DE7135765U - Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

2. Februar 1972

Aktenzeichen: G 71 35 765.3

Anmelder in: Filterwerk Kann k K man el CnbH, 714 Ludwigsburg Unser Zeichen: YSS 587

Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft von genischverdichtenden Brennkraftmaschinen

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung des Unter drucks in einen pneumatischen Stellmotor· für den Antrieb einer im Rohluftstutzen eiiies Ansaugluftfilters angeordneten Steuerklappe, -die die Temperatur der Ansaugluft einer gehdschverdichtenden Brennkraftmaschine regelt und in einer Sndlage, über eine einen Steuerraum durchsetzende Rückstellfeder im Stellnotor bewegt, einen Warmluftkanal abschließt und gleichzeitig einen Kaltluftkanal auf steuert, wobei der Steuerratun des Stellmotors über Steuerleituiigen, die einen kalibrierten Drosselquerschnitt beinhalten, mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe liegenden Abschnitt des Ansaugkanals verbunden ist und in den Steuerleitungen ein temperaturabhängig betätigtes Belüftungsventil mit einem auf einen Ventilkörper einwirkenden Binetallthernostaten vorgesehen ist.

Sin derartiger Antrieb einer Steuerklappe wird beispielsweise in der US-PS 3 459 163 beschrieben. Bei den bekannten Antrieb ist der Unterdruck in den Steuerleitungen und damit auch in dem pneumatischen Stellmotor bei Vollastbetrieb so gering, daS die pneumatischen Kräfte von der Kraft der Rückstellfeder im Stellmotor übertreffen werden und die Steuerklappe den Warmluftkanal bei diesem Betriebszustand grundsätr"⁵ich verschließt. Durch die alleinige Zufuhr von kalter Ansaugluft wird bei Vollast in vorteilhafter Weise ein besserer Füllungsgrad der Brennkraftmaschine und damit eine höhere Leistung erreicht.

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!Tachteili_:~ ict bei dins'?··: b< ':a:.nto:: \ntrieb r.ber, da"' auch während der " 'ar: 'ifnhr^riode li° vo·.; Aun^u;" Λη~<='.ιο .ο is Heißluft nur boi '.oillnst, nich : nber bei ToIInGt zu: .να:"\.-'α··.να:ι~ der Brenn craft..ianchine i.*s.:utzt v/erder. l:ar.n. Hierdurch wird das Erreichen ^ ^t* fnr eile Geniscnoildun-; und Yez-ureiiü-aiL-; ^'Listigston Betrie"bst'?nperatur der BrenrilcrafttiriGchinp erheblich verzögert.

Ferner ist in der Praxis allgemein bekannt, die Steuerklappe durch einen iri Ansaugluftstron angeordneten Thermostaten zu betätigen. Ki:. eine.: solcher, \ntrieb der Steuprklap-oe hält man die TemOeratur der Ansaugluft unabhängig von der strömenden Luft:r.enge in einen b^stianten Bereich. Zwar wird dann der Br ennlcraftnas chine bein Atilauf zunächst nur Warmluft und mit fortschreitender Erwärmung zunehmend Kaltluft zugeführt, jedoch ist eine den jeweiligen Betriebszuständen angepaßte Regelung nicht vorgenehen, so da3 auch von der erwärmten Brennkraftmaschine bei Vollast unerwünscht wärme Luft angesaugt wird. Verminderte Füllung und damit geringere Leistung der Haschine sind die Folgen.

Die gleichen ITachteile weist eine aus der US-PS 1 242 926 hervorgehende Bauart auf, bei der der Antrieb von zwei den Zustron von warmer und kalter Luft regulierenden Steuerklappen über ein Hebelgest^:".nge durch einen von der llülilwassertemperatur der Brennkraftmaschine beeinflußten Thermostaten erfolgt. Auch hier ist eine den Betriebszus+änden der Brennkraftmaschine angepaßte Regelung nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Antrieb der Steuerklappe unter Beseitigung der aufgezeigten Mangel bekannter Bauarten in der Funktion zu verbessern.

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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs aufgezeigten Antrieb erfindungsgemä? dadurch gelöst, da3 die Vorrichtung als in die Steuerleitungen zwischen dem Stellmotor und dem Belüftungsventil einbaubares, Luftströmungen zum Belüftungsventil äuläSsendSG Rückeohlagvsr.til ausgebildet ist urv? ei-v?" Ventilsitz, einen Ventilkörper sowie einen durch die Temperatur der Brennkraftmaschine beeinflußbaren Thermostaten aufweist, durch den der Ventilkörper oberhalb einer vorbestimmten Temperatur von Ventilsitz abhebbar ist.

Die Brennkraftmaschine erhält nunmehr während der Warmfahrperiode auch bei Vollast erwärmte Luft und erreicht dadurch die günstigste Betriebstemperatur rascher. Hierdurch werden die Nachteile des Kaltstartbetriebes der Brennkraftmaschine beachtlich herabgesetzt.

nachstehend wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführun&sbeispiel der Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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

Figur 2 das bei der Steuervorrichtung der Figur 1 verwendete, an das Belüftungsventil und an den Stellmotor angeschlossene Rückschlagventil im Längsschnitt in vergröSerter Darstellung.

Eine Brennkraftmaschine 1 hat einen Ansaugkanal 2, ein Auspuffrohr 3 und einen Ventilkammerdeekel 4. Der Ansaugkanal 2 trägt einen Vergaser 5 mit einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 6. Auf den Vergaser 5 ist ein Ansaugluftfilter 7 mit

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einem ringförmigen, radial von außen nach innen durchströmten, einen Reinluftraun 8 umschließenden Filtereinsatz 9 und einem Ansaugrohr 10 auf genetzt. Das Ansaugrohr 10 hat einen Rohluftstu<:zen 11, in den ein Kaltluftkanal 12 und ein Vamluftkanal 13 einmünden. Die Wannluft wird von der Nähe des Auspuffrohres 3 Her Brennkraitmasciiine 1 s~ügeiTühr-t.

Eine in dem Rohluftstutzen 11 schwenkbar angeordnete Steuerklappe 14 hat einen Schwenkhebel «5, an dem die Antriebsstange 16 eines pneumatischen Stellmotors 17 angreift. Der Stellmotor enthält eine Gummimembran 18 und eine einen Steuerraum 19 durchsetzende Rückstellfeder 20 und ist über die Steuerleitungen 21, 22, 23 stromab der Vergaserdrosselklappe 6 an den Ansaugkanal 2 der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen. Die Steuerklappe 14 ist durch den pneumatischen Stellmotor "!? gegen die Kraft der Rückstellfeder 20 aus ihrer einen, in Figur 1 ausgezogen gezeigten Endstellung, in der sie den Varmluftkanal 13 abschließt und gleichzeitig den Kaltluftkan&l 12 öffnet, in ihre andere, gestrichelt dargestellte Endstellm»*? schwenkbar, in der -sie den Kaltluftkanal 12 abschließt und 4e» Warmluftkanal 13 öffnet.

An die Steuerleitungen 22, 23 ist zwischen einem kalibrierten Drosselquerschnitt 30 und dem Stellmotor 17 ein im Reinluftraum 8 angeordnetes, am Filtergehäuseboden befestigtes Belüftungsventil 32 angeschlossen. Das Gehäuse 33 des Belüftungsventils umschließt einen Raum 34, der mit dem Reinluftraum 8 des Ansaugluftfilters 7 über eine Öffnung 35 in ständig offener Verbindung steht. Im Raum 34 ist ein Bimetallthermostat 37 angeordnet, der auf einen als Kugel ausgebildeten Ventilkörper 38 einwirkt. Unterhalb einer vorbestimmten Temperatur der Ansaugluft wird der Ventilkörper 38 von den Bimetallthermoetaten 37 gegen einen als Ventilsitz 39 ausgestalteten Absatz einer eine Durchgangsbohrung 40 aufweisenden Gewindemuffe 41 angedrückt. Über die Durchgangsbohrung 40 hat der Raum 34 eine vom Ventilkörper 38 über den Thermostaten 37 gesteuerte Ver-

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bindung sum Reinluftraum 8 dee Ansaugluftfilters 7. Außerdem münden in den Raum 34 die Steuerleitungen 22, 23« von denen letztere mit dem Drosselquerschnitt 30 versehen ist.

An die Steuerleitungen 21, 22 ist zwischen dem Stellmotor und dem Belüftungsventil 32 ein Rückschlagventil 50 angeschlossen. -Das GeiilLuseuiiiierteil 5"· besteht aus Aluminium—SpiritssguS mit guter wärmeleitfähigkeit und ragt mit einem Absatz 52 in eine öffnung 4a des Ventilkammerdeckels 4 der Brennkraftmaschine 1 hinein. Es umschließt zusammen mit dem aus Kunststoff bestehenden Gehäuseoberteil 53 einen Raum 54, in den ekle Steuerleitung 21 einmündet. lter Raum 54 enthält einen U-förmig gebogenen Bimetallthermostsiten 55, dessen unterer Schenkel 56 für einen guten Wärmeübergang mit einer großen Fläche eng am Boden des Gehäuseunterteils 51 anliegend festgelegt ist. Der obere Schenkel 57 ist an seinem freien Ende nach oben abgewinkelt und wirkt auf einen als Kugel ausgestalteten Ventilkörper 58 ein. Eine in eine Gewindebohrung des Gehäuseoberteil3 53 eingeschraubte Gevindeüuffe 60 hat einen als Ventilsitz 61 ausgebildeten Absatz und eine vo» Ventilkörper 58 über der« Thermostaten 55 gesteuerte Verbindung 62 su einem Raum 63 oberhalb der Gevindemuffe 60, der von einem abnehmbaren Deckel 64 luftdicht verschlossen ist. In den Raum 63 mündet die Steuerleitung 22 ein, die das Belüftungsventil 32 mit dem Rückschlagventil 50 verbindet. Die Befestigung des Rückschlagventils 50 an dem Ventilk^mmerdeckel 4 erfolgt über einen Drahtbügel 70. Zum Eiajuetieren des Rückschlagventils kann der Deckel 64 abgenommen und die Gewindemuf f e 60 mehr oder weniger in die Gewindebohrung 59 eingeschraubt werden.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine herrscht in dem ganzen Ansaugsystem ein Unterdrück, der la Ansangkanal 2 am größten ist und sum Kaltluftkanal 12 hin abnimmt. Der große Unterdruck des Ansaugkanals 2 wird durch die Steuerleitungen 21, 22, 23 in den Steuerraun 1? des pneumatischen Stellmotors

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17 unterhalb der Membran 18 übertragen, vo er entsprechend den auf beiden Seiten der Membran herrschenden Unterdrücken und entsprechend der Membranfläche eine Kraft zum Verstellen der Steuerklappe 14 ausübt. Einen Einfluß auf die Druckverhältnisse in den Steuerleitungen 21, 22, 23 hat außerdem die Luft, die ständig durch die Öffnung 35 in den vom Ventilgehäuse 33 des Belüftungsventils 32 umschlossenen Raum 34 «indringt und den Bimetallthermostaten 37 umspült. Dieser Anteil, der unter Umgehung des Vergasers 5 in den Ansaugkanal 2 strömt, ist verhältnismäßig gering und dient lediglich dazu, den Bimetallthermostaten 37 ausreichend mit der Mischluft in Kontakt zu bringen. Sine größere Wirkung übt dagegen die luft aus, die durch die Durchgangsbohrung 40 in den Raum 34 gelangen kann, wenn der Bimetallthermostat 37 sich oberhalb einer vorbestimmten Temperatur nach unten weggebogen und der Ventilkörper 38 den Ventilsitz 39 freigegeben hat.

Einen Einfluß auf die Druckverhältnisse in der Steuerleitung 21 und somit auf die Stellung der Steuerklappe 14 übt außerdem das Rückschlagventil 50 aus, indem es unterhalb einer vorbestimmten Temperatur im Ventilkammerdeckel 4 der Brennkraftmaschine 1 die Steuerleitungen gegen Luftströmungen vom Belüftungsventil 32 zum Stellmotor 17 verschließt und dadurch verhindert, daß ein vorhandener Unterdruck in dem Steuerraum 19 des Stellmotors 17 durch Zuströmen von Luft abgebaut und der Warmluftkanal 13 durch die Steuerklappe 14 verschlossen wird.

Venn die kalte Brennkraftmaschine 1 in Betrieb genommen wird, drückt der Bimetallthermostat 37 des Belüftungsventile 32 auf den Ventilkörper 38 und verschließt die Durchgangsbohrung 40 in der Gewindebuchse 41, die den Reinluftraum 8 des Ansaugluftfilters 7 mit dem Raum 34 innerhalb des Ventilgehäuses 33 verbindet. Der Thermostat 55 des Rückschlagventils 50 hat dagegen den Ventilkörper 58 freigegeben, so daß

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dieser die Verbindung 62 zwischen dem an die Steuerleitung 22 angeschlossenen Raum 63 gegen Luftströmungen vom Belüftungsventil 32 zum Stellmotor 17 verschließen kann.

Bei geschlossener Vergaserdrosselklappe, beispielsweise im Leerlaufbetrieb, ist der Unterdrück im Ansaugkanal 2 besonders groß. Der nun im Stellmotor 17 unterhalb der Membran auftretende große Unterdruck vermag die Steuerklappe 14 gegen die Kraft der Rückstellfeder 20 in ihre in Figur 1 gestrichelt gezeichnete Stellung zu schwenken, bei der sie den Kaltluftkanal 12 verschließt und den Warmluftkanal 13 geöffnet hat.

Wird nun die Vergaserdrosselklappe 6 geöffnet, so verringert sich der Unterdruck in dem Ansaugkanal 2. Zum Ausgleich des höheren Unterdrucks in den Steuerleitungen 22, 23 strömt Luft vom Ansaugrohr 2 in diese Steuerleitungen ein. Die Steuerleitung 21 bleibt durch das Bückschlagventil 50 gegen einen solchen Luft- bzw. Druckausgleich verschlossen. Damit bleibt die Stellung der Steuerklappe 14 in der in Figur 1 gestrichelt gezeigten Lage, bei der sie nur die Zufuhr von Warmluft durch den Warmluftansaugkanal 13 zuläßt, erhalten. Die Brennkraftmaschine 1 erhält nun auch bei Vollast zunächst nur erwärmte Luft und erreicht schneller die günstigste Betriebstemperatur. Erst wenn die von der Brennkraftmaschine beeinflußte Temperatur, im vorliegenden Fall die von den Durchblasgasen in der Ventilkammer beeinflußte Temperatur, einen vorbestimmten Wert überschreitet, drückt der Thermostat 55 den Ventilkörper 58 vom Ventilsitz 61 ab, und der verringerte Unterdruck im Ansaugkanal 2 kann sich nunmehr voll auf die Membran 18 des Stellmotors 17 auswirken.

Bei vollständig geöffneter Vergaserdrosaelklappe 6 ist der Unterdruck im Ansaugkanal 2 und damit im Steuerraum 19 des pneumatischen Stellmotors 17 so gering; daß er nicht mehr die Kraft der Rückstellfeder 20 überwindet. Dann 1st der

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Warmluftkanal 13 auf jeden Fall geschlossen, und die Brennkraftmaschine 1 erhält nur Luft durch den Kaltluftkanal 12. Die geringere Temperatur der Ansaugluft ergibt dann einen besseren Füllungsgrad der Maschine, so daß im Vollastbetrieb eine bessere Leistung erzielt wird.

Das Belüftungsventil 32 beeinflußt in bekannter Weise abhängig von der Temperatur der Luft im Reinluftraum 8 des Ansaugluftfilters 7 den Druck in den Steuerleitungen. Überschreitet die Temperatur der Luft, die durch den Warmluftkanal 13 in den Eohiuftstutzen 11 eintritt und nach Durchqueren des Filtereinsatzes 9 in den Reinluftraum 8 und von dort teilweise durch die Öffnung 35 in den Raum 34 gelangt, einen vorbestimmten Wert, ao beginnt sich der Bimetallthenaostat 37 nach unten zu krümmen. Der Ventilkörper 38 hebt sich von dem Ventilsitz 39 ab, und es kann zusätzlich Reinluft in die Steuerleitungen 21, 22, 23 eindringen und dort den Unterdruck abbauen. Die Steuerklappe 14 schwenkt nun von ihrer den Kaltluftkanal 12 verschließenden Bndstellung so weit weg, bis die Mischluft die Temperatur hat, bei der sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der Kraft der Rückstellfeder 20 einrrreits und den an der Membran 18 des Stellmotors 17 sowie an der Steuerklappe 14 auftretenden Kräften andererseits einstellt.

Sie Temperatur, die auf den Thermostaten des Rückschlagventils einwirkt, kann anstelle von den Durchblasgaaen beispielsweise auch vom Kühlwasser, von der Kühlluft oder von der Auspuffleitung beeinflußt sein. Desgleichen kann der Thermostat im Rückschlagventil so angeordnet sein, daß er der Mischungstemperatur der angesaugten Warm- und Kaltluft ausgesetzt ist.

Claims (2)

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2. 2. Februar 1972

   Aktenzeichen: G 71 35 765.8

   Angelder in: Filterwerk I'ann &. Hummel GubH, 714 Ludwigsburg Unser Zeichen: VSS 537

   SchutzansOruch

   Torrichtung zur Steuerung des Unterdrucks in einem pneumatischen Stellmotor für den Antrieb einer im Rohluftstutzen eines Ancaugluftfilters angeordneten Steuerklappe, die die Temperatur der Ansaugluft einer gemischverdichtenden Srennkraftmaschine regelt und in einer üindlage, über eine einen Steuerraum durchsetzende Rückstellfeder im Stellmotor bewegt, einen Warnluftkanal abschließt und gleichzeitig einen Saltluftkanal aufsteuert, wobei der Steuerraum des Stellmotors über Steuerleitungen, die einen kalibrierten !Drosselquerschnitt beinhalten, mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe liegenden Abschn'tt des Ansaugkanals verbunden ist und in den Steuerleitungen ein temperaturabhängig betätigtes Belüftungsventil mit einen auf eine:. Ventilkörper einwirkenden Bimetallthermostaten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daS die Vorrichtung als in die Steuerleitungen (21, 22) zwischen dem Stellmotor (17) und dem Belüftungsventil (32) einbaubares, Luftströmungen zum Belüftungsventil zulassendes Rückschlagventil (50) ausgebildet ist und einen Ventilsitz (61), einen Ventilkörper (58) sowie einen durch die Temperatur der Brennkraftmaschine (1) "beeinflu3baren Thermostaten (55) aufweist, durch den der Ventilkörper (58) oberhalb einer vorbestimmten Temperatur vom Ventilsitz (61) abhebbar ist.