DE2510899C2

DE2510899C2 - Kaltstarteinrichtung für Vergaser von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2510899C2
Application number: DE2510899A
Authority: DE
Inventors: Richard J. Mt. Clemens Mich. Freismuth; Joseph F. Warren Mich. Lopiccola
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1974-03-20
Filing date: 1975-03-13
Publication date: 1982-10-07
Also published as: GB1493533A; DE2510899A1; JPS5821094B2; JPS50128018A; US3905346A; AU7917475A; CA1034451A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kaltstarteinrichtung für Vergaser von Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erläuterten ArL

Aus der DE-OS 22 34 276 ist eine Kaltstarteinrichtung dieser Art bekannt. Diese Kaltstarteinrichtung weist jedoch keinen Ausgleich für die sich mit unterschiedlichen Höhenlagen ändernde unterschiede ehe Dichte der Luft auf.

Das temperaturempfindliche Federelement, das die exzentrisch gelagerte Luftklappe bei absinkender Temperatur in ihrer geschlossenen Lage federbelastet, wird durch vom Auspuffkrümmer erwärmte Luft oder durcfi Auspuffgase erwärmt, die vom Auspuffkrümmer der Brennkraftmaschine über das Gehäuse des temperaturempfindlichen Federelementes zum Ansaugrohr der Brennkraftmaschine geführt werden.

Bei größerer Höhenlage und damit geringerer Dichte der Luft, verringert sich der Unterdruck im Ansaugrohr entsprechend, d. h. die Strömung von heißen Auspuffgasen am temperaturempfindlichen Federelement vornimmt nimmt mit zunehmender Höhenlage ab. Während eines Kaltlaufes der Brennkraftmaschine bei niedrigen Umgebungstemperaturen und bei fahrendem Kraftfahrzeug kann hierbei der im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine wirkende Unterdruck zu gering sein, um genügend heiße Auspuffgase am temperaturempfindlichen Federelement vorbeizuführen. Dadurch kann ein ausreichendes Offenhalten der Luftklappe nicht mehr gewährleistet werden, das Treibstoff-Luft-Gemisch wird zu reich und die Brennkraftmaschine stirbt in Folge zu reichem Gemisch ab.

Die Aufgabe ist es daher, eine Kaltstarteinrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß auch bei großen Höhenlagen eine gleichbleibende Funktion der Kaltstarteinrichtung erzielt wird, & h. daß auch bei in Folge mangelnder Druckdifferenz ausfallender Beheizung des temperaturempfindlichen Federelementes durch heiße Auspuffgase für ein ausreichendes öffnen der Luftklappe gesorgt wird

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem eine Kaltstarteinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufgezeigten Art die im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgezeigten Merkmale aufweist.

Dadurch, daß parallel zum temperaturabhängigen Ein- und Ausschalter ein unterdruckabhängiger Ein- und Ausschalter für das elektrische Heizelement vorgesehen ist, der bei einem unter einen bestimmten Wert absinkenden Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine das elektrische Heizelement einschaltet, wird ein ausreichendes öffnen der Luftklappe auch in großen Höhenlagen gewährleistet.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert

F i g. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Fallstrom-Doppelvergaser mit einer Kaltstarteinrichtung gemäß der Erfindung.

Fig.2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch die erfindungsgemäße Kaltstarteinrichtung in F i g. 1.

F i g. 2a zeigt den gleichen Schnitt wie F i g. 2, jedoch mit unterschiedlichen Arbeitsstellungen der Ein- und Ausschalter für das elektrische Heizelement

F i g. 3 zeigt ein Diagramm über die Funktionsweise des in den F i g. 1 und 2 gezeigten elektrischen Heizelementes.

In F i g. 1 besteht der Fallstrom-Doppelvergaser aus einem oberen Teil 12, einem mittleren Teil 14 und einem unteren Teil 16. Die drei Vergaserteile sind über entsprechende Einrichtungen (nicht gezeigt) miteinander und mit dem Ansaugrohr 18 einer Brennkraftmaschine verbunden.

Der mittlere Teil 14 des Vergasers enthält die herkömmlichen Ansaugkanäle 20, in denen je ein Lufttrichter 22 und ein Vorzerstäuber 24 angeordnet sind.

Die durch die Ansaugkanäle 20 strömende Luftmenge wird über eine Luftklappe 28 gesteuert, die an einer Welle 30 exzentrisch angeordnet ist, die im oberen Teil 12 des Vergasers drehbar gelagert ist. Die Strömung von Treibstoff-Luft-Gemisch durch jeden Ansaugkanal 20 wird hierbei über eine herkömmliche Drosselklappe 36 (nur eine gezeigt) gesteuert, die an einer Welle 38 angeordnet ist, die im unteren Teil 16 des Vergasers drehbar gelagert ist. Die Drosselklappen 36 sind in herkömmlicher Weise über ein Gestänge vom Gaspedal des Kraftfahrzeuges her betätigbar und zwar von einer in der Figur gezeigten nahezu geschlossenen Leerlaufstellung bis zu einer weit offenen Vollgasstellung.

Die Luftklappe 28 wird über eine halbautomatisch arbeitende Kaltstarteinrichtung 40 betätigt. Die Kaltstarteinrichtung 40 weist ein Gehäuse 42 auf, das als Verlängerung des unteren Teils 16 des Vergasers

ausgebildet ist. Das Gehäuse 42 nimmt ein Ende einer Betätigungswelie 44 auf, deren anderes Ende in einer Konsole 46 drehbar gelagert ist. Ein am einen Ende der Betätigungswelle 44 angeordneter Hebelarm 48 steht über eine Verbindungsstange 52 mit einem an der Luftklappenwelle 30 angeordneten Hebelarm in Verbindung.

Eine Drehung der Betätigungswelle 44 bewirkt somit eine entsprechende Bewegung der Luftklappenwelle 30 und damit der Luftklappe 28.

An dem in dar Gehäuse 42 einragenden Ends der BetStigungswelle 44 ist ein L-förmiger Übertragungshebel 54 angeordnet, dessen einer Schenkel 56 drehfest mit der Betätigungswelle 44 verbunden ist und dessen anderer Schenkel 58 mit dem äußeren Ende eines temperaturempfindlichen Bimetall-Federlementes 60 über einen bogenförmigen Schlitz in einer Trennwand 64 verbunden ist.

Der eine Schenkel 56 des Übertragungshebels 54 ist weiterhin mit der Kolbenstange 76 eines unterdruckabhängigen Kolbens 78 verbunden. Der Kolben 78 ist in einer Bohrung 79 im Gehäuse 42 verschiebbar gelagert Auf die untere Oberfläche des Kolbens 78 wirkt über einen Kanal 80 der stromab der Drosselklappe 36 an einer Öffnung 82 wirkende Unterdruck im Ansaugrohr 18 der Brennkraftmaschine ein.

Das Gehäuse 42 ist mit einer Leitung 68 verbunden, die entweder vom Auspuffkrümmer erwärmte Luft oder unmittelbar dem Auspuffkrümmer entnommene Auspuffgase zum temperaturempfindlichen Federelement 60 führt Die Bohrung 79, in der der Kolben 78 verschiebbar ist, ist in an sich bekannter Weise mit Umgehungsschlitzen versehen, über die der Unterdruck im Ansaugrohr 18 der Brennkraftmaschine wirksam wird, um die erwärmte Luft oder die Auspuffgase über die Leitung 68 am temperaturempfindlichen Federelement 60 vorbei über den Kanal 80 und die öffnung 82 in das Ansaugrohr 18 zu führen.

Das Bimetall-Federelement 60 verändert sich entsprechend der Temperatur der über die Leitung 68 in das Gehäuse 42 gelangenden Luft oder Auspuffgase, in dem es sich zusammenzieht oder ausdehnen wird, wodurch eine entsprechende Bewegung über den Übertragungshebel 54 auf die Betätigungsweüe. 44 und schließlich auf die Luftklappe 28 übertragen wird.

Beim Start benötigt eine Brennkraftmaschine bei niedrigen Umgebungstemperaturen ein reicheres Treibstoff-Luft-Ge/nisch, da sich ein Teil ties in der Luft befindlichen Treibstoffes niederschlägt und nicht in den Zylinder gelangt Daher wird die Luftklappe 28 nahezu geschlossen gehalten, um einen höheren Druckabfall herbeizuführen, wodurch i;iehr Treibstoff angesaugt wird. Läuft die Brennkraftmaschine nach einem erfolgreichen Start aus eigener Kraft weiter, so muß die Luftklappe 28 leicht geöffnet werden, um ein Absterben der Brennkraftmaschine infolge überreichen Gemisches zu verhindern.

Die vorliegende halbautomatische Kaltstarteinrichtung 40 sorgt mit Hilfe des temperaturempfindlichen Bimetall-Federelementes 60 und dem unterdruckabhängigen Kolben 78 für eine entsprechende Steuerung der Luftklappe 28, wie sie im allgemeinen bekannt ist und wie sie nicht näher erläutert zu werden braucht.

Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, ist das innere Ende des temperaturempfindlichen Bimetall-Federelementes 60 an einem Metallbolzen 84 befestigt. Der Metallbolzen 84 besteht in einem Stück mit einer Aluminiumscheibe 85. Die Aluminiumscheibe 85 bildet das Wärmeübergangselement für ein elektrisches Heizelement 86.

Das elektrische Heizelement 86 besteht aus einem Halbleiter mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) in der Form einer flachen keramischen Scheibe. Das Heizelement 86 ist an der Aluminiumscheibe 85 befestigt und weist einen federnd abgestützten, die Stromführung übernehmenden Mittenkontakt 88 auf. Die Aluminiumscheibe 85 liegt über ein Halteteil 92 an Masse. Der Mittenkontakt 88 erstreckt sich durch eine Öffnung in einer Wand 89 eines Kunststoffgehäuses 90 und kommt fallweise in Berührung mit einem Kontaktbolzen 96 eines temperaturabhängigen Ein- und Ausschalters 94. Der temperaturabhängige Ein- und Ausschalter 94 weist eine Umspring-Bimetall-Federscheibe auf, die den über eine Scheibe 98 federnd abgestützten Kontaktbolzen 96 einmal am Mittenkontakt 88 anliegen läßt und das andere Mal von diesem abhebt Die Stromzuführung zum Kontaktbolzen 96 erfolgt über eine Kontaktplatte 100 und die federnde Scheibe 98. Die Kontaktplatte 100 ist an ihrem nach außen geführten Ende mit einer geeigneten Spannungsquelle im Kraftfahrzeug, wie z. B. der Lichtmaschine, verbunden.

Am Kunststoffgehäuse 90 ist ein unterdruckabhängiger Ein- und Ausschalter 102 angeordnet, der über eine Steckverbindung parallel zum temperaturabhängigen Ein- und Ausschalter 94 in den Stromkreis für das elektrische Heizelement 86 einschaltbar ist Der unterdruckabhängige Ein- und Ausschalter 102 besteht aus einem Gehäuse 103, an dessen einer Seite sich zwei die Stromzuführung übernehmende Kontakte 104 und 106 nach außen erstrecken. Der Kontakt 104 erstreckt sich durch eine öffnung 107 im Kunststoffgehäuse 90 in eine Lage, in der er benachbart der Rückseite des Kontaktbolzens 96 liegt Befindet sich der temperaturabhängige Ein- und Ausschalter 94 in seiner in Fig.2 gezeigten Einschaltstellung, so besteht keine stromleitende Verbindung zwischen dem Kontaktbolzen 96 und dem Kontakt 104 des unterdruckabhängigen Ein- und Ausschalters 1OZ Bewegt sich der temperaturabhängige Ein- und Ausschalter 94 in seine Ausschaltstellung, so liegt der Kontaktbolzen 96 gegen den Kontakt 104 an und ve-bindet diesen über die Kontaktplatte 100 mit der Stromquelle. Der andere Kontakt 106 erstreckt sich ebenfalls durch eine öffnung 108 im Kunststof.'gehäuse 90 und gelangt in Kontakt mit einem elektrischen Leiter 110, der mit dem Mittenkontakt 88 des elektrischen Heizelementes 86 in Verbindung steht.

Das Gehäuse 103 des unterdruckabhängigen Ein- und Ausschalters 102 ist durch eine ringförmige, flexible Membrane 111 in eine Atmosphärendruckkammer 112 und eine Unterdruckkammer 113 aufgeteilt. Die Unterdruckkammer 113 weist einen Anschluß 114 auf, der über eine Leitung (nicht gezeigt) mit einem ähnlichen Unterdruckanschluß wie die öffnung 82 verbunden ist

Die Atmosphärendnjckkammer 112 steht 'iber eine Bohrung im Gehäuse 103 mit der Umgebuncsatmosphäre in Verbindung. Die flexible Membrane 111 ist auf ihrer zu den Kontakten 104 und 106 hin liegenden Seite mit einer Kontaktbrücke 116 verbunden. Eine vorgespannte Schraubenfeder 118, die in der Unterdruckkammer 113 angeordnet ist, drückt normalerweise die Kontaktbrücke 116 in Anlage mit den Kon'akten 104 und 106. Die Kraft der Schraubenfeder 118 wird hierbei so gewählt, daß zumindest ein Unterdruck von 0,066 Atmosphären erforderlich ist, um die Membrane 111 •jnd damit die Kontaktbrücke 116 in die in Fig. 2

gezeigte die Kontakte 104 und 106 trennende Stellung zubringen.

Das elektrische Heizelement 86 besteht aus einem Halbleiter mit positivem Temperaturkoeffizienten, dessen Innenimpedanz beim Anstieg seiner Innentem- ■-, peratur ansteigt und dessen Wärmeabgabe und Stromdurchfluß bei Erreichen einer bestimmten Endtemperatur auf ein Minimum reduziert wird. Diese Funktionsweise ist aus Fig. 3 zu erkennen. Diese Funktionsweise des elektrischen Heizelementes 86 _w iviacht es entbehrlich, temperaturabhängige Abschaltkontakte für das elektrische Heizelement vorzusehen, ohne daß eine übermäßige Erwärmung des temperaturempfindlichen Bimetall-Federelementes 60 zu befürchten wäre. I'i

Das elektrische Heizelement 86 sorgt somit für eine zusätzliche Wärmezufuhr zum temperaturempfindlichen Bimetall-Federelement 60, sobald entweder der temperaturabhängige Ein- und Ausschalter 94 oder der unterdruckabhängigc Ein- und Ausschalter 102 den ^i Stromkreis zum elektrischen Heizelement 86 schließt.

Wenn die Inneritemperatur des Halbleiters mil positiven Temperaturkoeffizienten die Schalttemperatur 75 von 121⁰C erreicht, so wird die Innenimpedanz (siehe Fig. 4) so hoch, daß der Stromdurchfluß stark « verringert und im wesentlichen unterbunden wird. Die durch den verbleibenden Stromdurchfluß bewirkte Erwärmung des Halbleiters mit positiven Temperaturkoeffizienten ergänzt hierbei nurmehr diejenige Wärmemenge, die der Halbleiter an seine Umgebung abgibt. Somit erreicht der Halbleiter verhältnismäßig schnell eine Endtemperatur Tmax von etwa 150⁰C, die er, solang er, eingeschaltet ist, gleichbleibend beibehält.

Funktionsweise

In Fig.2a ist die Arbeitsstellung des temperaturabhängigen Ein- und Ausschalters 94 gezeigt, die er bei einer Umgebungstemperatur von unter 18"C einnimmt. In dieser Stellung liegt der Kontaktbolzen 96 im Abstand zum Mittenkontakt 88 des elektrischen Heizelementes 86, wodurch dieses zu diesem Zeitpunkt ausgeschaltet ist Bei einer solchen Umgebungstemperatur ist ein weitgehendes Schließen der Luftklappe erwünscht, um ein entsprechend angereichertes Treibstoff-Luft-Gemisch für einen Start der Brennkraftma- 4 schine zu erzielen. Nach einem Start der Brennkraftmaschine ist nur ein langsames öffnen der Luftklappe erwünscht, um einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase zu erreichen. Dieses langsame öffnen der Luftklappe kann über die vom Auspuffkrümmer her erwärmte Luft erfolgen, die an dem temperaturempfindlichen Bimetall-Federelement vorbeigeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist es nicht erforderlich, daß der Halbleiter eingeschaltet wird, solange die warme Luftströmung durch das Gehäuse der Kaltstarteinrichtung nicht unter ein Minimum absinkt

Bei einem Betrieb einer Brennkraftmaschine in größeren Höhen kann es vorkommen, daß der Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine unter einen Wert von 0,066 Atmosphären abfällt, wodurch zwischen dem Auspuffkrümmer und dem Ansaugrohr eine unzureichende Druckdifferenz vorhanden ist, die eine ungenügende Zufuhr von erwärmter Luft bzw. von heißen Auspuffgasen zum lemperaturempfindlichen Bimetall-Federelement ergibt.

Zu diesem Zeitpunkt reicht der auf den unterdruckabhängigen Ein- und Ausschalter 102 einwirkende Unterdruck nicht mehr aus. die Kraft der Schraubenfeder 118 zu überwinden, so daß diese die Kontaktbrüche 116 in Anlage gegen die Kontakte 104 und 106 bringt. Dadurch wird ein Stromkreis von der Kontaklplatte 100 über den Kontaktbolzen % den Kontakt 104. die Kontaktbrüche 116, den Kontakt 106 und den Leiter UO zum Mittenkontakt 88 des elektrischen Heizelementes 86 geschlossen, wodurch der Halbleiter mit positivem Temperaturkoeffizienten unter Umgebung des temperaturabhängigen Ein- und Ausschalters 94 eingeschaltet wird und anstelle der fehlenden Wärme von Aüspuffsystem die erforderliche Erwärmung des temperaturempfindlichen Bimetall-Federelementes 60 und damit eine ausreichende öffnung der Luftklappe 28 sicherstellt Sobald sich durch eine veränderte Betriebsweise der Brennkraftmaschine wieder ein Unterdruck im Ansaugrohr einstellt, der über einem Wert von 0,066 Atmosphären liegt, wird der Stromkreis zum elektrischen Heizelement 86 über die Membrane 111 unterbrechen, die die Kontaktbrücke 116 von den Kontakten 104 und 106 abhebt

Selbstverständlich kann der unterdruckabhängige Ein- und Ausschalter 102 durch entsprechende Wahl der Vorspannung der Schraubenfedev 118 auf verschiedene erwünschte Unterdruckwerte eingestellt werden.

Bei einer Umgebungstemperatur von über 18°C ist die Erwärmung des temperaturempfindlichen Bimetall-Federelementes 60 über erwärmte Luft vom Auspuffsystem nicht mehr ausreichend, um kurz nach einem erfolgreichen Start der Brennkraftmaschine zu einer günstigen Abgasemission zu gelangen.

Daher bewegt sich der temperaturabhängige Ein- und Ausschalter 94 bei einer Umgebungstemperatur von über 18°C in seine in F i g. 2 gezeigte Arbeitsstellung, in der der Kontaktbolzen % gegen den Mittenkontakt 88 des elektrischen Heizelementes 86 anliegt wodurch dieses über die Scheibe 98 und den Plattenkontakt 100 mit der Stromquelle verbunden wird. Das temperaturempfindliche Bimetall-Federelement 60 wird sowohl durch die vom Auspuffsystem erwärmte Luft als auch vom elektrischen Heizelement 86 erwärmt, wodurch es die Luftklappe 28 schneller öffnet als es bei einer Erwärmung nur über das Auspuffsystem der Fall wäre.

Wie aus dem Vorhergehenden zu entnehmen ist ist die erfindungsgemäße Kaltstarteinrichtung in vorteilhafter Weise derart ausgebildet daß der unterdruckabhängige Ein- und Ausschalter 102 nur nach Bedarf mit dem temperaturabhängigen Ein- und Ausschalter 94 zusammenarbeitet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kaltstarteinrichtung für Vergaser von Verbrennkraftmaschinen, mit einem einenends mit der Atmosphäre und anderenends mit dem Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine verbundenen Ansaugkanal, in dem stromauf einer die Strömung durch den Ansaugkanal steuernden Drosselklappe eine exzentrisch gelagerte in Richtung ihrer geschlossenen Lage federbelastete, sich entsprechend der Luftmenge einstellende Luftklappe angeordnet ist, die über ein temperaturempfindliches Federelement bei absinkender Temperatur mit zunehmender Kraft in Richtung ihrer geschlossenen Lage drückbar ist, wobei das temperaturempfindliche Federelement durch vom Auspuffkrümmer erwärmte Luft oder durch Auspuffgase und durch ein teilweise wirksames elektrisches Heizelement erwärmbar und damit die auf die Luftklappe in Richtung ihrer geschlossenen Lage einwirkenden Kraft verringerbar ist und ein temperaturabhängiger Ein- und Ausschalter für das elektrisJie Heizelement vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum temperaturabhängigen Ein- und Ausschalter (94) ein unterdruckabhängiger Ein- und Ausschalter (102) für das elektrische Heizelement (86) vorgesehen ist, der bei einem unter einen bestimmten Wert absinkenden Unterdruck im Ansaugrohr (18) der Brennkraftmaschine das elektrische Heizelement (86) einschaltet

2. Kaltstarteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unterdruckabhängige Ein- und Ausschalter (102) für das elektrische Heizelement (86) au· einem über eine Kontaktbrücke (116) über eine Schraubenfeder (118) verbindbaren und über eine vom Unterdruck im Ansaugrohr (18) der Brennkraftmaschine betätigten Membrane (111) trennbaren Kontaktpaar (104 uiiu 106) gebildet ist.

3. Kaltstarteinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement (86) ein an sich bekannter Halbleiter mit positivem Temperaturkoeffizienten ist.