DE2453757C3

DE2453757C3 - Thermoventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2453757C3
Application number: DE2453757A
Authority: DE
Inventors: Waldemar Dietmar Ing.(Grad.) 5024 Pulheim Mundil
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1974-11-13
Filing date: 1974-11-13
Publication date: 1980-07-24
Also published as: IT1056131B; GB1513803A; FR2291427A1; JPS5544267B2; DE2453757B2; DE2453757A1; FR2291427B1; US4027848A; JPS5171528A

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Auspuffgasrückführungssysieme, 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 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 Auspuffsystems einer Brennkraftmaschine dargestellt und beschrieben, bei dem ein TemDeraturschalter mit mehreren Schalt

ίο

schwellen 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 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 temperaturempimdliche 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 aufgeführtem Naciiioile, nämlich die Notwendigkeit, die Bewegungen der Bimetallfeder mechanisch auf den Veniilschließkörper 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 dessen Temperatureinfluß gelangt. Dies führt zu einer kombinierten Ventilbeeinflussurig, die aufgrund der vollständig isolierten Lage des 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 1971, Seite 181 und 182 ist es bekannt, PTC-Elemente zu temperaturabhängigen Regelvorgängen heranzuziehen. Temperaturabhängige Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizienten werden auch PTC-Widerstände

oder Kaltleiter genannt Ventilteile werden die Abstrahlungsplatte, die Bimetall-

Mit der Erfindung ist es unabhängig von der platte und gegebenenfalls auch das PTC-Element

tatsächlichen Lage des Ventils möglich, dessen ther- automatisch eingespannt und in die erforderlichen

misch bedingten Schaltvorgang elektrisch und somit Wärmestrahlung«- bzw. Wärmeleitungspositionen ge-

auch aus großer Entfernung vorzunehmen, da die 5 bracht. Wenn der Abstandhalter und der hutartige

Wärme für den Schaltvorgang unmittelbar im Ventil Halter aus einem isolierenden Material bestehen, wird

erzeugt und nicht durch Wärmeleitung von außen über die Wärmebeeinflussung der Bimetallscheibe aus-

das Ventilgehäuse in dessen Inneres herangeführt wird. schließlich auf die Wärmestrahlung der Abstrahlungs-

Bei temperaturabhängigen Steuerungen ist lediglich das platte beschränkt, so daß keine störenden Wärmene-

Thermoventil in die vorgesehene Leitung einzusetzen io benflüsse entstehen können.

und elektrisch a.izuschließen. Die elektrische Beeinflus- Vorzugsweise liegt das PTC-Element rückseitig an sung des PTC-Elementes kann dann von beliebigen der Abstrahlungsplatte an und ist mit nach außen Größen und beispielsweise von einer an einer völlig führenden Steckeranschlü.isen elektrisch verbunden, anderen Stelle herrschenden Temperatur abhängig Das somit sehr schnell und einfach elektrisch anschließgemacht werden, ohne daß irgendwelche Wärmebrük- 15 bare Ventil ermöglichi eine kurzfristige Aufheizung der ken bzw. -verbindungen bestehen müssen. Da die Abstrahlungsscheibe durch Wärmeleitung über einen Wärmeerzeugung unmittelbar im Ventil erfolgt, kann kurzen Weg, der praktisch nur der Dicke der dieses bei einer entsprechend hohen Belastung des Abstrahlungsplatte entspricht Wenn das PTC-Element PTC-Elementes praktisch verzögerungsfrei geschaltet federnd gegen die Abstrahlungsplatte gedrückt wird, werden, was bei den bekannten Thermoventilen ohne 20 ergibt sich ein besonders guter Wärmekontakt, der innere Wärmequelle nicht der Fall ist Außerdem läßt erforderlich ist, damit die Abstrahlwärme möglichst sich über die elektrische Steuerung des PTC-Elementes schnell zur Verfugung steht. Darüb.·.' hinaus läßt sich eine wesentlich feinfühligere und bedarfsgerechte, das Zeitverhaiten durch unterschiedlich starke Erwärbeispielsweise in bestimmter Art zeitabhängige. Schal- mung des PTC-Elementes oder aber durch mehrere mit tung vornehmen. Das erfindungsgemäße Ventil Bt somit 25 der Abstrahlungsplatte in Wärmekontakt stehende und bei einfacher Handhabung äußerst vielseitig und auf unterschiedliche Betriebstemperaturen aufheizbare anpassungsfähig. PTC-Elemente variieren.

Vorzugsweise besteht der Wärmestrahlungskontakt Die Erfindung wird nachfolgend an einem in der

über Zwischenschaltung einer mit dem PTC-Element Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher

wärmeleitend verbundenen Abstrahlungsplatte. Der » erläutert.

Wärmestrahlungskontakt hat den Vorteil, daß das Ein pneumatisches Thermovenlil wiist ein Ventil-Wärme- bzw. Schaltverhalten auch unter Berücksichti- grundteil 10 mit zwei Ventilanschlüssen 12 und 14 sowie gung der notwendigen Schaltwege der Bimetallplatte einen aufgesetzten bzw. aufgeschraubten Ventilaufsatz weitgehend konstant ist, und daß ohnehin bei derartigen 22 auf. Der zentrale Ventilanschluß 12 ist im Ventilen kein ständig gleichbleibender Wärmeleitungs- 35 Veniilinneren von einem Dichtring 20 umgeben, der im übergang, beispielsweise an den Randbereichen, einge- Schließzustand einer Bimetallplatte 16 dichtend an halten werden kann. Außerdem können die Ventiltolc- dieser anliegt. Die Bimetallplalle 16 stellt somit das ranzen bei bewußter Ausnutzung des Wärmestrahlungs- Ventilverschlußglied selbst dar. Bei Erreichen einer kontaktes größer sein, wodurch sich die Herstellung bestimmten thermischen Schaltschwelle klappt die sowie Montage des Ventils verbilligen und vereinfachen. *o Bimetallplatte 16 in ihre Öffnungsstellung 13 um, to daß

Bei einer besonders einfachen Ausführungsform der Strömungspfad zwischen den Ventilanschlüssen 12

überdeckt die Bimetallplattc mit ihrem zentralen und 14 freigegeben wird.

Bereich einen von einem Dichtring umgebenen Der Randbereich der Bimetallplatte 16 stützt sich

Ventilanschluß und liegt im Schließzustand dichtend am einerseits über einen isolierenden, hutartigen Halter 28

Dichtring an. Bei einer solchen direkten Steuerung kann «5 am Ventilgrundteil 10 und andererseits über einen

der Schaltvorgang überdies von der Temperatur des isolierenden Abstandhalter 24 an einer Abstrahlungs-

Strömungsmediums, beispielsweise von Luft oder einem platte 26 ab, die zwischen dem Ventilaufsatz 22 und dem

anderen Gas, abhängig gemacht werden, um so zu einer Ventilgrundteil 10 bzw. dem hutförmigen Halter 28

kombinierten Ventilbeeinflussung zu gelangen. Sofern eingespannt sowie wärmeleitfähig und mit einer der

dies erwünscht ist, ist es allerdings zweckmäßig, wenn w Bimetallplatte 16 zugekehrten Abstrahlungsoberfläche

die Bimetallplatte auch im geschlossenen Zustand des ausgebildet ist. Gegen die Rückseite der Abstrahlungs-

Ventils beispielsweise über einen Hilfskanal dauernd platte 26 wird ein elektrisch beheizbares PTC-Element,

vom Strömungsmedium umspült wird. Auch läßt sich das einen Halbleiter mit positivem Temperaturkoeffi-

selbstverständlich aus der Temperatur des Strömungs- zient darstellt, derart und beispielsweise federnd

mediums ein weiteres elektrisches Signal ableiten, das 55 gedrückt, daß ein guter Wärmeübergang zwischen

ausschließlich oder in Verbindung mit einem anderen diesem Element und der Abstrahlungsplatte besteht

Signal zur Steuerung des PTC-Elementes verwende: Das PTC-Element 20 ist über rückwärtige Kentakte 32

wird. und gegebenenfalls auch über die vorderseitige, leitende

Eine besonders praktische Ausführungsform ist AbstrahlungsplaUe 26 mit nach außen führenden

derart aufgebaut, daß die Abstrahlungspfatte zwischen 60 Steckeranschlüssen 34 elektrisch verbunden, die zum

einem Ventilgrundteil sowie einem Ventilaufsatz und Zuführen der notwendigen I leizleistung dienen,
die Bimetallplatte zwischen einem an der Abstrahlungs= Das dargestellte und beschriebene Thcrmoventil ist

platte anliegenden Abstandshalter sowie dem Ventil- besonders einfach und zweckmäßig aufgebaut, v»»durch

grundteil eingespannt sind. Hierbei kann die Abstützung es eine schnelle Montage sowie Demontage und

am Ventilgrundteil über einen hutartigen Halter 65 Austauschbarkeit der verschiedenen Einsatzglieder

erfolgen. Ein solcher Ventilaufbau ist einfach und ermöglicht. Diese werden beim Zusammensetzen der

ermöglicht eine sehr schnelle Montage bzw. Demontage Ventilteile automatisch eingespannt bzw. fixiert, so daß

sowie Austauschbarkeit. Beim Zusammensetzen der nachträglich keine weiteren Justierungen und Einstel-

lungen hinsichtlich der Wärmebrücken und Wärmestrahlungswege notwendig sind.

Selbstverständlich lassen sich zur direkten Wärmeerzeugung sowie Schaltbeeinflussung innerhalb des Ventils in Abhängigkeit von äußeren Vorgängen auch andere Heizelemente einsetzen, doch haben sich PTC-Eletnente durch ihre spezielle Aufheizcharakteristik als besonders geeignet erwiesen. Die Bimetallplatten dürfen im allgemeinen nicht über eine Temperatur von ca. + 120⁰C erhitzt werden, und die Selbstregelung des als Heizglied vorgeschlagenen Halbleiterelementes gewährleistet diese Anforderung durch den ihm eingegebenen Stabilisierungspunkt. Auch IaBt sich mittels verschiedener PTC-Elemente, die sich in ihren Stabilisierungstemperaturen unterscheiden, die Zeit bis

"y zum Umklappen der Bimctallplatte bei einer konstanten Beharrungslemperaliir variieren. In jedem Fall wird das Thcrmovenlil, das für beliebige und beispielsweise pneumatische Stcuerungsvorgänge verwendbar ist, durch die Kombination der Bimetallplatte mit einem

ίο eingebauten Heizglied besonders vielseitig, anpassungsfähig und zweckmäßig anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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 ist, 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 Zwischenschaltung einer mit dem PTC-Element (30) wärmeleitetäci 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 Schließzusland 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 Bimctallplattc (16) zwischen einem an der Abstrahlungsplatte (26) anliegenden \bstandshalter (24) sowie dem Ventilgrundtcü( 10) eingespannt sind.

5. Ventil nach Anspruch 4, dar';rch 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 Abslrahlungsplatte (26) anliegt und mit nach außen führenden Steckeranschlüssen (34) elekirisch verbunden ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das PTC-Element (30) federnd gegen die Abstrahlungsplatte (26)gedrückt wird.

8. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung mehrerer beheizbarer PTC-Elemenic (16).