DE2833833A1

DE2833833A1 - Vorrichtung zur regelung der temperatur der ansaugluft von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2833833A1
Application number: DE19782833833
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Phys Bach; Rainer Blumhardt; Rolf Ing Grad Fuesser; Karl-Heinz Rueckert
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1978-08-02
Filing date: 1978-08-02
Publication date: 1980-02-21
Also published as: IT1116571B; US4259936A; BR7900868A; FR2432614A1; ES483046A1; FR2432614B1; ATA211479A; SE7906520L; GB2032517B; AT373979B; IT7948592A0; GB2032517A; AR215808A1

Description

28. Juli 1978

Anmelderin: FILTERWERK MANN & HUMMEL GMBH₃ Hindenburgstr. 37 - 45,

Ludwigsburg

Akte 1801

Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit einer solchen Vorrichtung wird angestrebt, die Temperatur der Ansaugluft innerhalb bestimmter Bereiche zu halten, um eine möglichst gute Verbrennung des zugeführten Kraftstoffs zu erzielen.

Die DE-PS 20 17 983 schlägt eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft für Brennkraftmaschinen vor, bei der der Stellmotor durch ein von einem Heizwiderstand erwärmtes Dehnstoffelement gebildet ist. Dabei liefert ein elektrischer Temperaturmeßfüiiler Steuerimpulse zu einem Meßwertumwandler, der seinerseits die Erregung des Heizwiderstandes steuert.

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Aus der DE-PS 20 11 654 ist es bekannt, den Stellmotor als Membrandose auszubilden und seinen Steuerraum über kalibrierte Drosselquerschnitte beinhaltende Steuerleitungen mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe liegenden Abschnitt des Ansaugkanals der Brennkraftmaschine zu verbinden. Die Steuerleitungen weisen ein durch einen Bimetallthermostaten angetriebenes Belüftungsventil auf, das den Unterdruck in der Steuerleitung temperaturabhängig regelt.

Diese bekannten wie auch andere mit Dehnstoffelementen arbeitende Regelvorrichtungen haben den Nachteil, daß die verwendeten Thermostaten zu träge reagieren. Die dadurch verursachten Verzögerungen in der Regelung und Überschwingvorgänge sind verhältnismäßig groß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Temperaturregelvorrichtung der eingangs aufgezeigten Bauart mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß sie schneller auf Temperaturwechsel anspricht und Übersteuerungen vermeidet. Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs gelöst.

Nunmehr folgt die Regelvorrichtung fast trägheitslos feinfühlig jeder Temperaturänderung der angesaugten Mischluft, die beispielsweise durch Temperaturunterschiede der Umgebungsluft oder der zugeführten Warmluft verursacht wird.

Um ein Verschmutzen der Drosselbohrung zu vermeiden, kann ihr zur Atmosphäre hin ein separates Filter vorgeschaltet sein. Vorzugsweise hat die Förderleitung jedoch über die Drosselbohrung mit dem Reinluftraum des Ansaugluftfilters Verbindung. Hierdurch ist ein zusätzliches Filter eingespart.

Die Merkmale der übrigen Unteransprüche beziehen sich auf Ausgestaltungen, mit denen bei Vollast ein vorgeschriebener, vom

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Teillastbetrieb abweichender Temperaturbereich eingehalten werden kann. Hierzu schlagen die Ansprüche 3 bis 5 Maßnahmen vor, mit denen das Verhalten der Schwingankerpumpe durch den sich bei unterschiedlichen Lastzuständen im Ansaugkanal der Brennkraftmaschine stromab der willkürlich betätigbaren Drosselklappe ändernden Druck beeinflußt wird. Der Anspruch befaßt sich mit einem Vorschlag zur elektrischen Beeinflussung der Temperaturregelung in Abhängigkeit vom Lastzustand der Brennkraftmaschine.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 die schematische Darstellung eines an den Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine angeschlossenen Ansaugluftfilters mit der Regelvorrichtung der Erfindung,

Figur 2 den Ansaugluftfilter der Figur 1 mit einer abgewandelten Regelvorrichtung,

Figur 3 die bei den Regelvorrichtungen der Figuren 1 und 2 verwendete Schwingankerluftpumpe in vergrößerter Darstellung im Schnitt nach der Linie 3 - 3 sr Figur 4 und

Figur 4 die Schwingankerluftpumpe der· Figur 3* teilweise im Schnitt nach der Linie 4-4, teilweise in Ansicht.

Eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine hat einen Ansaugkanal 1 mit einem Vergaser 2, der eine willkürlich betätigbare Drosselklappe 3 enthält. Auf den Vergaser 2 ist ein Ansaugluftfilter mit einem ringförmigen, radial von außen nach innen durchströmten Filtereinsatz 5 aufgesetzt, der einen Reinlufträum 6 umschließt.

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Ein Ansaugrohr 7 weist einen Rohluftstutzen 9 auf, in den ein Kaltluftkanal 10 und ein Warmluftkanal 11 einmünden. Die Warmluft wird durch eine nicht dargestellte Warmluftleitung von der Nähe des Auspuffrohres der Brennkraftmaschine her dem Warmluftkanal 11 zugeführt.

Eine in dem Rohluftstutzen 9 schwenkbar angeordnete Steuerklappe 12 hat einen Schwenkhebel 13, an dem die Antriebsstange 14 eines als pneumatischer Stellmotor 15 ausgebildeten Antriebs angreift. Der Stellmotor 15 enthält" eine Gummimembran 16 und eine einen Steuerraum 19 durchsetzende Rückstellfeder 17.

Stromab der Steuerklappe 12, bei den Ausführungsbeispielen im Ansaugkanal 1 stromaufwärts der Drosselklappe 3_S ist ein elektrischer Temperaturmeßfühler 20 in Form eines elektrischen Widerstandes angeordnet, der seinen Widerstandswert temperaturabhängig verändert. Der Temperaturmeßfühler 20 ist über elektrische Kabel 21, 22 an einen Meßwertumwandler 23 angeschlossen, der über die elektrischen Kabel 24, 25 Anschluß an eine nicht dargestellte Starterbatterie der Brennkraftmaschine hat.

Der Meßwertumwandler 23 weist einen von dem Temperaturmeßfühler 20 beeinflußten elektrischen Umformer 26 auf, der mittels der elektrischen Kabel 27, 29 an eine Schwingankerluftpumpe 30 angeschlossen ist. Der Steuerraum 19 des pneumatischen Stellmotors 15 und die Schwingankerluftpumpe 30 sind durch eine Förderleitung 31 miteinander verbunden, die beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 über eine Drosselbohrung 32 mit der Atmosphäre Verbindung hat. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist gestrichelt eine Anschlußleitung 33 dargestellt, die die Förderleitung 31 über die Drosselbohrung 32 mit dem Reinluftraum 6 des Ansaugluftfilters 4 verbindet. So ist auf einfache Weise die Drosselbohrung 32 gegen Eintreten von Staub geschützt.

Der Aufbau der Schwingankerluftpumpe 30 ist aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich. Das durch einen DecKel 40 verschlossene

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Pumpengehäuse 4l umschließt eine luftdichte Kammer 44 und hat einen an die Förderleitung 31 angeschlossenen Förderstutzen sowie einen Anschlußstutzen 43, der die luftdichte Kammer 44 über die Steuerleitung 45 mit dem stromab der willkürlich betätigbaren Drosselklappe 3 liegenden Abschnitt des Ansaugkanals 1 der Brennkraftmaschine verbindet.

Die Steuerleitung 45 enthält einen kalibrierten Drosselquerschnitt 46. Im Bereich zwi. ;hen der Schwingankerluftpumpe 30 und dem Drosselquerschnitt 46 ist die Steuerleitung 45 über eine Umgehungsleitung 47 mit dem Reinluftraum 6 des Ansaugluftfilters 4 verbunden. Wie bei 49 gestrichelt eingezeichnet, kann die Umgehungsleitung 47 statt dessen auch mit dem stromaufwärts der Drosselklappe 3 liegenden Abschnitt des Ansaugkanals 1 Verbindung haben. In beiden Fällen weist die Umgehungsleitung 47 einen kalibrierten Drosselquerschnitt 50 auf.

Mit dem Pumpengehäuse 4l ist ein Membranträger 51 fest und dicht verbunden, der die Membran 52 trägt. Zwischen der Membran 52 und dem Membranträger 51 ist die Pumpenkammer 53 gebildet. Pumpengehäuse 4l und Membranträger 51 schließen zwischen sich eine Ansaugkammer 54 ein, die über den Förderstutzen 42 mit der Förderleitung 31 Verbindung hat, und eine Abluftkammer 55, die über die Abluftöffnung 56 mit der Atmosphäre verbunden ist. Ventilöffnungen 57 eines Ansaugventils 59 verbinden die Ansaugkammer 54 mit der Pumpenkammer 53 und sind durch einen elastisch nachgiebigen Ventilkörper 60 überdeckt, der sich bei dem nach unten gerichteten Saughub der Membran 52 von den Ventilöffnungen 57 abhebt. Die Abluftkammer 55 ist mit der Pumpenkammer 53 über Ventilöffnungen 62 verbunden, die ein elastisch nachgiebiger Ventilkörper 62 eines Abluftventils 63 überdeckt. Beim nach oben gerichteten-Druckhub der Membran'52 hebt sich der Ventilkörper 62 von den Ventilöffnungen 6l ab.

In einer Nut 64 des Pumpengehäuses 41 ist ein Profilgummi 65

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festgelegt. Ein Schwinganker 66 greift mit dem abgewinkelten Ende der mittig an der Membran 52 festgelegten Schwingankerfed^r 68 in den Profilgummi 65 ein. Am freien, gleichfalls abgewinkelten Ende trägt die Schwingankerfeder 68 einen Permanentmagneten 67. Außerdem ist in der Kammer 44 ein U-förmiger Eisenkern 69 mit Magnetspule 70 angeordnet.

Wird die kalte Brennkraftmaschine bei niedrigen Umgebungstemperaturen in Betrieb genommen und bei Teillast betrieben, bei der im Bereich des Temperaturmeßfühlers 20 eine Solltemperatur von 30° Celsius vorgeschrieben sein mag, so meldet der Temperaturmeßfühler 20 dem Meßwertumwandler 23 eine zu niedrige Temperatur und veranlaßt über den Umformer 26, daß eine erhöhte Wechselspannung an die Magnetspule 70 der Schwingankerluftpumpe 30 abgegeben wird. Der Schwinganker 66 macht nun zusammen mit der Membran 52 einen entsprechend großen Hub, der einer hohen Förderleistung der Schwingankerluftpumpe 30 entspricht, wobei ständig eine geringe Luftmenge durch die Drosselbohrung 32 in die Förderleitung 31 eindringt. Der Druck in der Förderleitung 31 und damit in dem Steuerraum 19 unterhalb der Membran 16 sinkt so weit ab, daß die entsprechend der Membranfläche und den auf beiden Seiten der Membran l6 herrschenden Unterdrücken auftretende Kraft größer ist als die Kraft der Rückstellfeder 17. Die Steuerklappe 12 wird aus ihrer in Figur 1 ausgezogen gezeichneten Stellung, bei der sie den Warmluftkanal 11 verschließt und den Kaltluftkanal 10 geöffnet hat, in ihre gestrichelt gezeichnete Stellung geschwenkt, in der sie den Kaltluftkanal 10 verschließt und den Warmluftkanal 11 geöffnet hat.

Mit Erwärmen der Brennkraftmaschine steigt die Temperatur der durch den Warmluftkanal 11 angesaugten Luft, so daß der Meßwertfühler 20 zunehmend von wärmerer Luft umströmt wird. Der mit steigender Temperatur sich vergrößernde elektrische Widerstand des Temperaturmeßfühlers 20 verursacht in dem Umformer 26 eine Verringerung der Wechselspannung, und" die Förderleistung der Schwingankerluftpumpe 30 läßt entsprechend nach. Die durch den

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weniger großen Unterdruck in dem Steuerraum 19 des pneumatischen Stellmotors 15 auf die Membran 16 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 17 einwirkenden Kräfte ermöglichen ein Schwenken der Steuerklappe 12 in eine Stellung, in der die auftretenden Kräfte ausgeglichen sind und ein entsprechender Anteil vorgewärmter Luft durch den Warmluftkanal 11 und kalter Luft durch den Kaltluftansaugkanal 10 zuströmen kann, so daß der Meßwertfühler 20 nunmehr mit der gewünschten 30° warmen Luft beaufschlagt wird. Im Gleichgewichtszustand fördert die Schwingankerluftpumpe; 30'gerade so viel Luft, wie bei Aufrechterhaltung
eines vorbestimmten in der Förderleitung 31 bestehenden Unterdrucks durch die Drosselbohrung 32 eintreten kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird der bei Teillast
stromab der Drosselklappe 3 auftretende hohe Unterdruck in dem Ansaugrohr 1 durch die Steuerleitung 45 in die luftdichte Kammer 44 unterhalb der Membran 52 übertragen und bewirkt dort ein Auslenken des Schwingankers 66 nach unten in die gestrichelt
dargestellte Stellung, die die leistungsgünstigste Nullage des Sehwingankers 66 bedeutet.

Mit zunehmendem Öffnen der Drosselklappe 3 baut sich der Unterdruck stromab von ihr in dem Ansaugkanal 1 und damit auch in der Steuerleitung 45 und der Kammer 44 ab, und der Schwinganker 66 nimmt die in Figur 3 ausgezogen gezeichnete leistungsungünstigere Nullage der Schwingbewegung ein, die bei gleicher an die Magnetspule 70 abgegebener elektrischer Leistung zu einer geringeren Förderleistung der Schwingankerluftpumpe 30 führt. Über die kalibrierten Drosselquerschnitte 46 und 50 in der Steuerleitung 45 und in der Umgehungsleitung 47 ist das System so abgestimmt, daß die Temperatur der angesaugten Mischluft bei Teillast 30° und bei Vollast nur 10° erreicht. Dies ist natürlich nur dann möglich, wenn die Außenlufttemperaturen nicht schon bereits über diesen Werten liegen.

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beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 sind gleiche Teile mit der gleichen Bezeichnung versehen. Der Lastzustand der Brennkraftmaschine wird über ein als Heißleiter ausgebildetes elektrisches Bauteil 71 berücksichtigt, das stromab der Steuerklappe 12 in dem Ansaugkanal 1 der Breiinkraftmaüchine angeordnet und dort der Ansaugluft zur Kühlung ausgesetzt ist. Es verändert seinen elektrischen Widerstand temperaturabhängig und wirkt zusätzlich zum elektrischen Temperaturmeßfühler 20 auf den Meßwertumwandler 23 ein. Dem Heißleiter wird durch die vorbeiströmende Luft Wärme entzogen, so daß er sich bei größerer Strömungsgeschwindigkeit mehr abkühlt als bei kleinerer. Große Strömungsgeschwindigkeiten entsprechen einem großen und kleine Strömungsgeschwindigkeiten einem niedrigen Lastzustand der Brennkraftmaschine. Über eine entsprechende elektrische Schaltung, die sich aus bekannten Bauteilen der Elektronik zusammensetzt, kann eine kontinuierlich allen Lastfällen der Brennkraftmaschine angepaßte Solltemperatur der angesaugten •Mischluft eingeregelt werden. Desgleichen ist es möglich, über bekannte elektronische Bauteile eine Regelung mit Schaltsprüngen vorzusehen, bei der beispielsweise bis Halblast mit der höheren Temperatur von 30° und oberhalb davon bis Vollast mit der niedrigeren Temperatur von nur 10° Celsius gefahren wird.

Die Größe des Wärmeentzugs, der an dem elektrisch beheizten Bauteil 71 auftritt, wird nicht nur von der Strömungsgeschwindigkeit sondern auch von der Temperatur der durch den Ansaugkanal 1 fließenden Luft bestimmt. Dieser an sich unerwünschte Temperatureinfluß kann durch eine geeignete elektrische Schaltung, die den sowieso vorhandenen unbeheizten Temperaturmeßfühler 20 und das elektrisch beheizte Bauteil 71 einbezieht, ausgeglichen werden.

Es ist auch möglich, die Rückstellfeder 17 des pneumatischen Stellmotors 15 auf der anderen Seite der Membran 16 anzuordnen und den Steuerraum 19 über die Förderleitung 31 mit der

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Abluftkammer 55 der Schwingankerluftpumpe 30 zu verbinden. Ein solcher Aufbau könnte beispielsweise zweckmäßig sein, wenn aus irgendwelchen Gründen der pneumatische Stellmotor 15 auf der Oberseite des Ansaugrohres 7 angeordnet werden muß und dann von der Schwingankerluftpumpe 30 mit Überdruck betrieben werden soll. In diesem Fall würde durch die Drosselbohrung 32 Luft nach außen geblasen, und ein Eintreten von Staub brauchte nicht befürchtet zu werden.

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Claims

28. JuI

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Ansprüche

Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen mit einer im Rohluftstutzen eines Ansaugluftfilters angeordneten Steuerklappe, die mit einem Antrieb zusammenwirkt und abhängig von der Temperatur stromab der Steuerklappe in einer Endlage, über eine Rückstellfeder bewegt, einen Warmluftkanal abschließt und gleichzeitig einen Kaltluftkanal aufsteuert, sowie mit einem der Ansaugluft stromab der Steuerklappe ausgesetzten elektrischen Temperaturmeßfühler, der steuernd auf einen die am Antrieb wirksamen Kräfte verändernden Meßwertumwandler einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertumwandler (23) einen von dem Temperaturmeßfühler (20) beeinflußten elektrischen Umformer (26) aufweist, der auf eine Schwingankerluftpumpe (30) einwirkt und deren Frequenz und/oder Amplitude steuert,- und daß der Antrieb als pneumatischer Stellmotor (15) ausgebildet und durch eine Förderleitung (3D, die über eine Drosselbohrung (32) mit der Atmosphäre Verbindung hat, an die Schwingankerluftpumpe (30) angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (31) über die Drosselbohrung (32) mit dem Reinluftraum (6) des Ansaugluftfilters (4) Verbindung hat.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingankerluftpumpe (30) als Membranpumpe mit einer den Schwinganker (66) aufnehmenden, luftdichten

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Kammer (44) ausgebildet ist, die über eine Steuerleitung

(45) Verbindung mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe (3) liegenden Abschnitt des Ansaugkanals (1) der Brennkraftmaschine hat.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (45) einen kalibrierten Drosselquerschnitt

(46) enthält und im Bereich zwischen der Schwingankerluftpumpe (30) und dem Drosselquerschnitt (46) durch eine Umgehungsleitung (47), die gleichfalls einen kalibrierten Drosselquerschnitt (50) enthält, mit dem stromaufwärts der willkürlich betätigbaren Drosselklappe (3) liegenden Abschnitt des Ansaugkanals (1) der Brennkraftmaschine verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (47) über den kalibrierten Drosselquerschnitt (50) mit dem Reinluftraum (6) des Ansaugluftfilters (4) Verbindung hat.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Meßwertumwandler (23) zusätzlich ein elektrisch beheiztes Bauteil (71) steuernd einwirkt, das der Ansaugluft stromab der Steuerklappe (12) zur Kühlung ausgesetzt ist und seinen elektrischen Widerstand temperaturabhängig verändert.

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