DE3229361C2

DE3229361C2 - Thermoregler des Luftstroms für das Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3229361C2
Application number: DE3229361A
Authority: DE
Inventors: Michail Ilich Fesina; Jurij Petrovi&ccaron; Tolyatti Kuibiy&scaron;evskaja oblast' Lazarev; Evgenij Vasilievi&ccaron; Lysenko; Rudolf Natanovi&ccaron; Tolyatti Kuiby&scaron;evskaja oblast' Starobinsky
Original assignee: VOLZSKOE OB"EDINENIE PO PROIZVODSTVU LEGKOVYCH AVTOMOBILEJ TOL'JATTI KUJBYSEVSKAJA OBLAST' SU
Current assignee: VOLZSKOE OB"EDINENIE PO PROIZVODSTVU LEGKOVYCH AVTOMOBILEJ TOL'JATTI KUJBYSEVSKAJA OBLAST' SU
Priority date: 1982-08-06
Filing date: 1982-08-06
Publication date: 1984-07-26
Also published as: DE3229361A1

Abstract

Es ist ein Thermoregler des Luftstromes im Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, der ein Reglergehäuse (1) einschließt, an dem ein Luftmischstutzen und Stutzen für die vorgewärmte und nicht vorgewärmte Luft angeschlossen sind. Im Reglergehäuse (1) ist eine Regelklappe (5) mit zumindest einer Bohrung (6) untergebracht. Die Gesamtfläche der Bohrungen (6) erreicht 0,005 bis 0,04 der Gesamtquerschnittsfläche der Stutzen für die vorgewärmte und nicht vorgewärmte Luft. Die Erfindung kann in Kraftstoffsystemem der Verbrennungsmotoren mit Thermoregelung der Ansaugluft mittels eines Durchmischens vorgewärmter und nicht vorgewärmter Luft mit Hilfe der Thermoregler unter Erreichen einer wirksameren Dämpfung des Ansauggeräusches mit bestem Erfolg ihre Anwendung finden.

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Thermoregler des Luftstroms für das Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors, bestehend aus einem Reglergehäuse, Ansaugleitungen für die vorgewärmte und nicht vorgewärmte Luft sowie die Mischiuft, welche alle an das Reglergehäuse angeschlossen sind, und eine im Reglergehäuse untergebrachte Regelklappe. Luftstrom-Thermoregler dieser Art sind aus den DE-OS 27 55 086 oder 29 35 009 bekannt.

Luftstrom-Thermoregler der gattungsgemäßen Bauart dienen in den Ar-aagsystemen von Verbrennungsmotoren zum Vermischen eines vorgewärmten und eines nicht vorgewärmten Luftstroms unter gleichzeitiger Dämpfung des Ansauggeräuches. welches durch die beim Betrieb des Verbrennungsmo:ors erregten Schwingungen verursacht wird. Wenn dabei Resonanzerscheinungen auftreten, kommt es zu einem erhöhten Niveau der Schallausstrahlung an den Mündungskanten der Saugrohre.

Bei der aus DE-OS 29 35 009 bekannten Ausbildung sind die Ansaugleitungen für die vorgewärmte und die nicht vorgewärmte Luft durch die Regelklappe getrennt, wobei deren Antrieb mittels eines Thermokraftgliedes, Pneumoelementes oder eines anderen geeigneten Stellglieds erfolgt. In Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, dem Betriebszustand des Motors und anderen Einflußgrößen erfolgt die Temperaturregelung der Ansaugluft, wobei die Regelklappe in ihren Endstellungen jeweils eine der Ansaugleitungen für die vorgewärmte Luft oder die nicht vorgewärmte Luft vollständig absperren kann oder eine Zwischenstellung einnehmen kann, bei welcher die Ströme der warmen und kalten Luft vermischt werden.

Nachteilig ist bei dieser Ausbildung der immer noch hohe Geräuschpegel, der sich in den Ansaugleitungen für die vorgewärmte und nicht vorgewärmte Luft entwickelt.

Die aus der DE-OS 27 55 086 bekannte Ausbildung eines Thermoregler hat ein Gehäuse mit zu einer Mischluft-Ansaugleitung zusammenlaufenden Ansaugleitungen für die vorgewärmte und die nicht vorgewärmte Luft und eine Regelklappe, die durch ein Thermokraftglied gesteuert wird.

Auch dieser Thermoregler hat den Nachteil einer intensiven Geräuschentwicklung bei Vollast des Motors in den Ansaugleitungen für vorgewärmte und nicht vorgewärmte Luft, und zwar durch das Auftreten von Wirbeln und Schwingungen bei der Durchströmung des verengten Spaltes zwischen der oszillierenden Regelklappe selbst und deren Sitze.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Thermoregler des Luftstromes für das Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors eine Herabsetzung des Ansauggeräuschpegels zu erzielen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Regelklappe zumindest eine Bohrung ausgeführt ist und die Gesamtfläche der Bohrungen) das 0,005- bis 0,0-^fache der Gesamtfläche der Querschnitte der Ansaugleitungen für die nicht vorgewärmte und vorgewärmte Luft beträgt.

Durch eine solche Ausbildung wird eine Erniedrigung des in den Ansaugleitungen für vorgewärmte und nicht vorg-iwärmte Luft entstehenden Wirbelschalls erzielt.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors mit einem Thermoregler des Luftstromes;

F i g. 2 asr. Schnitt nach der Linie H-Ii der Fig.!;

F i g. 3 eine elektrische Ersatzschaltung des Thermoreglers;

F i g. 4 je ein Geräuschspektrum bei Ausführung mit und ohne Bohrungen in der Regelklappe.

Der Thermoregler des Luftstromes im Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors besteht aus einem Gehäuse 1, an dem eine Ansaugleitung 2 für die Mischluft und Ansaugleitungen 3 und 4 für nicht vorgewärmte bzw. vorgewärmte Luft angeschlossen sind. Die Regelung der Temperatur der Mischluft geschieht mittels einer Regelklappe 5, in der wenigstens eine Bohrung 6 ausgespart ist. Die Gesamtfläche der Bohrungen 6 liegt zwischen 0,005 und 0,04 der Gesamtquerschnittsfläche der Ansaugleitungen 3 und 4.

Die Regelklappe 5 ist um eine Achse 7 schwenkbar, wobei sie in ihren Endstellungen die Austrittsmündur.-gen der Ansaugleitungen 3 und 4 für die nicht vorgewärmte und die vorgewärmte Luft überv'?ckt. Das Reglergehäuse 1 steht über die Mischluft-Ansaugleitung 2 mit einem Luftfilter 8 in Verbindung.

Im Betrieb des beschriebenen Thermoreglers des Luftstromes im Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors werden Luftschwingungen durch das jeweils im Ansaugtakt eines Motorzylinders und mithin periodisch erfolgenden Ansaugen erregt. Wenn die Regelklappe dabei eine Zwischenstellung einnimmt, werden die Resonanzschwingungen bei Vollast des Motors infolge der erhöhten Luftströmungsgeschwindigkeit wesentlich durch die Wirbelverluste an den Mnndungskanten der Ansaugleitungen 3 und 4 gedämpft.

Werm die Regelklappe 5 dagegen eine ihrer Endstellungen einnimmt, in der zwischen ihr und dem Klappensitz ein Spalt verbleibt, erzeugen die Resonanzschwingungen einen Wirbelschall, der beim Hindurchströmen der Luft durch den verengten Spalt zwischen der schwingenden Regelklappe 5 und deren Sitz entsteht. Die Schwingungen der Regelklappe 5 hängen mit den Schwankungen des Druckgefälles an dieser durch sowohl Druckschwingungen vom Motor als auch bei Verschwenkung der Regelklappe 5 selbsterregte Schwingungen zusammen.

Zur Herabsetzung der an der Regelklappe 5 angreifenden Kraft und demzufolge zur Verminderung ihrer Erregbarkeit sind in dieser Bohrungen 6 ausgespart, durch welche die Drücke auf beiden Seiten der Regelklappe 5 ausgeglichen werden. Die Gesamtfläche dieser Bohrungen 6 muß, wie nachfolgend weiter ausgeführt

wird, in einem bestimmten Bereich der Gesamtquerschnittsfläche der Ansaugleitungen 3 und 4 für die nicht vorgewärmte und die vorgewärmte Luft liegen. Sind die Bohrungen 6 zu klein ausgeführt, so kommt es nicht zu einem wirksamen Ausgleich der Druckfelder; sind dagegen die Bohrungen 6 zu groß, so verliert die Regelklappe 5 ihre Wirkung.

Im Selbstschwingungszustand der Regelklappe 5 ist die Erregung .reit dem veränderlichen Luftdurchsatz durch den zwischen der Regelklappe 5 und deren Sitz während der Schwingungen der Regelklappe 5 vorhandenen Spalt verbunden Bei einer Regelklappe ohne Bohrungen erreichen diese Schwingungen ein solches Druckgefälle an der Regelklappe 5, daß die Schwingungen der Regelklappe wie bei einem Rückkopplungskreis selbst erregt werden. Sind jedoch die Bohrungen 6 vorhanden, so wird ein Teil des veränderlichen Luftdurchsatzes durch diese Bohrungen 6 hindurchtreten, und das Druckgefälle wird kleiner.

F i g. 3 zeigt, wie eine elektrische Ersatzschaltung gedacht werden kann, die diese Zusammenhänge deuiiich macht und dem Rückkopplungskreis des Thei raoreglers des Luftstromes im Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors analog ist. Hier steht die Spannungsquelle / für die Quelle des von den Schwingungen der Regelklappe 5 abhängenden Luftdurchsatzes, Y für die die Bohrungen 6 nachbildende Leitfähigkeit, Z\ für den akustischen Widerstand der Ansaugleitung 3 für die nicht vorgewärmte Luft und Z₂ für den akustischen Widerstand der Ansaugleitung 4 für die vorgewärmte Luft Das Verhältnis ό des Druckgefälles an einer Regelklappe 5 ohne Bohrungen zum Druckgefälle an einer Regelklappe mit Bohrungen ergibt sich nach der elektrischen Analogie aus

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δ = P_xIP₂ = 1 + 2 Z₃ · Y

P\ — Amplitude des Druckgefälles an einer Regelklappe ohne Bohrungen,

P2 — Amplitude des Druckgefälles an der Regelklappe 5 mit den Bohrungen 6,

Zj — akustischer Widerstand der Mischluftansaugleitung.

Angenommen, es sei Z\ 3 Z; s Zi. Es ist Zj = ρ ■ c/ F] mit ρ ■ c akustischer Widerstand des Mediums und F_t Querschnittsfläche der Mischluftansaugleitung und Y= F₂ZpV] mit V₁ Gasgeschwindigkeit in der Bohrung 6, Fi Fläche der Bohrungen 6 in der Regelklappe 5, ρ Luftdichte und F, =s 0,5 F mit F Gesamtfläche der An-Saugleitungen 3 und 4. Dann ergibt sich nach der Einsetzung das Druckgefälleverhältnis zu

δ = 1 + 2 ■&

1
Ma

4 Ma

F'

worin die Machzahl Ma = V₁Zc rr.it c Schallgeschwindigkeit in der Luft beträgt.

Bei neuzeitlichen Verbrennungsmotoren ergeben die statischen Druckgefälle beim Ansaugen Werte von Vi = 13 bis 35 m/sec und Ma = 0,04 bis 0,1. Somit ergibt sich

Zur Erreichung des in der Regel die Rückkopplung ausreichend abschwächenden Werts ό = 1.5 muß das

65 Verhältnis F₂IF_x = 0,005 bis 0,013 betragen. Als Grenzwert wird eine kleinere Größe gewählt, da in langsamlaufenden Motoren diese Größe zur effektiveren Abschwächung der Schwingungen schon ausreichen kann. In einer Versuchsausführung eines schnellaufenden Verbrennungsmotors betrug F₂IF₁ s 0,01.

Experimenteile Untersuchungen an Motoren mit einem Hubraum von 13 und 1,451 haben das in Fig.4 gezeigte Spektrogramm der Schallausstrahlung im Bereich der Mündungskanten einer der Ansaugleitungen 3 und 4 ergeben. Die mit der ausgezogenen Linie gezeichnete Kurve a beschreibt das an der Mündung der Ansaugleitung 4 für die vorgewärmte Luft bei einer Regelklappe ohne Bohrungen gemessene Geräusch, während die gestrichelt gezeichnete Kurve b das Geräusch in demselben Punkt bei der Regelklappe 5 mit den Bohrungen 6 beschreibt. Es ist zu sehen, daß mit den Bohrungen 6 in der Regelklappe 5 das ausgestrahlte Geräusch wesentlich, nämlich durchweg um 5 bis 8 dB kleiner ist als das des Systems ohne Bc.; ungen in der Regeikiappe.

Wenn die Umgebungslufttemperatur mit der Berechnungstemperatur von +35⁰C für den Thermoregler zusammenfällt und die Regelklappe 5 den Kanal für die vorgewärmte Luft vollkommen überdeckt, wobei deren Temperatur bei neuzeitlichen Verbrennungsmotoren in der Größenordnung von 100° C liegt, verursachen die in der Regelklappe 5 ausgeführten Bohrungen 6 mit ihrer Gesamtfläche von 0,04 der Gesamtqiierschnittsfläche der Ansaugleitungen 3 und 4 bzw. die durch diese Bohrungen unvermeidlich durchtretende vorgewärmte Luft eine Jlunahme der Temperatur der dem Motor zugeführten Luft um etwa 5°C über die Berechnungstemperatur, auf welche der Thermoregler und Vergaser angepaßt sind. Wenn dagegen bei niedrigen Außentemperaturen die Regelklappe 5 den Kanal der Kaltluft vollkommen zuschließt, tritt durch die Bohrungen 6 in der Regelklappe 5 Kaltluft durch und erniedrigt sonit die Temperatur der in den Motor eintretenden Luft unter die Berechnungstemperatur.

bekanntlich führt eine Abweichung der Temperatur der in den Motor eintretenden Luft von ihrem optimalen Wert, auf den der Vergaser eingestellt ist. um jede 10°C zu einer Änderung der Zusammensetzung des Luft-Brennstoff-Gemisches um 2%, was eine beträchtliche Verschlechterung der Leistung, des Wirkungsgrades und der Abgaszusammensetzung des Motors mit sich bringt. Dagegen führt das Verhältnis F₂IF von maximal 0,04 nur zu einer Veränderung der Temperatur um 5^eC, was die Zusammensetzung des Brennstoff-Luftgemisches etwa um 1% ändert und noch keinen wesentlichen Einfluß auf die Kennziffern des Kraftwagens Tdfübt, gleichzeitig aber eine Grenze darstellt.

55 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Thermoregler des Luftstroms für das Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors, bestehend aus einem Reglergehäuse (1), Ansaugleitungen (4,3,2) für die vorgewärmte und nicht vorgewärmte Luft sowie die Mischluft, weiche alle an das Reglergehäuse (1) angeschlossen sind, und eine im Reglergehäuse (1) untergebrachte Regelklappe (5), dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß in der Regelklappe (5) zumindest eine Bohrung (6) ausgeführt ist und die Gesamtfläche der Bohrungen) (6) das 0,005- bis 0,04fache der Gesamtfläche der Querschnitte der Ansaugleitungen (3 und 4) für die nicht vorgewärmte und vorgewärmte Luft beträgt