DE2935009A1

DE2935009A1 - Vorrichtung zur regelung der temperatur der ansaugluft von brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: DE2935009A1
Application number: DE19792935009
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Lothar 7140 Ludwigsburg Bendig
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1979-08-30
Filing date: 1979-08-30
Publication date: 1981-03-12
Also published as: GB2057721A; US4292949A; GB2057721B; BR8000624A

Description

2o. August 1979

Anmelderin: FILTERWERK MANN & HUMMEL GMBH, Hindenburgstr. 37-45, 714o Ludwigsburg

Akte 1866

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 Hauptanspruchs.

Eine bekannte Regelvorrichtung dieser Art (DE-AS 2o 17 983) verwendet als Stellmotor ein Dehnstoff element,, wie es als Wachsthermostat für derlei Zwecke seit langem bekannt ist. Den Wachsthermostat umgibt eine Heizwicklung, dessen Erregung von einem Meßwertumwandler gesteuert wird.

Nachteilig ist bei der bekannten Vorrichtung, daß der Stellmotor nur verhältn ismäßig langsam abkühlt und dementsprechend

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die Steuerklappe nur mit erheblicher Zeitverzögerung geschwenkt wird. Außerdem hat der Stellmotor besonders beim Beheizen einen verhältnismäßig großen Nachlauf, so daß er auch noch nach dem Abschalten der Heizwicklung das Antriebsgestänge unerwünscht bewegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Regelvorrichtung mit einfachen Mitteln in der Funktion zu verbessern. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die verhältnismäßig großflächigen metallischen Außenwandungen der Druckkammer ist ein schnelles Abkühlen des Stellmotors nach Abschalten des Heizwiderstandes erreicht und dementsprechend eine Zeitverzögerung bei der Verstellung der Steuerklappe vermieden. Außerdem tritt ein Nachlauf des Stellmotors in nennenswertem Umfang nicht mehr auf.

Die Unteransprüche sehen Ausgestaltungen der Erfindung vor. Ein Unteranspruch bezieht sich auf die Möglichkeit, der Brennkraftmaschine bei Vollast Ansaugluft niedrigerer Temperatur zuzuführen als bei Teillast, wobei jedoch zur Vermeidung von Vollastvereisung eine untere Grenztemperatur nicht unterschritten wird.

Weitere Unteransprüche beziehen sich auf die Kontrolle, Rückmeldung und Einregulierung der dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine zugemessenen Stellung der Steuerklappe unabhängig von schwankenden Außentemperaturen.

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

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

Figur 2 Einzelheiten der Regelvorrichtung der Figur 1 in vergrößerter Darstellung und

Figur 3 einen bei der Regelvorrichtung der Figur 1

verwendeten Unterdruckschalter in abgewandelter Ausführung.

Ein Ansaugkanal 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine hat einen Vergaser 2 mit einer willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe 3. Der Vergaser 2 trägt ein Luftfilter 4 mit einem topfförmigen Gehäuse 5 und einem abnehmbaren Gehäusedeckel 6. Im Luftfilter 4 ist ein ringförmiger, radial von außen nach innen durchströmter Filtereinsatz 1o axial abgedichtet eingespannt, der aus einem zu einem Ring zusammengefügten Filterpapierstern 11 und stirnseitigen Abdichtungen und 13 aus einem elastischen Kunststoff besteht. Der Filtereinsatz 1o umschließt einen Reinluftraum 14 und ist von einem Rohluftraum 15 umgeben.

Dem Rohluftraum 15 wird die angesaugte Luft durch den Ansaugstutzen 2o zugeführt, in den ein Warmluftkanal 21 und ein Kaltluftkanal 22 einmünden. Der Ansaugstutzen 2o enthält eine Steuerklappe 23, die gleichzeitig die Durchtrittsöffnung des Warmluftkanals 21 und des Kaltluftkanals 22 steuert.

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Ein Stellmotor 3o hat eine obere, mit dem Ansaugstutzen 2o dicht verbundene Gehäusehälfte 31 und eine untere Gehäusehälfte 32, die bei 33 unter abgedichtetem Einspannen einer gummielastischen Membran 34 mit der oberen Gehäusehälfte 31 verfalzt ist. Die Membran 34 trennt in dem als Druckdose ausgebildeten Stellmotor 3o eine mit Luft gefüllte Druckkammer 35 von einer Antriebskammer 36 ab. Die Antriebskammer 36 enthält eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 37, die sich mit der oberen Stirnseite an einem Absatz der oberen Gehäusehälfte 31 und mit der unteren Stirnseite an einem gegen die Membran 34 anliegenden Blechteller 39 abstützt. Außerdem ist die Antriebskammer 36 von dem Antriebsgestänge

40 durchsetzt, das aus einer mit dem Blechteller 39 fest verbundenen Schubstange 41 und einem mit der Steuerklappe 23 fest und mit der Schubstange 41 gelenkig verbundenen Schwenkhebel 42 besteht. Ein an der Schubstange 41 befestigter Ring 47 dient als Anschlag, der die Abwärtsbewegung der Schubstange

41 und somit der Membran 34 auf den Heizwiderstand 54 zu durch Anlage an der oberen Gehäusehälfte 31 dann begrenzt, wenn der Stellmotor 3o mit Antriebsgestänge 4o und Steuerklappe 23 noch nicht an dem Ansaugstutzen 2o montiert sind. Im montierten Zustand entsprechend Figur 1 der Zeichnung wird die Abwärtsbewegung der Schubstange 41 durch Anlage der Steuerklappe 23 am Ansaugstutzen 2o begrenzt.

Stromab der Steuerklappe 23 hat die Regelvorrichtung einen Temperaturmeßfühler 5o zum Messen der das Luftfilter 4 verlassenden Mischluft. Der Temperaturmeßfühler 5o ist als elektrischer Widerstand mit temperaturabhängiger Durchflußcharakteristik ausgebildet und gibt über elektrische Leitungen 51, 52 Steuersignale an einen Meßwertumwandler 53 ab.

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Die Druckkammer 35 ist zur guten Wärmeleitung mit metallischen Außenwandungen versehen und gegenüber der Umgebung hermetisch abgeschlossen. Sie enthält einen Heizwiderstand 54, der über elektrische Leitungen 55, 56 mit dem mittels der elektrischen Leitungen 57, 59 an das Stromnetz, also beispielsweise an die """Batterie eines Kraftfahrzeugs angeschlossenen Meßwertumwandler 53 verbunden ist. Die elektrischen Leitungen 55, 56 sind über Gummitüllen 43, 44 abgedichtet und elektrisch isoliert durch die Wandung der unteren Gehäusehälfte 32 hindurchgeführt.

Stromab der Hauptdrosselklappe 3 des Vergasers 2 ist ein Unterdruckschalter 6o an den Ansaugkanal 1 der Brennkraftmaschine kommunizierend angeschlossen. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist zwischen dem Gehäuseteil 61 aus Metall und dem Gehäuseteil 62 aus Kunststoff eine gummielastische Membran abgedichtet eingespannt, die auf der einen Seite einen metallischen Schaltteller 64 trägt und auf der anderen Seite gegen eine an einem Absatz des Gehäuseteils 61 abgestützte Druckfeder 65 anliegt. Das Gehäuseteil 62 weist zwei Schaltkontakte 66, auf, die über elektrische Leitungen 68, 69 an den Meßwertumwandler 53 angeschlossen sind und in der gezeigten Stellung, die dem Ruhezustand der Brennkraftmaschine entspricht, von dem Schaltteller 64 überbrückt werden. Eine Belüftungsöffnung 45 in dem Gehäuseteil 62 des Unterdruckschalters 6o ermöglicht den Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem die Schaltkontakte 66, 67 enthaltenden Raum des Unterdruckschalters 6o.

Der Unterdruckschalter 7o der Figur 3 ist für den Anbau an der gleichen Stelle wie der Unterdruckschalter 6o vorgesehen. Bei ihm ist zwischen einem aus Kunststoff bestehenden Gehäuseteil 71 und einem Gehäuseteil 72 aus Metall eine Membran 73 abgedichtet eingespannt. An einer Stirnseite weist sie einen Schalt-

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teller 74 auf, gegen den eine sich mit der anderen Stirnseite an dem Gehäuseteil 71 abstützende Druckfeder 75 anliegt. Das Gehäuseteil 71 enthält Schaltkontakte 76, 77 die über elektrische Leitungen 78, 79 an den Meßwertumwandler 53 angeschlossen sind. Der Druckausgleich des Raumes zwischen der Membran 73 und dem Gehäuseteil 72 zur Umgebung erfolgt über eine Belüftungsöffnung 46.

Während bei dem Unterdruckschalter 6o der Schaltteller 64 die Schaltkontakte 66, 67 im Ruhezustand kurzschließt, sind beim Unterdruckschalter 7o die Schaltkontakte 76, 77 im Ruhezustand geöffnet.

Die Druckkammer 35 des Stellmotors 3o ist mit einer als elektrischer Widerstand mit temperaturabhängiger Durchflußcharakteristik ausgebildeten Einrichtung 9o zur elektrischen Rückmeldung der Kammertemperatur an den Meßwertumwandler 53 versehen. Von der Temperatur in der Druckkammer 35 abhängige Steuersignale werden über elektrische Leitungen 91, 92, die über eine Gummitülle 93 abgedichtet und elektrisch isoliert durch die metallische Wandung der unteren Gehäusehälfte 32 geführt sind, an den Meßwertumwandler 53 abgegeben. Die von der Einrichtung 9o gemessene Kammertemperatur bildet einen Hinweis für die Stellung der Steuerklappe 23.

Anstelle der Einrichtung 9o zur elektrischen Rückmeldung der Kammertemperatur kann auch eine Einrichtung 95 zur unmittelbaren elektrischen Rückmeldung der Stellung der Steuerklappe 23 über elektrische Leitungen 96, 97 an den Meßwertumwandler 53 vorgesehen sein, wie dies in Figur 2 strichpunktiert angedeutet ist. Beispielsweise kann ein Potentiometer oder Drehkondensator vorgesehen sein, der bei Schwenkbewegungen der Steuerklappe 23

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verstellt wird, um entsprechende Steuersignale an den Meßwertumwandler 53 abzugeben.

Wird die kalte Brennkraftmaschine bei niedrigen Umgebungstemperaturen in Betrieb genommen und bei Teillast betrieben, so befindet sich die Steuerklappe 23 in der in Figur 1 ausgezogen gezeigten Stellung, bei der sie die Druchtrittsöffnung des Kaltluftkanals 22 geschlossen und gleichzeitig die Durchtrittsöffnung des Warmluftkanals 21 geöffnet hat. Die angesaugte Luft, die dem Warmluftkanal 21 durch eine nicht dargestellte Warmluftleitung aus dem Bereich der Auspuffleitung der Brennkraftmaschine zugeführt wird, strömt durch den Ansaugstutzen des Luftfilters 4 in den Rohluftraum 15, passiert den Filtereinsatz 1o radial von außen nach innen und gelangt von dem Reinluftraum 14 über den Vergaser 2 und Ansaugkanal 1 zur Brennkraftmaschine. Der Schaltteller 64 des Unterdruckschalters 6o ist durch den Unterdruck im Ansaugkanal 1 gegen die Kraft der Druckfeder 65 von den Schaltkontakten 66, 67 abgehoben und signalisiert damit dem Meßwertumwandler 53 Teillastbetrieb, für den im Bereich des Temperaturmeßfühlers 5o eine Solltemperatur von 3o° C vorgeschrieben sein mag. Erhält der Meßwertumwandler 53 von dem Temperaturmeßfühler 5o eine Mischlufttemperatur unterhalb 3o° C gemeldet, so veranlaßt der Meßwertumwandler 53, daß die Heizwicklung 54 des Stellmotors 3o nicht von Strom durchflossen und dementsprechend die Luft in der Druckkammer 35 nicht erwärmt wird. Als Folge davon bleibt die Steuerklappe 53 zunächst in der nur die Zuführung von Luft durch den Warmluftkanal 21 zulassenden Stellung.

Mit Erwärmen der Brennkraftmaschine steigt die Temperatur der durch den Warmluftkanal 21 angesaugten Luft, so daß der Temperaturmeßfühler 5o zunehmend von v/ärmerer Luft umströmt wird.

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Überschreitet die Temperatur den angenommenen Sollwert von 3o° C, so veranlaßt der Meßwertumwandler 53, daß die Heizwicklung 54 im Stellmotor 3o von Strom durchflossen wird. Temperatur und Druck der Luft in der Druckkammer 35 steigen an, und schließlich wird die Kraft der Rückstellfeder 37 überwunden und die Steuerklappe 23 über das Gestänge 4o so verschwenkt, daß sie außer der Zufuhr von Warmluft durch den Warmluftkanal 21 auch die Zufuhr von Kaltluft durch den KaItluftkanal 22 zuläßt, bis die gewünschte Solltemperatur von 3o° C am Temperaturmeßfühler 5o erreicht ist. Gleichzeitig meldet der Temperaturmeßfühler 9o die Temperatur in der Druckkammer 35 und signalisiert so die Stellung der Steuerklappe 23. Auf diese Weise wird ein Regelschwingen gedämpft, denn der Temperaturmeßfühler 9o begrenzt das Schwenken der Steuerklappe in eine für das Aufheizen oder Abkühlen der angesaugten Luft angemessene Stellung. Diese Rückmeldung der Stellung der Steuerklappe könnte auch, wie oben schon ausgeführt, unmittelbar über ein Potentiometer oder einen Drehkondensator erfolgen.

Wird für den Vollastbetrieb die Hauptdrosselklappe 3 des Vergasers 2 voll geöffnet, so verbleibt im Bereich des Unterdruckschalters 6o nur noch ein geringerer Unterdruck in dem Ansaugkanal 1. Der Schaltteller 64 wird durch die Druckfeder 65 in die in Figur 1 gezeigte Stellung gedrückt, in der er die beiden Schaltkontakte 66, 67 kurzschließt. Das dem Meßwertumwandler 53 abgegebene elektrische Signal führt dazu, daß die Regelvorrichtung eine niedrigere Solltemperatur von beispielsweise nur 1o C im Bereich des Temperaturmeßfühlers 5o einregelt. Hierdurch wird eine bessere Füllung der Zylinder der Brennkraftmaschine erreicht, andererseits aber eine Vollastvereisung vermieden, die bei Temperaturen um den Gefrierpunkt auftreten könnte.

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Der Unterdruckschalter der Figur 3 hat die umgekehrte Funktion des Unterdruckschalters der Figur 1, indem seine Schaltkontakte 76, 77 bei Stillstand der Brennkraftmaschine und bei Vollast geöffnet, bei Teillast dagegen durch den Schaltteller 74 geschlossen sind.

Die elektronische Schaltung kann- mit bekannten Mitteln so aufgebaut sein, daß die Heizwicklung proportional zur Abweichung von der Solltemperatur erregt wird. Es fließt also bei stärkeren Temperaturabweichungen mehr Strom durch die Heizwicklung 54 als bei geringeren Temperaturabweichungen.

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Claims

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Ansprüche

./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 elektrothermischer, einen Heizwiderstand aufweisender Stellmotor über ein Antriebsgestänge gegen die Kraft einer Rückstellfeder einwirkt, und mit einem stromab der Steuerklappe angeordneten Temperaturmeßfühler, der als elektrischer Widerstand mit temperaturabhängiger Durchflußcharakteristik ausgebildet ist und Steuersignale an einen die Erregung des Heizwiderstandes steuernden Meßwertumwandler abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (3o) als Druckdose mit einer auf das Antriebsgestänge (4o) einwirkenden Membran (34) ausgebildet ist, die eine mit Luft gefüllte, den Heizwiderstand (54) aufnehmende und metallische Außenwandungen aufweisende Druckkammer (35) von einer vom Antriebsgestänge (4o) durchsetzten Antriebskammer (36) abtrennt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterdruckschalter (6o bzw* 7o) kommunizierend an den stromab einer willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe (3) liegenden Abschnitt des Ansaugkanals (1) der Brennkraftmaschine und elektrisch an den Meßwertumwandler (53) ange-

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schlossen ist₇ dem er jeweils bei Überschreiten eines vorbestimmten Unterdrucks durch Öffnen oder Schließen elektrischer Schaltkontakte (66, 67 bzw. 76, 77) ein Signal zum Umschalten von der für Vollastbetrieb festgelegten Vollasttemperatur auf die für Teillastbetrieb festgelegte Teillasttemperatur abgibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (35) mit einer Einrichtung (9o) zur elektrischen Rückmeldung der Kammertemperatur an den Meßwertumwandler (53) versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerklappe (23) mit einer Einrichtung (95) zur elektrischen Rückmeldung der Klappenstellung an den Meßwertumwandler (53) versehen ist.

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