DE2821649A1

DE2821649A1 - Rueckschlagventil zur steuerung des unterdrucks in einem pneumatischen stellmotor

Info

Publication number: DE2821649A1
Application number: DE19782821649
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Phys Bendig; Richard Ing Grad Hoferer
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1978-05-18
Filing date: 1978-05-18
Publication date: 1979-11-29
Also published as: SE7900593L; DE2821649C3; GB2024993A; FR2426161A1; FR2426161B1; AR214846A1; SE440938B; US4257380A; GB2024993B; DE2821649B2; ES480641A1

Description

12. Mai 1978

Anmelderin: FILTERWERK MANN & HUMMEL GMBH, Hindenburgstr. 37 - 45, 7140 Ludwigsburg

Akte 1796

Rückschlagventil zur Steuerung des

Unterdrucks in einem pneumatischen

Stellmotor

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rückschlagventil zur Steuerung des Unterdrucks in einem pneumatischen Stellmotor für den Antrieb einer im Rohluftstutzen eines Ansaugluftfilters angeordneten Steuerklappe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus dem DE-Gm 71 35 765 geht als bekannt hervor, dem Ventilkörper des Rückschlagventils einen durch die Temperatur der Brennkraftmaschine beeinflußbaren Thermostaten zuzuordnen, durch den der Ventilkörper nur oberhalb einer vorbestimmten Temperatur vom Ventilsitz abhebbar ist. Dadurch wird erreicht, daß die Brennkraftmaschine während der Warmfahrperiode unterhalb der vorbestimmten Temperatur auch bei Vollast erwärmte Luft erhält und die günstigste Betriebstemperatur rascher erreicht. Andererseits wird bei warmem Motor oberhalb der vorbestimmten Temperatur der Ventilkörper des Rückschlagventils durch den Thermostat

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abgehoben und das Rückschlagventil somit unwirksam gemacht, damit die Brennkraftmaschine bei Vollastbetrieb zur Erhöhung der Leistung nur Kaltluft erhält.

Es hat sich nun gezeigt, daß ein abruptes Zuführen von Kaltluft bei Wechsel von Teillast- auf Vollastbetrieb Störungen des ordnungsgemäßen Betriebs auch der schon erwärmten Brennkraftmaschine verursachen kann. Ein weiterer unerwünschter Nebeneffekt des in der Praxis eingesetzten Rückschlagventils, bei dem der Thermostat der Mischungstemperatur der angesaugten Warm- und Kaltluft ausgesetzt ist, ergibt sich dadurch, daß bei warmer Brennkraftmaschine nach längerem Vollastbetrieb das Rückschlagventil durch die allein angesaugte Kaltluft auskühlt. Wird nun von Vollast- auf Teillastbetrieb übergegangen und kurz darauf wieder Vollastbetrieb notwendig, so seiiließt sieh das Rückschlagventil, und die Brennkraftmaschine erhält unter Leistungsverlust so lange nur Warmluft, bis der Thermostat genügend aufgewärmt ist und das Rückschlagventil öffnen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Punktion des Rückschlagventils nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs unter Vermeidung der genannten Nachteile der bekannten Ausführung mit einfachen Mitteln zu verbessern.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Ventilkörper des Rückschlagventils mit einer kalibrierten Kurzschlußbohrung versehen ist, die die Räume stromauf und stromab des Ventilkörpers miteinander verbindet.

Bei kaltem Motor und Übergang von Teil- auf Vollast schließt das Rückschlagventil zunächst. Jedoch wird der Unterdruck im Stellmotor je nach Größe der Kurzschlußbohrung mehr oder weniger schnell abgebaut. Die Steuerklappe verschließt in einer entsprechend kürzeren oder längeren Zeitspanne den Warmluftkanal .

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Auch bei warmem Motor kann das Rückschlagventil beim Übergang von Teil- auf Vollast zunächst schließen und die Steuerklappe in ihrer den Warmluftkanal offenhaltenden Stellung festhalten. Dementsprechend kann ein abruptes Einsetzen der Kaltluftzufuhr nicht erfolgen. Bedingt durch die Drosselbohrung schließt die Steuerklappe den Warmluftkanal jedoch allmählich ab, so daß die Brennkraftmaschine nach einigen Sekunden durch Ansaugung nur von Kaltluft zu ihrem höchsten Füllungsgrad und damit ihrer besten Leistung kommt.

Zwar kann nach längerer Vollastfahrt auch jetzt noch das Rückschlagventil bei schnellem Wechsel von Vollast auf Teillast und wieder auf Vollast schließen und kurzzeitig den Warmluftkanal offenhalten. Durch die Kurzschlußbohrung ist jedoch erreicht, daß dieser Zustand nur wenige Sekunden anhält, so daß es zu keinem großen Temperaturanstieg der den Vergaser und anschließend die Brennkraftmaschine erreichenden Ansaugluft kommen kann.

Für einen störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine hat sich als vorteilhaft erwiesen,das Ventil so auszubilden, daß der Strömungsquerschnitt der Kurzschlußbohrung 0,2 bis 15 Prozent, vorzugsweise 1,5 bis 3 Prozent vom engsten Strömungsquerschnitt des voll geöffneten Rückschlagventils beträgt.

Zur Vereinfachung der Herstellung läßt sich die feine Kurzschlußbohrung mit geringer Länge vorteilhaft dadurch erzielen, daß der Ventilkörper pilzförmig mit einem Schaft und einem Teller ausgebildet ist, der an einer Stirnseite eine Ringwulst für die Anlage am Ventilsitz und radial innerhalb der Ringwulst und außerhalb des Schaftes die Kurzschlußbohrung aufweist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Akte 1796

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

Figur 2 das bei der Regelvorrichtung der Figur 1 verwendete, mit einem Belüftungsventil zu einer Baueinheit zusammengefaßte Rückschlagventil in vergrößerter Darstellung im Längsschnitt ,

Figur 3 den bei der Regelvorrichtung der Figur 1 verwendeten Stellmotor in vergrößerter Darstellung im Teilschnitt und

Figur 4 eine andere Ausführungsform eines Ventilkörpers des Rückschlagventils.

Die Brennkraftmaschine 1 hat einen Ansaugkanal 2 und ein Auspuffrohr 3· Der Ansaugkanal 2 trägt einen Vergaser 5 mit einer willkürlich betätigbaren Hauptdrosselklappe 6. Auf den Vergaser 5 ist ein Ansaugluftfilter 7 mit einem ringförmigen, radial von außen nach innen durchströmten, einen Reinluftraum 9 umschließenden Filtereinsatz 10 und einem Ansaugrohr 11 aufgesetzt. Das Ansaugrohr 11 hat einen Rohluftstutzen 12, in den ein Kaltluftkanal 13 und ein Warmluftkanal 14 einmünden. Die Warmluft wird von der Nähe des Auspuffrohres 3 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt .

Eine in dem Rohluftstutzen 12 schwenkbar angeordnete, exzentrisch gelagerte Steuerklappe 15 hat einen Schwenkhebel l6, an dem die Antriebsstange 17 eines pneumatischen Stellmotors 19 angreift. Der Stellmotor enthält eine Gummimembran 20 und eine einen Steuerdruckraum 21 durchsetztende Rückstellfeder 22. Er ist über die Steuerdruckleitung 23, 24 stromab der Hauptdrossel-

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klappe 6 des Vergasers 5 an den Ansaugkanal 2 der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen. Die Steuerklappe 15 ist durch den pneumatischen Stellmotor 19 gegen die Kraft der Rückstellfeder 22 aus ihrer einen, in Figur 1 ausgezogen gezeigten Endstellung, in der sie den Warmluftkanal 14 abschließt und gleichzeitig den Kaltluftkanal 13 öffnet, in ihre andere, gestrichelt dargestellte Endstellung schwenkbar, in der sie den Kaltluftkanal 13 abschließt und den Warmluftkanal 14 öffnet.

An die Steuerdruckleitung 23, 24 ist zwischen dem Stellmotor 19 und dem Ansaugkanal 2 ein im Reinluftraum 9 angeordnetes, am Filtergehäuseboden befestigtes Ventilgehäuse 25 angeschlossen, das ein als Thermostatventil ausgebildetes Belüftungsventil 30 und ein Rückschlagventil 50 enthält. Das im Spritzgußverfahren aus Kunststoff "hergestellte Ventilgehäuse 25 besteht aus einem oberen Gehäuseteil 26 und einem mit diesem am Rand abgedichtet verbundenen unteren Gehäuseteil 27. Es umschließt einen Raum 28, der über eine öffnung 29 mit dem Reinluftraum 9 des Ansaugluftfilters 7 in ständig offener Verbindung steht.

Die Gehäuseteile 26, 27 nehmen zwischen sich einen Metallrahmen 31 auf, aus dem eine einen Bimetallthermostaten 32 tragende Zunge 33 herausgebogen ist. Der Bimetallthermostat 32 wirkt auf ein als Kugel ausgebildetes Ventilglied 34. Unterhalb einer vorbestimmten Solltemperatur der Ansaugluft wird das Ventilglied 34 von dem Bimetallthermostaten 32 gegen einen als Ventilsitz 35 ausgestalteten Absatz einer Gewindemuffe 36 angedrückt, die eine Durchgangsbohrung 37 hat und in einen mit Gewinde versehenen Kragen 39 des Metallrahmens 31 eingeschraubt ist. Über die Durchgangsbohrung 37 hat der Raum 28 eine vom Ventilglied 34 über den Bimetallthermostaten 32 gesteuerte Verbindung zum Reinluftraum 9 des Ansaugluftfilters 7·

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Akte I796

Aus dem unteren Gehäuseteil 27 münden ein Anschlußstutzen 40, der über den Abschnitt 23 der Steuerdruckleitung mit dem pneumatischen Stellmotor 19 verbunden ist, und ein Anschlußstutzen 41, der über den Abschnitt 24 der Steuerdruckleitung mit dem Ansaugkanal 2 stromab der Hauptdrosselklappe 6 des Vergasers Verbindung hat. Die Einmündung des Anschlußstutzens 41 in den Raum 28 ist zu einem kalibrierten Drosselquerschnitt 42 verengt. Vom unteren Gehäuseteil 27 ragt in den Raum 28 ein Vorsprung 43, der gewährleistet, daß sich der Bimetallthermostat 32 nicht zu weit nach unten bewegt und das Ventilglied 34 nicht aus der Gewindemuffe 36 herausfallen kann.

Das Rückschlagventil 50 weist einen pilzförmig ausgestalteten Ventilkörper 51 auf, der aus einem Schaft 52 und einem einstückig mit ihm verbundenen Teller 53 besteht. Der Ventilsitz 54 ist als ebene Kreisringfläche ausgebildet und von vier federnden Haken 55 umgeben, die ein Montieren des Ventilkörpers 51 zulassen, jedoch ein ungewolltes Herausfallen verhindern. Der Schaft 52 des Ventilkörpers 51 erstreckt sich in die Ventilbohrung 56.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 weist der Ventilkörper eine achsgleich angeordnete Längsbohrung 57 auf, die im Bereich des Tellers 53 zu einer kalibrierten Kurzschlußbohrung 59 verengt ist. Der Strömungsquerschnitrt der Kurzschlußbohrung 59 beträgt 2 Prozent vom engsten Strömungsquerschnitt des voll geöffneten Rückschlagventils 50.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 hat der Teller 53 eine dem Ventilsitz 54 zugewandte Ringwulst 60. Eine Kurzschlußbohrung 6l durchquert den Teller 53 parallel zur Achse des Schaftes 52. Sie ist radial innerhalb der Ringwulst 60 und außerhalb des Schaftes 52 angeordnet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Strömungsquerschnitt der Kurzschlußbohrung 2 Prozent vom engsten Strömungsquerschnitt des voll geöffneten Rückschlagventils 50.

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Während des Betriebs der Brennkraftmaschine herrscht in dem Ansaugsystem ein Unterdruck, der im Ansaugkanal 2 am größten ist und zum Kaltluftkanal 13 hin abnimmt. Der große Unterdruck des Ansaugkanals 2 wird durch die Steuerdruckleitung 23, 24 in den Steuerdruckraum 21 des pneumatischen Stellmotors 19 unterhalb der Gummimembran 20 übertragen, wo er entsprechend den auf beiden Seiten der Membran herrschenden Unterdrücken und entsprechend der Membranfläche eine Kraft zum Verstellen der Steuerklappe 15 ausübt. Einen Einfluß auf die Druckverhältnisse in der Steuerdruckleitung 23, 24 hat außerdem diejenige Luft, die ständig durch die öffnung 29 in den vom Ventilgehäuse 25 umschlossenen Raum 28 eindringt und den Bimetallthermostaten 32 umspült. Dieser Anteil, der unter Umgehung des Vergasers 5 in den Ansaugkanal 2 strömt, ist verhältnismäßig gering und dient lediglich dazu, den Bimetallthermostaten ausreichend mit der Mischluft in Kontakt zu bringen. Eine größere Wirkung übt dagegen die Luft aus, die durch die Durchgangsbohrung 37 in den Raum 28 gelangen kann, wenn der Bimetallthermostat 32 sich oberhalb einer vorbestimmten Solltemperatur nach unten weggebogen und das Ventilglied 34 den Ventilsitz 35 freigegeben hat.

Einen Einfluß auf die Druckverhältnisse in dem Abschnitt 23 der Steuerdruckleitung und somit auf die Stellung der Steuerklappe 15 übt außerdem das Rückschlagventil 50 aus, indem es Luftströmungen in der Steuerdruckleitung 23, 24 vom Belüftungs- ! ventil 30 zum Stellmotor 19 sehr stark drosselt. Nur allmählich mit einer durch den Strömungsquerschnitt der kalibrierten Kurzschlußbohrung 59 bzw. 6l bestimmten Verzögerung kann der in dem Steuerdruckraum 21 des Stellmotors 19 vorhandene Unterdruck durch Zuströmen von Luft abgebaut und der Warmluftkanal 14 durch die Steuerklappe 15 verschlossen werden. Bei umgekehrter Strömungsrichtung, also bei Luftströmungen vom Stellmotor 19 zum Belüftungsventil 30, ist das Rückschlagventil 50 geöffnet und bildet nur einen unbedeutenden Strömungswiderstand.

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Wird die kalte Brennkraftmaschine 1 in Betrieb genommen, so drückt der Bimetallthermostat 32 des Belüftungsventils 30 das Ventilglied 34 gegen den Ventilsitz 35 und verschließt die Durchgangsbohrung 37 in der Gewindebuchse 36, die den Reinluftraum 9 des Ansaugluftfilters 7 mit dem Raum 28 innerhalb des Ventilgehäuses 25 verbindet. Bei geschlossener Hauptdrosselklappe 6 des Vergasers 5, beispielsweise im Leerlaufbetrieb, ist der Unterdruck im Ansaugkanal 2 groß. Der nun im Stellmotor 19 unterhalb der Membran 20 auftretende große Unterdruck vermag die Steuerklappe 15 gegen die Kraft der Rückstellfeder 22 in ihre in Figur 1 gestrichelt gezeichnete Stellung zu schwenken, bei der sie den Kaltluftkanal 13 verschließt und den Warmluftkanal 14 geöffnet hat.

Wird nun die Vergaserdrosselklappe 6 geöffnet, so verringert sich der Unterdruck in dem Ansaugkanal 2. Zum Ausgleich des höheren Unterdrucks in dem Abschnitt 24 der Steuerdruckleitung strömt Luft vom Ansaugkanal 2 in diesen Steuerdruckleitungsabschnitt ein. Der Steuerdruckleitungsabschnitt 23 bleibt durch das Rückschlagventil 50 gegen einen schnellen Luft- bzw. Druckausgleich verschlossen. Ein solcher Druckausgleich kann erst mit erheblicher Verzögerung durch die enge Kurzschlußbohrung 59 bzw. 6l erfolgen. Somit schwenkt die Steuerklappe 15 nur langsam von der in Figur 1 gestrichelt gezeichneten Lage, bei der sie nur die Zufuhr von Warmluft durch den Warmluftansaugkanal 14 zuläßt, in die in Figur 1 ausgezogen gezeigte Lage, bei der sie den Warmluftkanal 14 geschlossen hat und nur die Zufuhr von Kaltluft durch den Kaltluftansaugkanal 13 zuläßt. Die gleiche Funktion des Rückschlagventils 50 ergibt sich bei warmer Brennkraftmaschine. In jedem Fall wird das abrupte Zuführen von Kaltluft bei Wechsel von Teillastbetrieb bei nur teilweise geöffneter Hauptdrosselklappe 6 des Vergasers 5 auf Vollastbetrieb bei vollständig geöffneter Hauptdrosselklappe vermieden. Desgleichen kann nicht eintreten, daß die Brennkraftmaschine 1 beim übergang von Teillast auf Vollast durch

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Akte 1796

Schließen des Rückschlagventils, 50 über längere Zeit nur Warmluft erhält. Denn die Kurzschlußbohrung 59 bzw. 6l sorgt für allmählichen Druckausgleich zwischen den Steuerdruckleitungsabschnitten 23 und 24, so daß der Unterdruck in dem Steuerdruckraum 21 des Stellmotors 19 nach einigen Sekunden genügend weit abgesunken ist und von der Rückstellfeder zum Verschließen des Warmluftansaugkanals 14 durch die Steuerklappe 15 überwunden werden kann. Die Brennkraftmaschine kommt nun durch Ansaugung nur von Kaltluft zu ihrem höchsten Füllungsgrad und damit zu ihrer besten Leistung.

In bekannter Weise beeinflußt das Belüftungsventil 30 abhängig von der Temperatur der Luft im Reinluftraum 9 des Ansaugluftfilters 7 den Druck in den Steuerleitungen, überschreitet die Temperatur der Luft, die durch den Warmluftkanal 14 in den Rohluftstutzen 12 eintritt und nach Durchqueren des Filtereinsatzes 10 in den Reinluftraum 9 und von dort teilweise durch die Öffnung 29 in den Raum 28 gelangt, einen vorbestimmten Wert, so beginnt sich der Bimetallthermostat 32 nach unten zu krümmen. Das Ventilglied 34 hebt sich von dem Ventilsitz 35 ab, und es kann zusätzlich Reinluft in die Steuerdruckleitung 23, 24 eindringen und dort den Unterdruck abbauen. Die Steuerklappe 15 schwenkt nun von ihrer den Kaltluftkanal 13 verschließenden Endstellung so weit weg, bis die Mischluft die Temperatur hat, bei der sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der Kraft der Rückstellfeder 22 einerseits und den an der Membran 20 des Stellmotors 19 sowie an der Steuerklappe 15 auftretenden Kräften andererseits einstellt.

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Claims

12. Mai 1978

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Ansprüche

Rückschlagventil zur Steuerung des Unterdrücke in einem pneumatischen Stellmotor für den Antrieb einer im Rohluftstutzen eines Ansaugluftfilters angeordneten Steuerklappe, die die Temperatur der Ansaugluft einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine regelt und in einer Endlage, über eine einen Steuerraum durchsetzende Rückstellfeder im Stellmotor bewegt, einen Warmluftkanal bei Unterschreiten eines Sollunterdruckes absehließt und gleichzeitig einen Kaltluftkanal aufsteuert, wobei der Steuerraum des Stellmotors über eine Steuerleitung mit dem stromab einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe liegenden Abschnitt des Ansaugkanals verbunden ist und in der Steuerleitung, ausgehend vom Stellmotor, der Reihe nach das Rückschlagventil, das einen bei Luftströmungen zum Stellmotor am Ventilsitz anliegenden Ventilkörper aufweist, ein Belüftungsventil mit von einem Bimetall betätigten Ventilglied, das, bei Erreichen der Solltemperatur in Offenstellung bewegt, eine Verbindung zum Reinluftraum des Ansaugluftfilters aufsteuert, sowie ein kalibrierter Drosselquerschnitt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (51) des Rückschlagventxls (50) mit einer kalibrierten Kurzschlußbohrung (59; 61) versehen ist, die die Räume stromauf und stromab des Ventilkörpers (51) miteinander verbindet.

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2. Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Kurzschlußbohrung (59; 61) 0,2 bis 15 Prozent, vorzugsweise 1,5 bis 3 Prozent vom engsten Strömungsquerschnitt des voll geöffneten Rückschlagventils (50) beträgt.

3. Rückschlagventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (51) pilzförmig mit einem Schaft (52) und einem Teller (53) ausgebildet ist, der an einer Stirnseite eine Ringwulst (60) für die Anlage am Ventilsitz (5¹O und radial innerhalb der Ringwulst (60) und außerhalb des Schaftes (52) die Kurzschlußbohrung (6l) aufweist.

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