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Vorrichtung zur Regelung der Temperatur
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der Ansaugluft von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von
gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen mit einer im Rohluftstutzen eines Ansaugluftfilters
schwenkbaren Steuerklappe, die mit einem pneumatischen Stellmotor zusammenwirkt,
um in einer Endlage, über eine einen Steuerdruckraum durchsetzende Rückstellfeder
im Stellmotor bewegt, einen Warmluftkanal bei Unterschreiten eines Sollunterdruckes
abzuschließen und gleichzeitig einen Kaltluftkanal aufzusteuern, wobei der Steuerdruckraum
des Stellmotors über eine Steuerdruckleitung mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren
Hauptdrosselklappe liegenden Abschnitt des Ansaugkanals verbunden ist und die Steuerdruckleitung
ein temperaturabhängig betätigtes Thermostatventil aufweist, das einen von einem
Bimetall betätigten Ventilkörper beinhaltet, und
der Ventilkörper,
bei Erreichen der Solltemperatur in Offenstellung bewegt, eine Verbindung zum Reinluftraum
des Ansaugluftfilters aufsteuert.
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Eine derartige Vorrichtung dient dazu, die Temperatur der Ansaugluft
innerhalb eines bestimmten Bereiches zu halten.
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Lediglich bei geöffneter Drosselklappe, also bei Vollastbetriebszuständen,
soll die Brennkraftmaschine kältere Luft ansaugen, damit ein besserer Füllungsgrad
und eine höhere Leistung erreicht sind.
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Aus der DT-PS 20 11 654 geht eine Regelvorrichtung der obigen Bauart
als bekannt hervor. Ein wesentlicher Nachteil dieser ansonsten bewährten und ähnlicher
Konstruktionen besteht darin, daß bei Vollast ohne Berücksichtigung der vorherrschenden
Temperaturen ausschließlich Kaltluft angesaugt wird. Insbesondere bei Temperaturen
wenig über dem Gefrierpunkt kann der Vergaser vereisen, wodurch eine erhebliche
Leistungsverminderung der Brennkraftmaschine entsteht.
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Die DT-PS 20 09 236 befaßt sich mit einer andersartig aufgebauten
Regelvorrichtung, bei der eine exzentrisch gelagerte Steuerklappe allein durch die
unterschiedlichen Drücke auf beiden Seiten der Steuerklappe selbsttätig mit zunehmendem
Luftdurchsatz von ihrer einen Endstellung, in der sie bei Stillstand der Brennkraftmaschine
den Kaltluftkanal verschließt, in ihre andere die Warmluftzuführung schließende
Endstellung gegen ein von einem Gewicht oder einer Feder ausgeübtes Rückstellmoment
schwenkt. Zusätzlich ist ein der Mischlufttemperatur ausgesetzter Wachsthermostat
vorgesehen, der zwei die Schwenkbewegung sowohl in der Kaltluft
zuführung
als auch in der Warmluftzuführung schließenden Richtung begrenzende Anschläge verstellt.
Theoretisch ist zwar auch mit dieser Bauart die Vollastvereisung vermieden.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Wachsthermostat zu träge ist,
um sich den durch unterschiedliche Fahrzustände verursachten Temperaturänderungen
der angesaugten Warmluft genügend rasch anzupassen. Außerdem besteht grundsätzlich
das Problem, daß der verhältnismäßig nahe an der Einmündung des Warmluftkanals in
den Rohluftkanal angeordnete Wachsthermostat je nach angesaugter Luftmenge nicht
immer von einem die Temperatur der Mischluft einwandfrei wiedergebenden Strömungsanteil
beaufschlagt wird. Vielmehr kann man häufig beobachten, daß Kaltluft- oder Warmluftsträhnen
auf den Wachsthermostaten auftreffen und ungewünschte Regelvorgänge auslösen.
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Schließlich ist aus der US-Patentschrift 3 450 119 eine Bauart bekannt,
bei der die Steuerklappe sowohl durch eine Unterdruckdose in Abhängigkeit des Unterdrucks
stromabwärts der Vergaserdrosselklappe als auch durch einen Wachsthermostaten in
Abhängigkeit von der Temperatur der angesaugten Luft angetrieben wird. Der Wachsthermostat
verstellt dabei einen Anschlag, der eine von einer unmittelbar an der Steuerklappe
angreifenden Rückstellfeder bewirkte Schwenkbewegung der Steuerklappe in einer einen
Kaltluftkanal schließenden Richtung begrenzt. Die Unterdruckdose enthält eine Verstellfeder,
die ebenfalls auf den Schwenkhebel der Steuerklappe einwirkt. Eine vorgespannte
Uberlastungsfeder ist von der Antriebsstange des Thermostaten der Länge nach durchsetzt
und mit einer Stirnseite an einem Widerlager der Antriebsstange, mit der anderen
Stirnseite an dem Schwenkhebel der Steuerklappe abgestützt.
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Der Aufbau dieser Regeleinrichtung ist durch die Vielzahl der aufeinander
abzustimmenden Hebel und Federn kompliziert und aufwendig. Außerdem ergeben sich
erhebliche Rei@ungskräfte sowohl im Schwenklager der Steuerklappe als auch an der
Verbindung zwischen der Antriebsstange und dem Schwenkhebel, so daß die Steuerklappe
ungleichmäßig schwenkt und Abweichungen von der Sollstellung zeigt, je nachdem,
ob die Lufttemperatur im Bereich des Thermostaten fallende oder steigende Tendenz
hat. Insbesondere besteht aber nach wie vor die Gefahr einer Vollastvereisung des
Vergasers, eil bei Vollast ohne Berücksichtigung der vorherrschenden Temperaturen
ausschließlich Kaltluft angesaugt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die an sich be-@ährte Regelvorrichtung
der eingangs aufgeführten Bauart mit einfache@ Mitteln in der Funktion zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein der Kalt@uft
auspesetzter Thermostat vorgesehen ist, der über einen bewegbaren Anschlag den Schwenkbereich
der Steuer-@lappe in der den War@@@@tkanal absehließenden Richtung fest-@egt, Nunmehr
ist bei Aufrechterhaltung aller seither schon vorhandenen guten Eigenschaften dieser
Regelvorrichtung die gefürchtete Vollastvereisung sicher vermieden. Die Temperaturen
der Kaltluft ändern sich nicht kurzzeitig, so daß nier ein relati@ träger dafür
aber erhebliche Kräfte erzeugender Thermostat verwendet werden kann.
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@e nach Ein@auverhältnissen des Ansaugluftfilters kann der Thermostat
auch außerha@@ die A@usaugrchres @orgesehen sein.
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Vorzugsweise ist er jedoch im Kaltluftkanal angeordnet, um mit Sicherheit
von der tatsächlich der Brennkraftmaschine zugeführten Luft beaufschlagt zu werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist als Thermostat ein den Kaltluftkanal
quer zur Schwenkachse der Steuerklappe und im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung
durchsetzender Wachsthermostat vorgesehen, der sich einerseits mit dem Gehäuse über
eine Druckfeder und andererseits mit dem Antriebsstift an der Innenwandung des Kaltluftkanals
abstützt und dessen Gehäuse den Anschlag für die Steuerklappe bildet.
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Diese Anordnung des Thermostaten erfordert besonders wenig Zusatzteile
und führt zu einer einfachen Montagemöglichkeit.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist als Thermostat eine
Bimetallspirale vorgesehen, die auf eine den Anschlag für die Steuerklappe bildende
drehbare Kurvenscheibe einwirkt. Hier werden die geringeren Kräfte der feinfühliger
und schneller reagierenden Bimetallspirale durch die drehbare Kurvenscheibe kompensiert.
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Nachstehend werden zwei in der Zeichnung schematisch dargestellte
Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 einen an den Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine
angeschlossenen Ansaugluftfilter mit der Regelvorrichtung der Erfindung, Fig. 2
die Regelvorrichtung der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 eine andere
Ausführungsform der Erfindung.
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Eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine hat einen Ansaugkanal 1,
der einen Vergaser 2 mit einer willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe 3 trägt.
Auf den Vergaser 2 ist ein Ansaugluftfilter 4 mit einem ringförmigen, radial von
außen nach innen durchströmten, einen Reinluftraum 5 umschließenden Filtereinsatz
6 und einem Ansaugrohr 7 aufgesetzt. Das Ansaugrohr 7 weist einen Rohluftstutzen
8 auf, in den ein Kaltluftkanal 9 und ein Warmluftkanal 10 einmünden. Die Warmluft
wird durch eine nicht dargestellte Warmluftleitung von der Nähe des Auspuffrohres
der Brennkraftmaschine her dem Warmluftkanal 10 zugeführt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 greift die Antriebsstange
14 eines pneumatischen Stellmotors 15 an einer in dem Rohluftstutzen 8 schwenkbar
angeordneten Steuerklappe 11 mit Anschlaghebel 12 und Schwenkachse 13 an. Der Stellmotor
enthält eine Gummimembran 16 und eine einen St Steuerdruckraum 19 durchsetzende
Rückstellfeder 17 und ist über eine Steuerdruckleitung 37 stromabwärts der Hauptdrosselklappe
3 des Vergasers 2 an den Ansaugkanal 1 der Brennkraftmaschine angeschlossen. Die
Steuerklappe 11 ist durch den pneumatischen Stellmotor 15 gegen die Kraft der Rückstellfeder
17 aus ihrer ausgezogen gezeigten Endstellung, in der sie den Warmluftkanal 10 abschließt
und gleichzeitig den Kaltluftkanal 9 öffnet, in ihre andere, gestrichelt dargestellte
Endstellung schwenkbar, in der sie den Kaltluftkanal 9 abschließt und den Warmluftkanal
10 öffnet.
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Die Steuerdruckleitung 37 enthält ein als temperaturabhängig betätigtes
Thermostatventil 25 ausgebildetes Belüftungsventil. Im Ventilgehäuse 26 ist ein
Bimetall 27 einseitig festgelegt, das an seinem freien Ende einen Ventilkörper
28
trägt. Der Ventilkörper steuert bei Erreichen der Solltemperatur eine Verbindung
29 zum Reinluftraum 5 des Aneaugluftfilters 4 auf. Die Übertragung der Temperatur
vom Reinluftraum 5 auf das Bimetall 27 erfolgt durch eine nicht dargestellte, im
Verhältnis zur Verbindung 29 kleine hoffnung, die in bekannter Weise einen die Druckverhältnisse
nur unwesentlich beeinflussenden Luftstrom vom Reinluftraum 5 in das Innere des
Ventilgehäuses 26 zuläßt.
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Im Kaltluftkanal 9 ist ein als Wachsthermostat ausgebildeter Thermostat
40 quer zur Schwenkachse 13 und im wesentlichen quer zur Ströiungsrichtung der angesaugten
Luft angeordnet. Der Thermostat 40 hat ein Gehäuse 41 und einen Antriebastift 42.
Er stützt sich einerseits mit dem Gehäuse 41 über eine Druckfeder 43 und andererseits
mit dem Antriebsstift 42 an der Innenwandung des Kaltluftkanals 9 ab, der hierzu
an den Anlage'stellen von Druckfeder 43 und Antriebsstift 42 nach außen ausgewölbt
ist. Das Gehäuse 41 des Thermostats 40 bildet einen bewegbaren Anschlag 45, der
den Schwenkbereich der Steuerklappe 11 in der den Warmluftkanal 10 abschließenden
Richtung festlegt.
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Während des Betriebs der Brennkraftmaschine herrscht in dem ganzen
Ansaugsyst.m ein Unterdruck, der im Ansaugkanal 1 am größten i.t und zum Kaltluftkanal
9 hin abnimmt. Der große Unterdruck des Ansaugkanals 1 wird durch die Steuerleitung
37 in den Steuerraum 19 des pneumatischen Stellmotors 15 oberhalb der Membran 16
Ubertragen. Dort übt er entsprechend den auf beiden Seiten der Membran herrschenden
Unterdrücken und entsprechend der Membranfläche eine Kraft zum Verstellen der Steuerklappe
11 aus. Einen wesentlichen Einfluß auf die
Druckverhältnisse in
der Steuerleitung hat außerdem die Luft, die durch die Verbindung 29 in das Thermostatventil
25 und somit in die Steuerdruckleitung 37 gelangen kann, wenn der Bimetallthermostat
27 sich oberhalb einer vorbestimmten Temperatur nach oben weggebogen und der Ventilkörper
28 die Verbindung 29 geöffnet hat.
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Bei geschlossener Vergaserdrosselkiappe, beispielsweise im Leerlaufbetrieb,
ist der Unterdruck im Ansaugkanal 1 besonders groß. Wenn dann bei entsprechend niedriger
Temperatur der angesaugten Luft die Verbindung 29 geschlossen ist, vermag der im
Stellmotor 15 oberhalb der Membran 16 auftretende große Unterdruck die Steuerklappe
11 gegen die Kraft der Rückstellfeder 0T7 in die gestrichelt gezeichnete Stellung
zu schwenken, te4 der sie den Kaltluftkanal 9 verschließt und den Warml@ftkanal
10 geöffnet hat.
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Überschreitet die Temperatur der Luft, die durch den htarmluftkanal
10 in den Rchluftstutzen 8 eintritt und nach Durchqueren des Filtereinsatzes 6 in
den Reinluftraum 5 gelangt und damit das Thermostatventil 25 beeinflußt, einen vorbestimmten
Wert, so beginnt sich der Bimetallthermostat 27 nach oben zu krümmen. Der Ventilkörper
28 gibt die Verbindung 29 zum Reinluftraum frei, auf es kann zusätzlich Reinluft
in die Steuerleitung 37 eindringen und dort den Unterdruck abbauen. Als Folge davon
schwenkt die Steuerklappe 11 von ihrer den Kaltluftkanal 9 verschließenden Endstellung
so weit weg, bis die Mischluft die Temperatur hat, bei der sich ein Gleichgewichtszustand
zwischen der Eraft der Rückstellfeder 17 einerseits und den an der Membran 16 des
Stellmotors 15 sowie an der Steuerklappe 11 auftretenden Kräften andererseits einstellt.
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Mit zunehmenden öffnen der Hauptdrosselklappe 3 des Vergasers 2 verringert
sich der Unterdruck in dem Ansaugkanal 1. Bei vollstSndig geöffneter Hauptdrosselklappe
3 ist der Unterdruck im Bnsaugkanal 1 und damit im Steuerraum 19 des pneumatischen
Stellmotors 15 so gering, daß er nicht mehr ausreicht, um die Kraft der Rückstellfeder
17 zu überwinden. Oberhalb einer vorbestimmten Temperatur der durch den Kaltluftkanal
9 einströmenden Luft ist der Warmluftkanal 10 dann auf jeden: Fall geschlossen,
und die Brennkraftmaschine erhält nur Luft durch den Kaltluftkanal 9. Die sich durch
Abschließen des Warmluftkanals 10 ergebende geringere Temperatur der Ansaugluft
führt zu einem besseren Füllungsgrad der Maschine, so daß gerade im Vollastbetrieb
eine bessere Leistung erzielt ist.
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Unterschreitet jedoch die durch den Kaltluftkanal 9 angesaugte Luft
die vorbestimmte Temperatur, so verschiebt sich das Gehäuse 411des Thermostats 40
mit dem beweglichen Anschlag 45 so weit nach unten, daß bei der Bewegung der Steuerklappe
11 in der den Warmluftkanal 10 abschließenden Richtung schließlich der Anschlaghebel
12 gegen den bewegbaren Anschlag 45 anstößt, bevor der Warmluftkanal 10 vollkommen
abgeschlossen ist. In dieser in Figur 2 strichpunktiert eingezeichneten Stellung
der Steuerklappe 11 wird noch etwas Warmluft zugemischt, so daß die Mischluft einen
gewünschten Wert nicht unterschreitet und beispielsweise die gefürchtete Vergaservereisung
sicher vermieden ist.
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Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind gleiche
Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Thermostat 53 ist als Bimetallspirale
ausgebildet, die auf eine drehbare Kurvenscheibe 54 einwirkt. Die Kurvenscheibe
bildet
den Anschlag 55 für die Steuerklappe 56, deren Anschlaghebel 57 leicht abgewinkelt
ist. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 wird hier der Anschlag
55 unterhalb einer varbestimmten Temperatur der durch den Kaltluftkanal 9 einströmenden
Luft so verstellt, daß bei Vollast die Steuerklappe 56 den Warmluftkanal 10 nicht
völlig verschließen kann. Es ergibt sich beispielsweise die in Figur 3 strichpunktiert
eingezeichnete Stellung der Steuerklappe 56 mit etwas Zumischung von warmer Luft
zur angesaugten Kaltluft.