Drucksteuerventil vorgesehen ist, das den Druck der als Rückstellkraft an einem Meßorgan wirkenden Druckflüssigkeit temperaturabhängig steuert. Die Bimetallfeder, die einseitig eingespannt ist, wirkt dabei mit ihrem freien Ende auf einen federbelasteten Stift, der eine den Sitz des Flachventils öffnende bzw. schließende Membran betätigt. Abgesehen davon, daß dieser Vorschlag ein ganz spezielles Ventil zur Steuerung der als Rückstellkraft wirkenden Druckflüssigkeit anspricht, gilt für dieses zumindest einer der zuvor aufgeführten Nachteile, nämlich die Notwendigkeit, die Bewegungen der Bimetallfeder mechanisch auf den Ventilschließkörper zu übertragen.
In der DE-OS 22 43 921 ist eine Kraftstoffversorgungsanlage offenbart, bei der eine beheizte Bimetallfeder in einem zweiten Drucksteuerventil vorgesehen ist, das den Druck der als Rückstellkraft an einem Meßorgan wirkenden Druckflüssigkeit temperaturabhängig steuert. Die Bimetallfeder, die einseitig eingespannt ist, wirkt dabei mit ihrem freien Ende auf einen federbelasteten Stift, der eine den Sitz des Flachventils öffnende bzw. schließende Membran betätigt. Abgesehen davon, daß dieser Vorschlag ein ganz spezielles Ventil zur Steuerung der als Rückstellkraft wirkenden Druckflüssigkeit anspricht, gilt für dieses zumindest einer der zuvor aufgeführten Nachteile, nämlich die Notwendigkeit, die Bewegungen der Bimetallfeder mechanisch auf den Ventilschließkörper zu übertragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil
der eingangs genannten Art zu schaffen, das unter Vermeidung der geschilderten Nachteile vergleichsweise
einfach aufgebaut und weitgehend verzögerungsfrei zu schalten ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst.
daß das Steuerelement mindestens ein PTC-Element ist,
und daß das Bimetallelement als Platte ausgebildet ist, deren Umfang den fest eingespannten Teilbereich
bildet, und deren freier Teil ein nach beiden Seiten federnd durchwölbbarer zentraler Bereich ist. der
unmittelbar das Ventilverschlußglied bildet.
Diese Maßnahmen führen zu dem enormen Vorteil einer direkten Steuerung, wobei die Platte einseitig vom
Strömungsmedium beaufschlagt wird und dadurch unter dessei; Temperatureinfluß gelangt. Dies führt zu einer
kombinierten Ventilbeeinflussiing, die aufgrund der vollständig isolierten Lage d<;s Bimetallelementes
gemäß DE-OS 22 43 921 dort nicht möglich ist.
Aus »Elektrotechnik, Elektronik«. Berlin 1972. Seite
362 und 363 sowie aus »Moderne Elektronik«. Berlin
M 1971. Seite 181 und 182 ist es bekannt, PTC-Elemente zu
temperaturabhängigen Regelvorgäneen heranzuziehen Temperaturabhängige Widerstände mit positivem Tem-
!'rr.uurkoeffi/.ienten werden auch PTt'- Widoi stände
oder Kaltleiter genannt.
Mit der Erfindung ist es unabhängig von der tatsächlichen Lage des Ventils möglich, dessen thermisch
bedingten Schaltvorgang elektrisch und somit auch aus großer Entfernung vorzunehmen, da die
Wärme für den Schaltvorgang unmittelbar im Ventil erzeugt und nicht durch Wärmeleitung von außen über
das Ventilgehäuse in dessen Inneres herangeführt wird. Bei temperaturabhängigen Steuerungen ist lediglich das
Thermoventi! in die vorgesehene Leitung pinzusetzen und elektrisch anzuschließen. Die elektrische Beeinflussung
des PTC-Elementes kann dann von beliebigen Größen und beispielsweise von einer an einer völlig
anderen Steile herrschenden Temperatur abhängig gemacht werden, ohne daß irgendwelche Wärmebrükken
bzw. -verbindungen bestehen müssen. Da die Wärmeerzeugung unmittelbar im Ventil erfolgt, kann
dieses bei einer entsprechend hohen Belastung des PTC-Elementes praktisch verzögerungsfrei geschaltet
werden, was bei den bekannten Thermoventilen ohne innere Wärmequelle nicht der Fall ist. Außerdem läßt
sich über die elektrische Steuerung des PTC-EIementes
eine wesentlich feinfühligere und bedarfsgerechte,
beispielsweise in bestimmter Art zeitabhängige, Schaltung vornehmen. Das erfindungsgemäße Ventil ist somit
bei einfacher Handhabung äußerst vielseitig und anpassungsfähig.
Vorzugsweise besteht der Wärmestrahlungskontakt über Zwischenschaltung einer mit dem PTC-Element
wärmeleitend verbundenen Abstrahlungsplatte. Der Wärrnestrahlungskontakt hat den Vorteil, daß das
Wärme- bzw. Schaltverhalten auch unter Berücksichtigung der notwendigen Schaltwege der Bimetallplattc
weitgehend konstant ist, und daß ohnehin b.'i derartigen
Ventilen kein ständig gleichbleibender Wärmeleitungs-Übergang,
beispielsweise an den Randbereichen, eingehalten werden kann. Außerdem können die Ventiltoleranzen
bei bewußter Ausnutzung des Wärmestrahlungskontaktes größer sein, wodurch sich die Herstellung
sowie Montage des Ventils verbilligen und vereinfachen.
Bei eir :r besonders einfachen Ausführungsform überdeckt die Bimetallplatte mit ihrem zentralen
Bereich einen von einem Dichtring umgebenen VentilanschluO und liegt im Schließzustand dichtend am
Dichtring an. Bei einer solchen direkten Steuerung kann der Schaltvorgang überdies von der Temperatur des
Strömungsmedium«, beispielsweise von Luft oder einem
anderen Gas, abhängig gemacht werden, um so zu einer kombinierten Ventilbeeinflussung zu gelangen. Sofern
dies erwünscht ist, ist es allerdings zweckmäßig, wenn die Bimetallplatte auch im geschlossenen Zustand des
Ventils beispielsweise über einen Hilfskana! dauernd vom Strömungsmedium umspült wird. Auch läßt sich
selbstverständlich aus der Temperatur des Strömtingsmediums
ein weiteres elektrisches Signa! ableiten, das ausschließlich oder in Verbindung mit einem anderen
Signal zur Steuerung des PTC-Elementes verwendet wird.
Eine besonders praktische Ausführungsform ist derart aufgebaut, daß die Abstraltilungsplatte zwischen
einem Ventilgrundteil sowie einem Ventilaufsai/ und die Bimetallpiatte zwischen einem an der Abstrahlungsplattc
anliegenden Abstandshalter sowie dem Ventilgrundieil eingespannt sind. Hierbei kann die Abstützung
am Ventilgrundteil über einen hulartigen Halter
erfolgen. Em solcher Ventilaufbau ist einfach ur.'. ermöglicht eire sehr schnelle Montage bzw. Demontage·
Own· Ali',; r -chbark it. Bein; 7.us..<.mii.snsei/cn der
Ventilteile werden die Abstrah'/ungsplatte, die Bimetallplatte
und gegebenenfalls auch das PTC-Element automatisch eingespannt und in die erforderlichen
Wärmestrahlungs- bzw. Wärmeleitungspositionen gebracht
Wenn der Abstandhalter und der hutartige Halter aus einem isolierenden Material bestehen, wird
die Wärmebeeinflussung der Bimetallscheibe ausschließlich auf die Wärmestrahlung der Abstrahlungtplane
beschränkt, so daß keine störenden Wärmenebenflüsse entstehen können.
Vorzugsweise liegt das PTC-Element rückseitig an der Abstrahlungsplatte an und ist mit nach außen
führenden Steckeranschlüssen elektrisch verbunden. Das somit sehr schnell und einfach elektrisch anschließbare
Ventil ermöglicht eine kurzfristige Aufheizung der Abstrahlungsscheibe durch Wärmeleitung über einen
kurzen Weg, der praktisch nur der Dicke der Abstrahlungsplatte entspricht Wenn das PTC-Element
federnd gegen die Abstrahlungsplatte gedrückt wird, ergibt sich ein besonders guter Wärmekontakt, der
erforderlich ist, damit die Abstrahlwärme möglichst schnell zur Verfügung steht. Darüber hinaus läßt sich
das Zeitverhalten durch unterschiedlich starke Erwärmung des PTC-Elementes oder aber durch mehrere mit
der Abstrahlungsplatte in Wärmekontakt stehende und auf unterschiedliche Betriebstemperaturen aufheizbare
PTC-Elemente variieren.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher
erläutert.
Ein pneumatisches Thermoventil weist ein Ventilgrundteil 10 mit zwei Ventilanschlüssen 12 und 14 sowie
einen aufgesetzten bzw. aufgeschraubten Ventilaufsatz 22 auf. Der zentrale Ventilanschluß 12 ist im
Ventilinneren von einem Dichtring 20 umgeben, der im Schließzustand einer Bimetallplatte 16 dichtend an
dieser anliegt. Die Bimetallplatte 16 stellt somit das Ventilverschlußglied selbst dar. Bei Erreichen einer
bestimmten thermischen Schaltschwelle klappt die Bimetallplatte 16 in ihre Öffnungsstellung 18 um. so daß
der Strömungspfad zwischen den Ventilanschlüssen 12 vnd 14 freigegeben wird.
Der Randbereich der Bimetallplatte 16 stützt sich einerseits über einen isolierenden, hutartigen Halter 28
am Ventilgrundteil 10 und andererseits über einen isolierenden Abstandhalter 24 an eir.er Abs'.rahlungsplatte
26 ab, die zwischen dem Ventilaufsa'.z 22 und dem Ventilgrundteil 10 bzw. dem hutförmigen Halter 28
eingespannt sowie wärmeleitfähig und mit einer der Bimetallplatte 16 zugekehrten Abstrahlungsoberfläche
ausgebildet ist. Gegen die Rückseite der Abstrahlungsplatte 26 wird ein elektrisch beheizbares PTC-Element,
das einen Halbleiter mit positivem Temperaturkoeffizient darstellt, derart und beispielsweise federnd
gedrückt, daß ein guter Wärmeübergang zwischen diesem Element und der Abstrahlungsplatte besteht.
Das PTC-Element 30 ist über rückwärtige Kontakte 32 und gegebenenfalls auch über die vorderseitige, leitende
Abstrahlungsplatte 26 mit nach außen führenden Steckeranschiüfen 34 elektrisch verbunden, die zum
Zuführen der notwendigen Heizleistung dienen,
Das dargestellte und beschriebene Thermoventil ist besonders einfach und zweckmäßig aufgebaut, wodurch
es eine schnelle Montage sowie Demontage und Austauschbarkeit der verschiedenen Einsatzglieder
ermöglicht. Diese werden beim Zusammensetzen der Ventilteile automatisch eingespannt bzw. fixiert, so daß
'lachträglich keine weiteren Justierungen und Einstel-
5 6
iungen hinsichtlich der Wärmebrücken und Wärme- gewährleistet diese Anforderung durch den ihm
Strahlungswege notwendig sind. eingegebenen Stabilisicrungspunkt. Auch laßt %k-h
Selbstverständlich lassen sich zur direkten Wärmeer- mittels verschiedener PTC-Elemente die sich in ihren
zeugung 5οννΐε Schaltbeeinflussung innerhalb des Stabilisicrungstemperaturen unterscheiden die Zeit bis
Ventils in Abhängigkeit von äußeren Vorgängen auch ; zum Umklappen der Bimetallplatte bei einer konstanten
andere Heizelemente einsetzen, doch haben sich Beharrungstemperatur variieren. In jedem F-all wird das
PTC-Elemente durch thre spezielle Aufheizcharakteri- Thermoventil. das für beliebige und beispielsweise
stik als besonders geeignet erwiesen. Die Bimetallplat- pneumatische Stcuerungsvorgänge verwendbar ist
ten dürfen im allgemeinen nicht über eine Temperatur durch die Kombination der Bimetallplatte mit einem
von ca. + 120"C erhitzt werden, und die Selbstregelung ,o eingebauten Heizglied besonders vielseitig anpassunes-
des als Heizglied vorgeschlagenen Halblciterelementcs 'ühig und zweckmäßig anwendbar
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Ventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Auspuffgasrückführungssysteme, mit einem
einen Ventilströmungsdurchgang temperaturabhängig beeinflussenden, in einem Teilbereich eingespannten
Bimetallelement, das mit einem elektrisch beheizbaren Steuerelement in Wärmekontakt, vorzugsweise
in Wärmestrahlungskontakt, steht und dessen freier Bereich der Ventilfunktion zugeordnet
\sx, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement mindestens ein PTC-Element (30) ist,
und daß das Bimetallelement (16) als Platte ausgebildet ist, deren Umfang den festeingespannten
Teilbereich bildet, und deren freier Teil ein nach beiden Seiten federnd durchwölbbarer zentraler
Bereich ist, der unmittelbar das Ventilverschlußglied bildet.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrahlungskontakt über Zwischenschs'tung
einer mit dem PTC-Element (30) wärmeleitend verbundenen Abstrahlungsplatte (26)
besteht.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallplatte (16) mit
ihrem zentralen Bereich einen von einem Dichtring (20) umgebenen Ventilanschluß (12) überdeckt und
im Schließzustand dichtend am Dichtring anliegt.
4. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abstrahlungsplatte (26) zwischen einem Ventilgrundteil (10) sowie einem Ventilaufsatz (22) und die
Bimetallplatte (16) zwischen einem an der Abstrahlungsplatte (26) anlegender! Abstandshalter (24)
sowie dem Veiitilgruncilei! (10) eingespannt sind.
5. Ventil nach Anspruch 4, ι jdurch gekennzeichnet,
daß die Abstützung am Ventilgrundteil (10) über einen hutartigen Halter (28) erfolgt.
6. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
PTC-Element (30) rückseitig an der Abstrahlungsplatte (26) anliegt und mit nach außen führenden
Steckeranschlüssen (34) elektrisch verbunden ist.
7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das PTC-Element (30) federnd gegen die
Abstrahlungsplatte (26) gedruckt wird.
8. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 7. gekennzeichnet durch die
Verwendung mehrerer beheizbarer PTC-Elemente (16).
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OGA | New person/name/address of the applicant | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: PIERBURG GMBH, 4040 NEUSS, DE |
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