DE3402559A1

DE3402559A1 - Vorrichtung zur regelung der temperatur der ansaugluft von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3402559A1
Application number: DE19843402559
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Phys. 7142 Marbach Bach; Rolf Ing.(grad.) 7121 Ingersheim Füßer; Heinz Ing.(grad.) 7251 Weissach Müller; Karl-Heinz 7142 Marbach Rückert
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1984-01-26
Filing date: 1984-01-26
Publication date: 1985-08-01
Also published as: GB2155665A; GB8431757D0; FR2558897B1; FR2558897A1

Description

Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen mit einer im Ansaugstutzen eines Luftfilters schwenkbaren Steuerklappe für die gleichzeitige Steuerung der Durchtrittsöffnung eines Warmluftkanals und eines Kaltluftkanals, auf die ein Stellmotor über ein Antriebsgestänge einwirkt, und mit einem stromab der Steuerklappe angeordneten Temperaturmeßfühler, der Temperatursignale an einen den Stellmotor steuernden Meßumwandler abgibt.

Eine Vorrichtung dieser Art ist bekannt (DE-OS 29 35 009). Bei dieser Vorrichtung ist der Stellmotor als Druckdose mit einer auf das Antriebsgestänge einwirkenden Membran ausgebildet, wobei innerhalb der mit Luft gefüllten Druckdose ein Heizwiderstand enthalten ist. Der Meßwertumwandler läßt also in Abhängigkeit von den gewünschten Werten einen bestimmten Strom durch den Heizwiderstand fließen, der zu einer bestimmten Ausdehnung der Druckdose und damit zu einer bestimmten Stellung der Steuerklappe führt.

Ebenfalls bekannt ist eine Vorrichtung dieser Art (DE-OS 28 33 833), bei der der Stellmotor ein pneumatischer Stellmotor ist, der von einer Schwingankerluftpumpe angetrieben wird. Die Schwingankerluftpumpe wird von dem Meßwertumwandler angesteuert.

Beide bekannten Lösungen haben sich bewährt.

Das allgemeine bei der Regelung der Ansaugluft von Verbrennungsmotoren angetroffene Problem besteht darin, die Steuerklappe bei großer Abweichung zwischen Ist- und Sollwert schnell und bei zunehmender Annäherung an den Abgleichpunkt der Regelstrecke immer langsamer zu bewegen. Die Steuersignale sind also nicht nur von der Abweichung des Istwertes vom Sollwert, sondern auch von der zeitlichen Änderung dieser Abweichung abhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelung der Ansaugluft von Verbrennungsmotoren zu schaffen, die hinsichtlich ihres Regel vernal tens weiter verbessert ist und bei der insbesondere in der Nähe des Abgleichpunktes der Regelstrecke die Genauigkeit vergrößert werden kann. Darüber hinaus soll es mit einfachen Mitteln möglich sein, möglichst viele Parameter zur Regelung berücksichtigen zu können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Stellmotor ein Elektromotor ist und der Meßwertumwandler impulsförmige Steuersignale abgibt, deren Frequenz in Abhängigkeit von den Temperätursignalen veränderbar ist. Durch die Veränderung der Frequenz der Impulssignale kann die Drehzahl des Elektromotors geändert werden, ohne daß das von dem Elektromotor abgegebene Drehmoment verringert wird. Dadurch kann auch bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten, also im Bereich des Abgleichpunktes der Regelstrecke, ein

hohes Drehmoment erreicht werden, so daß die zwangsläufig vorhandene Reibung mit Sicherheit überwunden wird und die Steuerklappe also auch im Bereich des Abgleichpunktes exakt die gewünschte Stellung einnimmt.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß der Elektromotor ein Gleichstrommotor sein kann. Auch Gleichstrommotoren lassen sich mit Impulszügen veränderbarer Frequenz zur Erreichung unterschiedlicher Drehzahlen ansteuern.

Die Erfindung schlägt ebenfalls vor, daß der Elektromotor ein Schrittschaltmotor ist.

Durch eine entsprechende Untersetzung eines zwischen dem Motor und der Steuerklappe angeordneten Getriebes kann dafür gesorgt werden, daß der an sich ebenso wie der Gleichstrommotor diskontinuierlich arbeitende Schrittschaltmotor dennoch eine quasi kontinuierliche Verstellung der Steuerklappe liefert

Es ist im Prinzip möglich, den Elektromotor gegen die Wirkung einer Feder laufen zu lassen, so daß bei Ausbleiben der Steuerimpulse die Rückstellfeder die Steuerklappe in eine Endstellung zurückdreht. Besonders günstig ist es jedoch, wenn, wie die Erfindung weiterhin vorschlägt, die Polarität der Steuersignale veränderbar ist. Dann wird die Anordnung so getroffen, daß bei Ausbleiben von Steuersignalen die Steuerklappe stehen bleibt, während Impulse der einen Polarität eine Weiterbewegung der Steuerklappe in einer Richtung und die Impulse umgekehrter Polarität eine Bewegung der Steuerklappe in entgegengesetzter Richtung hervorrufen.

Besonders günstig ist es, wenn die Steuersignale konstante Impulsdauer und -höhe und veränderbare Impulspause aufweisen.

Dadurch wird es möglich, die Impulsdauer so auszuwählen, daß sie ausreichend lang ist, um den Elektromotor mit maximalem Drehmoment in Gang zu setzen. Die Impulshöhe entspricht der Betriebsspannung des Elektromotors.

Als Temperaturmeßfühler kann jeder Meßfühler verwendet werden, der von sich aus oder in Zusammenhang mit einem weiteren Hilfsmittel elektrische Signale liefert. So ist es beispielsweise möglich, ein Ausdehnungselement mit einem Dehnungsmeßstreifen zu kombinieren, dessen Widerstand sich bei mechanischer Dehnung ändert. Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Temperaturmeßfühler ein elektrischer Widerstand mit temperaturabhängigem Widerstandswert ist. Beispielsweise kann ein Heißleiter oder auch ein Kaltleiter zu diesem Zweck Verwendung finden. Bei dieser Art des Temperaturmeßfühlers lassen sich die auftretenden Temperatursignale besonders leicht verarbeiten.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß die Frequenz der Steuersignale in Abhängigkeit von einem einstellbaren Sollwert veränderbar ist. Die Einstellbarkeit des Sollwertes kann beispielsweise dadurch geschehen, daß ein Druckschalter den Saugrohrunterdruck erfaßt und im Tei11astbereich eine unterschiedliche Solltemperatur vorgibt als im VoI1astbereich. Es ist ebenfalls möglich, daß die Umschaltung zwischen den mindestens zwei Sollwerten bei,einer bestimmten Stellung des Gaspedals erfolgt. Ebenfalls möglich ist es, eine kontinuierliche Sollwertvorgabe zu verwirklichen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß ein Potentiometer vom Gaspedal oder vom Saugrohrunterdruck betätigt wird.

Gerade die von der Erfindung vorgeschlagene Lösung einer Ansteuerung eines Elektromotors mit Impulszügen veränderbarer Frequenz macht die Berücksichtigung aller dieser möglichen Parameter besonders einfach möglich.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines an den Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine angeschlossenen Ansaugluftfilters mit der vereinfacht dargestellten erfindungsgemäßen Regelvorrichtung;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung den bei der Anordnung der Fig. 1 verwendeten Stellantrieb im Achsschnitt;

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig.4 ein Blockschaltbild des Meßumwandl ers der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 5 schematisch einen Impulszug zur Ansteuerung des Elektromotors.

Ein Ansaugkanal 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine enthält einen Vergaser 2 mit einer willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe 3. Der Vergaser 2 trägt einen Luftfilter 4 mit einem topfförmigen Filtergehäuse 5 und einem abnehmbaren Gehäusedeckel 6. Im Luftfilter 4 ist ein ringförmiger,

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radial von außen nach innen durchströmter Filtereinsatz 10 axial abgedichtet eingespannt, der aus einem zu einem Ring zusammengefügten Filterpapierstern 11 und stirnseitigen Abdichtungen 12 und 13 aus einem elastischen Kunststoff besteht. Der Filtereinsatz 10 umschließt einen Reinluftraum 14 und ist von einem Rohluftraum 15 umgeben.

Dem Rohluftraum 15 wird die angesaugte Luft durch den Ansaugstutzen 20 zugeführt, in den ein Warmluftkanal 21 und ein Kaltluftkanal 22 einmünden. Der Ansaugstutzen 20 enthält eine Steuerklappe 23, die gleichzeitig die Durchtrittsöffnung des Warmluftkanals 21 und des Kait1uftkanals 22 steuert und dadurch ein bestimmtes Mischungsverhältnis zwischen angesaugter warmer und angesaugter kalter Luft herstellt.

Zur Steuerung der Steuerklappe 23 ist ein Stellantrieb 30 vorgesehen, der ein mit dem Ansaugstutzen 20 fest verbundenes Antriebsgehäuse 31 aufweist, das durch den Gehäusedekkel 32 verschlossen ist, siehe Fig. 2. Ein Gleichstrommotor 33 mit senkrecht nach unten verlaufender Achse treibt über ein an seiner Unterseite angeordnetes Ritzel 34 und ein mit ihm in Eingriff stehendes Zahnrad 35 eine ebenfalls senkrecht und parallel zur Motorachse verlaufende Gewindespindel 36 an, die in eine Gewindebohrung 37 einer Antriebshülse 39 eingreift. Die Antriebshülse 3Ö hat, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, unrunde Außenkonturen mit zwei achsparallel zur Gewindespindel 36 angeordnete;!* Längsschi enen 40 und 41. Sie durchsetzt eine ihren Außenkoftturen angepaßte Durchbrechung des Antriebsgehäuse 31 mit leichtem Spiel, wobei sie in dieser Durchbrechung gleiten kann. Dadurch ist die Antriebshülse 39 gegen Verdrehen gesichert^." so daß bei Drehen der Gewindespindel 36 eine Längsverschiebung der Antriebshülse 39 auftritt. Die Antriebshülse 39 wirkt über ein Antriebsgestänge

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42 auf den Schwenkhebel 24 der Steuerklappe 23 ein. Dadurch führt ein Laufen des Motors 33 zu einer Verschwenkung der Steuerklappe 23.

Zwischen dem Luftfi1tergehäüse 5 und dem Vergaser 2, d.h. stromab der Steuerklappe 23, ist ein Temperaturmeßfühler 50 zum Messen der das Luftfilter 4 verlassenden Mischluft angeordnet. In diesem Bereich ist die Mischung aus Warmund Kaltluft bereits derart homogen, daß der Temperaturmeßfühler 50 die Mischtemperatur genau erfaßt. Er ist als elektrischer Widerstand mit einem temperaturabhängigen Widerstandswert ausgebildet und über elektrische Leitungen 51,

52 mit einem Meßwertumwandler 53 verbunden. Über die Leitungen 51 und 52 fließen daher Temperatursignale von dem Meßfühler 50 zu dem Meßwertumwandler 53. Der Meßwertumwandler

53 ist seinerseits über elektrische Leitungen 54, 55 mit dem Gleichstrommotor 33 des Stellantriebs 30 verbunden. Über diese Leitungen gibt der Meßwertumwandler 53 Steuersignale ab, die zu einem Betrieb des Gleichstrommotors 33 und daher zu einer Verschwenkung der Steuerklappe 23 führen. Die Art und Form der Signale wird im folgenden noch erläutert werden. Der Meßwertumwandler 53 ist darüber hinaus über elektrische Leitungen 56, 57 mit der nicht dargestellten Anlasserbatterie der Brennkraftmaschine verbunden.

Aus Fig. 4 geht der Aufbau des Meßwertumwandlers 53 hervor. An dem innerhalb des gestrichelten Kästchens dargestellten Meßwertumwandler liegt über die Leitung 51 der Temperaturfühler 50 an, der als Widerstand mit einem temperaturabhängigen Widerstandswert ausgebildet ist. Je nach der an der Meßstelle herrschenden Temperatur liefert dieser Widerstand also einen unterschiedlich starken Strom. Dieses Temperatursignal wird in dem Verstärker 60 verstärkt, dessen Ausgangs-

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signal einem Regler 61 zugeführt wird. Der Regler vergleicht das verstärkte Temperatursignal mit einem von zwei Sollwerten. Für jeden Sollwert ist ein Sollwertgeber 62, 63 vorgesehen, wobei ein Schalter 64 auswählt, welcher der beiden Sollwerte von dem Regler 61 verarbeitet werden soll. Der Regler 61 erzeugt ein Ausgangssignal, das abhängig ist von der Differenz zwischen Sollwert und Istwert und von der augenblicklichen Änderungsgeschwindigkeit der Differenz von Soll- und Istwert.

Der Schalter 64 kann von außerhalb des Meßwertumwandlers 53 gesteuert, d.h. umgeschaltet werden. Dies ist durch die strichpunktiert dargestellte Linie 65 angedeutet. Der Schalter 64 kann beispielsweise durch den im Ansaugrohr herrschenden Unterdruck betätigbar sein.

Im dargestellten Beispiel weist der Meßwertumwandler 53 einen zweiten Eingang 66 auf, der mit einem Temperaturfühler 67 über eine Leitung 68 verbunden ist. Der Temperaturfühler ist wiederum ein Widerstand mit temperaturabhängigem Widerstandswert, der der Temperatur des Kühlwassers ausgesetzt ist. Er liefert ebenfalls einen Temperaturwert, der über einen Verstärker 69 verstärkt und einem Komparator 70 zugeführt wird. An dem Komparatör£)ist ein Sollwertgeber 71 angeschlossen, an dem ein Soll wert? für die Kühlwassertemperatur eingestellt wird. Der Komparator 70 vergleicht die beiden an seinen Eingängen liegenden Signale und gibt dann ein Signal ab, wenn der Istwert der: Kühl wasser temperatur unterhalb des Sollwertes liegt. Dieses Signal wird über eine Leitung 73 an den zweiten Eingang eines weiteren elektronischen Bauelementes 72 angelegt, an dessen erstem Eingang das Ausgangssignal des Reglers 61 liegt. Ist auf der Leitung 73 ein Signal vorhanden, so mißachtet das elektronische Bauelement

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72 des Ausgangssignal des Reglers 61 und gibt ein derartiges Ausgangssignal ab, daß der Motor 33 die Steuerklappe 23 so verschwenkt, daß nur Warmluft angesaugt wird.

Fehlt auf der Leitung 73 ein Signal, was gleichbedeutend damit ist, daß die Kühlwassfcrtemperatur ihren Sollwert erreicht hat, so läßt das elektronische Bauelement 72 das Ausgangssignal des Reglers 61 ungehindert durch.

Am Ausgang des Bauelementes 72 liegt ein Impulsgenerator 74, der an seinem Ausgang eine Impulsfolge mit konstanter Impulsdauer, konstanter Impulshöhe und veränderbarer Impulspause abgibt, wobei die Länge der Impulspause abhängig ist von dem an seinem Eingang auf der Leitung 75 ankommenden Signal.

Fig. 5 zeigt das Beispiel eines Impulszuges. Der Impulszug

76 besteht aus einzelnen Rechteckimpulsen konstanter Impulsdauer

77 und konstanter Impulshöhe Uy. Die Impulspause 78, d.h. der zeitliche Abstand zwischen zwei Impulsen, ist veränderbar. Von links nach rechts in Fig. 5 nimmt die Impulspause

78 zunächst zu, was bedeuten würde, daß sich der Elektromotor 33 langsamer dreht. Nach der Impulspause 78' tritt nun ein Impuls umgekehrter Polarität auf, was dazu führt, daß sich der Elektromotor 33 in umgekehrter Richtung dreht und die Steuerklappe 23 in umgekehrter Richtung verschwenkt wird.

Der Impulszug in Fig. 5 ist nur als Beispiel angegeben, um zu zeigen, daß die Impulsdauer und -höhe konstant ist, die Impulspause 78 jedoch geändert werden kann.

Claims

ANSPRUCHE

Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen

Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen mit einer im Ansaugstutzen (20) eines Luftfilters (4) schwenkbaren Steuerklappe (23) für die gleichzeitige Steuerung der Durchtrittsöffnung eines Warmluftkanals (21) und eines Kaltluftkanals (22), auf die ein Stellmotor über ein Antriebsgestänge (42) einwirkt, und mit einem stromab der Steuerklappe (23) angeordneten Temperaturmeßfühler (50), der Temperatursignale an einen den Stellmotor steuernden Meßwertumwandler (53) abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor ein Elektromotor (33) ist und der Meßwertumwandler (53) impulsförmige Steuersignale abgibt, deren Frequenz in Abhängigkeit von den Temperatursignalen veränderbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (33) ein Gleichstrommotor ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (33) ein Schrittschaltmotor ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität der Steuersignale veränderbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale konstante Impulsdauer (77) und Impulshöhe (U,.) und veränderbare Impulspause (78) aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturmeßfühler (50) ein elektrischer Widerstand mit temperaturabhängigem Widerstandswert ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Steuersignale in Abhängigkeit von einem einstellbaren Sollwert veränderbar ist.