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Die Erfindung betrifft einen Drucklufterzeuger für
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Brennkraftmaschinen.
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Zum Erzeugen von Druckluft sind Luftpumpen, Verdichter und Gebläse
mit mechanischem oder elektrischem Antrieb bekannt. Ferner sind im Zusammenhang
mit Brennkraftmaschinen, insbesondere mit Dieselmaschinen, mechanische Vakuumpumpen
sowie elektrische Verdichter für eine Gemischaufbereitung bekannt. Diese Vorrichtungen
eignen sich beispielsweise aus Kostengründen und wegen der erforderlichen zusätzlichen
Energiequellen nicht zur Drucklufterzeugung für verschiedene kraftfahrzeugtechnische
Anwendungen, wie zum Erzeugen von Zerstäuberdruckluft für Festlufttrichter-Vergaser
und Gleichdruckvergaser, von Arbeitsdruckluft für Scheibenwaschanlagen, von pneumatischem
Steuerdruck für Steuerfunktionen uodgl..
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für Brennkraftmaschinen
geeigneten, einfachen und wirtschaftlichen Drucklufterzeuger zu schaffen, der ohne
Einsatz zusätzlich vorzusehender Energiequellen arbeitet.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß
erreicht durch eine von einem hin-und herbewegbaren zwischen zwei Federelementen
elastisch gehaltenen Kolben in eine Antriebskammer und eine Arbeitskammer unterteilte,
mit ihrer Antriebskammer an ein Druckschwankungen unterworfenes Brennkraftmaschinen-Saugrohr
strömungsmäßig anzuschließende Zylinderanordnung, deren Arbeitskammer über ein Rückschlagsaugventil
mit der freien Atmosphäre und über ein Rückschlagdruckventil mit zumindest einem
Druckluftverbraucher zu verbinden ist. Ein derartiger Drucklufterzeuger arbeitet
ausschließlich unter
Ausnutzung der beim Motorbetrieb ohnehin im
Saugrohr auftretenden Druckschwankungen. Zusätzliche elektrische oder mechanische
Antriebe können somit entfallen. Die Einrichtung hat einen sehr einfachen sowie
raumsparenden Aufbau und kann als kostengünstiges Zusatzglied eine wirksame Druckluftquelle
für verschiedene Einsatzzwecke sein. Die Federelemente halten den Kolben in einer
dem mittleren Unterdruck im Saugrohr entsprechenden Stellung, von der aus der Kolben
den Druckschwankungen entsprechende Bewegungen ausführt, um atmosphärische Luft,
insbesondere von der Reinluftseite des Luftfilters, anzusaugen und an einen oder
mehrere Druckluftverbraucher bzw. -speicher abzuführen0 Die erfindungsgemäße Einrichtung
ist somit bei großer Einfachheit ein äußerst wirksames Mittel zum kostenginstigen
Erzeugen von Druckluft ohne zusätzlich vorzusehende Energiequellen.
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Vorzugsweise ist das Rückschlagdruckventil über einen puffernden Druckluftbehälter
mit dem Druckluftverbraucher zu verbinden. Der Druckluftbehältedsorgt dafür, daß
die im Takt der Druckschwankungen auftretenden Pulsierungsvorgänge geglättet werden
und ein im wesentlichen gleichförmiger Überdruck von beispielsweise etwa 0,1 bar
zur Verfügung steht. Grundsätzlich könnte jedoch auch ohne einen derartigen Druckluftbehälter
gearbeitet werden.
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Wenn die erzeugte Druckluft beispielsweise als Zerstäuberdruckluft
benutzt wird, kann der puffernde Druckluftbehälter insbesondere dann entfallen,
wenn der Kraftstoff im Takt der Ansaugvorgänge zugeteilt wird. Bei einer kontinuierlichen
Zugabe ist es günstiger, mit einem gleichbleibenden Überdruck zu arbeiten, also
in Verbindung mit einem puffernden Druckluftbehälter.
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Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dann, wenn der Kolben
als Membrankolben ausgebildet ist. In diesem Falle entstehen keine Dichtigkeitsprobleme,
wie sie bei einem normal gestalteten Kolben auftreten können.
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Außerdem kann ein Membrankolben besonders trägheitsarm ausgelegt werden,
was den schnellen Wechselbewegungen im Takt der Druckschwankungen förderlich ist.
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Vorzugsweise sind die Federelemente als Schraubendruckfedern ausgebildet,
und es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Federkonstante des in der Antriebskammer
befindlichen ersten Federelements größer als diejenige des in der Arbeitskammer
befindlichen zweiten Federelements ist. Außerdem ist die Ausbildung dergestalt,
daß der Kolben im unterdruckfreien und im gesamten Unterdruck- sowie Druckschwankungsbereich
von den Federelementen innerhalb seiner Bewegungsgrenzen gehalten ist. Dadurch ist
es möglich, daß in4gesam-ten Arbeitsdruckbereich innerhalb des Saugrohrs eine Druckumwandlung
durchgeführt werden kann. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß bei
Vollast und bei Beschleunigung des Motors im Saugrohr ein erheblicher Druckanstieg
erfolgt, der bezüglich der Druckspitzen auch in das Überdruckgebiet reicht. Beispielsweise
treten bei Beschleunigung Druckspitzen von 0,5 bar Überdruck auf, während im Druckluftbehälter
ein stationärer Überdruck von beispielsweise etwa 0,1 bar vorliegt, Während das
Federelement in der Antriebskammer dafür sorgt, daß ausgangsseitig den Atmosphärendruck
übersteigende Überdrucke erzeugt werden können, verhindert das Federelement in der
Arbeitskammer ein Anschlagen des Membrankolbens in Vollastnähe, so daß auch in diesem
Arbeitsbereich noch eine Druckumsetzung möglich ist.
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Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform ist die Antriebskammer
von einem ersten Zylinderteil begrenzt, das stirnseitig mit dem Saugrohr zu verbinden
oder zusammenhängend ausgebildet ist und einen Durchbruch in der Saugrohrwandung
umgibt, und ist ein die Arbeitskammer begrenzendes zweites Zylinderteil unter umfangsmäßiger
Festlegung des Membrankolbens mit dem ersten Zylinderteil abdichtend zu verbinden
und weist in seinem Stirnbereich die Rückschlagsaug- und -druckventile auf. Dabei
kann das erste Federelement in der Antriebskammer radial außerhalb des Durchbruchs
und das zweite Federelement in in Antriebskammer radial außerhalb des Durchbruchs
und das zweite Federelement in der Arbeitskammer radial innerhalb der Rückschlagsaug-
und -druckventile angeordnet sein.
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Hierdurch ergibt sich ein raumsparender, übersichtlicher und leicht
zugänglicher sowie einfach zu wartender Aufbau.
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Um eine einwandfreie Führung des arbeitenden Kolbens zu gewährleisten,
ist es vorteilhaft, daß ein von dem zweiten Federelement in der Arbeitskammer umgebener
Führungsbolzen am zweiten Zylinderteil mittig festgelegt ist und mit seinem freien
Ende in eine zentrale Führungsbohrung im Kolbenglied eingreift. Dadurch wird gewährleistet,
daß sich der Membrankolben bei den schnellen Pulsationsvorgängen in der Zylinderanordnung
nicht schrägstellen kann. Vielmehr sorgt die Zwangsführung des Membrankolbens für
einwandfreie, gleichförmige Bewegungsvorgänge.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Eine insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Zylinderanordnung
enthält
eine Antriebskammer 2 und eine Arbeitskammer 3 mit einem dazwischen befindlichen,
hin- und herbewegbaren Kolben 4. Die Antriebskammer 2 ist stirnseitig über einen
relativ großen Durchbruch 5 mit einem Saugrohr 6 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine
verbunden. Demgegenüber ist die Arbeitskammer 7 stirnseitig über ein Rückschlagsaugventil
7 mit der freien Atmosphäre, beispielsweise mit der Reinluftseite eines ebenfalls
nicht dargestellten Luftfilters, und über ein Rückschlagdruckven til 8 mit einem
Druckluftbehälter 9 verbunden. Dieser besitzt ausgangsseitig einen Druckluftanschluß
10, der im Bedarfsfall mit einem oder mehreren Druckluftverbrauchern verbunden werden
kann, wie mit einer Scheibenwaschanlage, mit pneumatischen Steuergliedern, mit Anreicherungselementen,
mit Zerstäuberdruckluftkanälen u. dgl..
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Der Kolben 4, der im vorliegenden Fall als Membrankolben ausgebildet
ist, ist zwischen einer in der Antriebskammer 2 befindlichen ersten Druckfeder 11
und zwischen einer in der Arbeitskammer 3 befindlichen zweiten Druckfeder 12, die
schwächer als die erste Druckfeder 11 ist, elastisch federnd eingespannt. Beide
Druckfedern sind als Schraubendruckfedern ausgebildet. Die erste Druckfeder 11 hat
einen relativ großen Durchmesser und umgibt den Durchbruch 5, wobei sie sich einerseits
am Kolbenglied 4 und andererseits an der Wandung des Saugrohrs 6 abstützt.
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Die zweite Druckfeder 12 hat einen kleineren Durchmesser und stützt
sich einerseits im mittleren Bereich des Kolbengliedes 4 und andererseits am Stirnbereich
der Arbeitskammer 3 zwischen den Rückschlagsaug- und -druckventilen 7, 8 ab.
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Die Zylinderanordnung 1 besteht aus einem ersten Zylinderteil 13,
das mit dem Saugrohr 6 verbunden oder gemäß der Darstellung hiermit zusammenhängend
ausgebildet ist, und einem zweiten Zylinderteil 14, das im Bereich einer Trennstelle
15 abdichtend mit dem ersten Zylinderteil 13 zu verbinden ist. Die Verbindungsmittel
sind nicht näher dargestellt. An der Trennstelle 15 wird zwischen den Zylinderteilen
13, 14 der äußere Rand einer Membran 16 eingespannt, die innerhalb der Zylinderanordnung
1 mittels eines Membranhalters 18 mit einem zentralen Membrankolbenteil 17 verbunden
ist. Vom äußeren Rand dieses zentralen Membrankolbenteils 17 erstreckt sich eine
Hülse 19 in die Antriebskammer 2. Die Hülse 19 umgibt die erste Druckfeder 11 und
sorgt einerseits für deren Lagerstabilisierung sowie andererseits für eine rückwärtige
Bewegungsbegrenzung des Membrankolbens. An der zur Arbeitskammer 3 weisenden Seite
des zentralen Membrankolbenteils 17 hat dieses eine ringförmige Vertiefung 20, die
zur Aufnahme und Abstützung der zweiten Druckfeder 12 dient.
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Schließlich weist das zentrale Membrankolbenteil 17 eine zur Arbeitskammer
3 geöffnete längere Führungsbohrung 21 auf, in die ein am zweiten Zylinderteil 14
befestigter mittiger Führungsbolzen 22 je nach Stellung des Kolbengliedes 4 mehr
oder weniger weit eingreift. Hierdurch ergibt sich eine einwandfreie Bewegungsführung
des Kolbengliedes 4.
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Das zweite Zylinderteil 14 ist im vorliegenden Fall als eine Art Deckel
der Zylinderanordnung 1 ausgebildet. Es besitzt ferner einen zu dem Rückschlagsaugventil
7 führenden Luftansaugstutzen 23, der über eine Luftansaugleitung 24 mit der Reinluftseite
eines nicht dargestellten Luftfilters verbunden ist. Außerdem besitzt das zweite
Zylinderteil
14 einen zu dem Rückschlagdruckventil 8 führenden
Druckluftstutzen 25, der über eine Druckluft leitung 26 mit dem Druckluftbehälter
9 verbunden ist0 Das Rückscblagsaugventil 7 und das Rückschlagdruckventil 8 sind
lediglich beispielhaft in Form von Platten dargestellt, die mittels entsprechender
Druckfedern gegen Ventilsitze gedrückt werden. Diese Rückschlagventile werden jedoch
zweckmäßigerweise in Form von Blattfeder-Elementen ausgebildet, die keine gesonderten
Druckfedern aufweisen.
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Der Kolben 4 wird in der Ruhestellung durch die Kraft der ersten Druckfeder
11 gegen die Kraft der schwächeren zweiten Druckfeder 12 unter weitgehender Verkleinerung
der Arbeitskammer 3 bewegt. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Kolben
4 entsprechend dem im Saugrohr 3 herrschenden Unterdruck gegen die Kraft der ersten
Druckfeder 11 zurückbewegt. Die im Saugrohr 6 beim Motorbetrieb auftretenden Druckschwankungen
führen zu ständigen Hin-und Herbewegungen des Kolbens 4, dessen Position von den
jeweils auftretenden Kräften bestimmt wird. Die Bewegungen des Kolbens 4 führen
in der Arbeitskammer 3 ebenfalls zu Druckschwankungen, deren negative Wellen zum
Ansaugen von Luft über das Rückschlagsaugventil 7 benutzt werden. Die positiven
Wellen der Druckschwankungen führen, wenn sie den im Druckluftbehälter 9 herrschenden
Druck übersteigen, zu einer Förderung von Druckluft über das Rückschlagdruckventil
8 in den Druckluftbehälter 9. Durch die Pufferwirkung stellt sich in diesem ein
etwa stationärer Überdruck ein.
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