DE3521103C2 - Ventil zum Dosieren der Zufuhr von vorgewärmter und nicht-vorgewärmter Luft zu einer Verbrennungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil zum Dosieren der vorgewärmten und nicht-vorgewärmten Luft zu einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiges Dosierventil ist aus der US-Patentschrift 3 744 715 bekannt, in welcher ein Ventil beschrieben wird, welches thermostatgesteuert die Lufteinlaßstutzen für kalte und angewärmte Luft vor dem Eintritt in eine Verbrennungsmaschine alternativ schließt bzw. beide Lufteinlaßstutzen teilweise geöffnet hält. Die Ventilklappe ist um eine Drehachse schwenkbar und besitzt Oberflächenabschnitte, die an beiden Seiten der Schwenkachse angeordnet sind. Zum Schließen der Lufteinlaßstutzen für kalte und vorgewärmte Luft dienen jeweils unterschiedliche Oberflächenabschnitte der Ventilklappe.

Auch die deutsche Patentschrift DE 30 41 079 C2 zeigt ein thermostatgesteuertes Ventilteil, das jeweils in der Endstellung den Kaltluftteil oder den Eintritt für vorgewärmte Luft in ein Dosierventil verschließt. Das Ventilteil besitzt zwei Verschlußelemente, die jeweils den Querschnitt den Kaltlufteinlasses bzw. den Querschnitt des Warmlufteinlasses verschließen können. Das Ventil ist durch eine Feder vorgespannt, um bei tiefen Temperaturen den Kaltlufteinlaß fest zu verschließen. Bei höheren Temperaturen kann das Ventil unter Einwirkung des Unterdrucks im Ansaugkanal auf ein gewisses Maß geöffnet werden. Somit wird die Position der Ventilklappe nicht nur in Abhängigkeit von der Temperatur im Ansaugkanal, sondern auch in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugkanal bestimmt.

Bei anderen bekannten Ventilen dieser Art wird die Ventilklappe üblicherweise entlang seiner einen Seitenkante gelagert, was bedeutet, daß, wenn die Klappe den einen oder anderen Einlaß schließt, diese einem Drehmoment unterworfen ist, welches bestrebt ist, die Klappe in die Öffnungsrichtung zu schwenken. Dies liegt daran, daß eine Seite der Klappe dem atmosphärischen Druck und die andere Seite einem Unterdruck unterworfen ist, welcher aufgrund des Luftstromes vom offenen Einlaß zum Auslaß entsteht. Aufgrund der Tatsache, daß der Luftstrom der Brennkraftmaschine pulsiert, pulsiert ebenso die sich ergebende und auf die Klappe wirkende Kraft. Die durch den Thermostat auf die Klappe ausgeübte Kraft in einer Schließrichtung ist abhän­ gig von der Temperatur in der Ansaugleitung. Als Ergebnis schwenkt die Klappe bei bestimmten Temperaturen und niedri­ gen Drücken (Motorbelastung) alternativ auf den zugehöri­ gen Ventilsitz am Einlaß zu oder von diesem weg, und zwar infolge der Tatsache, daß das in Öffnungsrichtung wirken­ de pulsierende Drehmoment abwechselnd das Drehmoment über- oder unterschreitet, welches in die Schließrichtung wirkt. Das Ergebnis ist ein unangenehmes Geräusch des Ventils. Bei Vollast überwindet das durch den Niedrigdruck verursach­ te Drehmoment das Drehmoment in entgegengesetzter Rich­ tung, so daß der Motor ein falsches Gemisch an vorgewärm­ ter und nicht-vorgewärmter Luft aufnimmt.

Es wurden bereits Versuche unternommen, dieses Luftproblem mit Hilfe einer schaumgummibeschichteten Klappe in den Griff zu bekommen oder dadurch, daß die Klappe mit einem hydraulischen Dämpfer versehen wird. Beide Lösungen haben erhebliche Nachteile. Im ersten Fall wird keine 100%ige Geräuscheliminierung erzielt. Im zweiten Fall ist der konstruktive Aufbau kostspielig und kompliziert. Keine der beiden Lösungen kann verhindern, daß die Klappe von ihrem Sitz weggesaugt wird, wenn der Motor mit Vollast betrieben wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die vorgenannten Nach­ teile vermeidet, d. h. bei dem die beschriebene Geräuschentwicklung nicht auftritt und außerdem bei Vollast die Ventilklappe nicht unerwünscht vom Ventilsitz weggezogen wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, daß die Ventilklappe aus zwei Oberflächenabschnitten besteht, die an beiden Seiten an der Schwenkachse angeordnet sind. Ein Oberflächenabschnitt wirkt als Verschlußelement, welches alternativ die Einlässe für kalte und vorgewärmte Luft verschließt, der andere Oberflächenabschnitt wirkt als Balanceelement und ragt in eine Kammer, in welcher dieselben Drücke und damit dieselben Kräfte auf das Balanceelement wie auch das Verschlußelement wirken. Aufgrund der diametralen Anordnung beider Elemente in bezug auf die Schwenkachse wirken im wesentlichen dieselben, einander entgegengesetzt gerichteten Drehmomente auf die Schwenkachse, so daß die Lage der Ventilklappe unabhängig von der Luftströmung durch den Ventilkörper ist.

Anstatt zu versuchen, das durch den pulsierenden Unterdruck erzeugte Drehmoment durch Verwendung der Trägheit eines hydraulischen Dämpfungsmittels zu dämpfen, basiert die Erfindung auf der Idee der Erzeugung der korrespondierenden Pulsation gleicher Stärke in Form eines Gegendrehmoments auf die Klappe.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

So kann nach einer vorteilhaften Ausführungsform die Kammer, in welche das Balanceelement ragt, im wesentlichen die Form eines Kreissektors aufweisen und eine Verlängerung des eigentlichen Ventilkörpers darstellen.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß er einen großen Anpassungsfreiheitsgrad an die bestehenden Ansaugeinrichtungen des Motors vorsieht. Dadurch ist es möglich, ein bestehendes Ventil alter Konstruktion durch ein neues Ventil gemäß der Erfindung zu ersetzen, ohne daß irgendwelche zusätzliche Abänderungen notwendig sind, und zwar aufgrund der Tatsache, daß das Ventil gemäß der Erfindung im wesentlichen den gleichen räumlichen Aufbau hat wie das erstgenannte bekannte Ventil, soweit es die Einlässe und den Auslaß betrifft sowie die Form der Schließelemente und die Anordnung der Schwenkachse. Der einzige äußere Unter­ schied besteht darin, daß das Ventil der Erfindung eine Verlängerung der Kammer aufweist, die vom Ventilkörper gebildet wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spiele dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch ein schematisch dar­ gestelltes Ventil entsprechend der Erfindung,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht durch ein Ventil gemäß der Erfindung im Zusammenhang mit einer bevor­ zugten praktischen Ausführungsform und

Fig. 3 eine Ansicht entlang der Linie III-III in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Ventil, welches allgemein mit dem Bezugs­ zeichen 1 versehen ist. Dieses Ventil umfaßt einen Ventil­ körper 2 mit einem Einlaß 3, an dem ein Einlaßrohr 4 für Kaltluft angeschlossen ist, sowie mit einem Einlaß 5, an dem ein Einlaßrohr 6 für vorgewärmte Luft angeschlos­ sen ist, und ein Auslaß 7, welcher zu einem Luftfilter­ behälter 8 führt. Eine Ventilklappe 9 ist schwenkbar am Ventilkörper befestigt. Die Klappe 9 ist an einer Achse 10 befestigt, die die Klappe in zwei Abschnitte gleicher Größe aufteilt und die drehbar im Gehäuse 2 angebracht ist. Die Achse ist außerhalb des Körpers mit einer nicht dargestellten Thermostatvorrichtung verbunden, welche die Temperatur des Ventilkörperauslasses abfühlt und den Klappenwinkel in Abhängigkeit davon einstellt.

Fig. 1 zeigt die Stellung der Klappe, wenn der Motor kalt ist und wenn nur vorgewärmte Luft in den Luftfilter 8 geleitet wird. Der aufgrund des Luftstromes entstehende niedrige Druck gibt Anlaß zu Kräften auf der Klappe, die gleichmäßig auf jeder Seite der Achse 10 verteilt sind, was bedeutet, daß die Klappe entgegengesetzt ausgerichte­ ten Kräften gleicher Größe ausgesetzt ist, die konse­ quenterweise unabhängig von der Strömungsrate, d. h. der Strömungsmenge pro Zeiteinheit einander auslöschen.

Fig. 2 zeigt ein Ventil 20 gemäß der Erfindung, welches eine Unterentwicklung einer bekannten, praktischen Ven­ tilausführung ist. Das Ventil umfaßt einen Ventilkörper 21 mit Einlaßanschlüssen 22 und 23, die mit Einlaßrohren 24 und 25 für die vorgewärmte bzw. nicht-vorgewärmte Luft verbunden sind. Außerdem ist ein Auslaßrohr 26 mit dem Ventilkörper 21 verbunden, welches mit einem Luftfilter 27 in Verbindung steht. Ein Verschlußelement 28 ist so im Ventilkörper befestigt, daß dieses um eine Schwenkachse 29 schwenkbar ist. Das Verschlußelement 28 ist starr mit einem Paar von kurzen Hebeln 30 versehen, an denen drehbar eine U-förmige Gabel 31 an einer verbindenden Betätigungsstange 32 angeschlossen ist. Ein Thermostat 33 ist im Auslaß 26 angeordnet. Das Betätigungsteil des Thermostats ist über gegenwirkende Federn mit der Ver­ bindungsstange 32 verbunden. Insoweit stimmt die kon­ struktive Lösung mit dem bekannten Aufbau überein.

Das neue und charakteristische Merkmal des Ventils 20 besteht darin, daß der Körper 21 mit einem vorstehenden Körperabschnitt 34 versehen ist, der eine Kammer 35 in Form eines Kreissektors bildet, wenn eine Betrachtung im Längsschnitt vorgenommen wird. Diese Kammer 35 enthält ein Balanceelement 36, das starr mit der Klappe 28 ver­ bunden ist. Die Kammer 35 wird durch das Balanceelement 36 in zwei Bereiche aufgeteilt, von denen einer frei mit einem Einlaßrohr 24 und der andere mit dem anderen Ein­ laßrohr 25 in Verbindung steht. Der niedrige Druck im Ventilkörper gibt so Anlaß zu Kräften auf das Balance­ element 36, wodurch ein Gegendrehmoment zu dem Drehmoment er­ zeugt wird, welches durch die auf das Verschlußelement 28 ein­ wirkenden Kräfte erzeugt wird. Die Oberfläche des Balance­ elements 36 ist an die Oberfläche des Verschlußelements 28 so ange­ paßt, daß diese entgegengesetzten Drehmomente einander auslöschen.

Der Körper 21 mit dem Körperabschnitt 34 ist als Einheit aus spritzgegossenem Kunststoff hergestellt. An den Körper können die bestehenden Rohre direkt angeschlossen wer­ den, wenn ein altes Ventil durch ein neues gemäß der Erfindung ersetzt werden soll.

Die beschriebene Ausführungsform hat eine rein mechanische Thermostatsteuerung. Es kann ebenfalls auch eine elektroni­ sche Thermostatsteuerung verwendet werden, die, wenn erforderlich, ebenso zusätzliche Parameter, wie die Feuchtigkeit und der atmosphärische Druck zusammen mit der Temperatur in Betracht ziehen kann.

Claims (4)

1. Ventil zum Dosieren der vorgewärmten und nicht­ vorgewärmten Luft zu einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Ventilkörper mit einem Einlaß für vorgewärmte Luft, einem Einlaß für nichtvorgewärmte Luft und einem zu einer Ansaugleitung führenden Auslaß, und eine thermostatisch gesteuerte, schwenkbar angebrachte Ventilklappe, die in verschiedenen Stellungen einstellbar ist, um das Mischungsverhältnis zwischen vorgewärmter und nichtvorgewärmter Luft zum Auslaß zu ändern, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbar angebrachte Ventilklappe aus Oberflächenabschnitten besteht, die an beiden Seiten einer Schwenkachse (29) angeordnet sind, wobei die Oberflächenabschnitte solche Dimensionen aufweisen und so angeordnet sind, daß die Ventilklappe einerseits ein Verschlußelement (28) bildet, durch welches die Einlässe (22, 23) alternativ schließbar sind und an dessen einem Seitenrand die Schwenkachse (29) angeordnet ist, und die andererseits ein Balanceelement (36) bildet, welches in Fortsetzung des Verschlußelements (28) an der entgegengesetzten Seite der Schwenkachse angeordnet ist, und in eine Kammer (35) ragt, die an einer Seite des Balanceelements mit einem der Einlässe und auf der anderen Seite mit dem anderen der Einlässe in Verbindung steht.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (35) eine Verlängerung (34) des eigentlichen Ventilkörpers (21) ist und im Längsschnitt im wesentlichen die Form eines Kreissektors hat.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (21, 34) ein aus Kunststoff spritzgegossener Körper mit Anschlüssen für die Ansaugleitung und die Einlaßleitungen (24, 25) für die vorgewärmte und nicht-vorgewärmte Luft ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Thermostateinheit (33) im Ventilkörperauslaß (26) angeordnet ist und mit einer Betätigungsstange versehen ist, die eine U-förmige Gabel (31) aufweist und die Klappe spannt, wobei die Zinken der Gabel jeweils an einem individuellen kurzen Hebel (30) drehbar angebracht sind, welche mit der Klappe in Verbindung stehen.