-
Vorrichtung zur ständigen Anzeige des Mischungsverhältnisses von Luft
und Brennstoff bei Brennkraftmaschinen Die vorliegende Neuerung bezweckt, eine laufende
Überwachung und Erleichterung der Messung des Verhältnisses Luft zu Kraftstoff insbesondere
bei Prüfstandsmotoren zu ermöglichen. Während es bisher notwendig ist, den Kraftstoffverbrauch
mit Hilfe eines Meßglases, den Luftverbrauch mit einer Luftuhr innerhalb eines gewissen
Zeitraumes festzustellen und in umständlicher Rechenarbeit den Quotienten daraus
zu bilden, soll diese Arbeit nun selbsttätig durch eine Vorrichtung ausgeführt werden.
Es sind zwar schon Meßvorrichtungen für die Luftüberschußzahl bekannt, Welche auf
der Analyse der Verbrennungsgase beruhen, diese haben jedoch den Nachteil, daß sie
etwa 30 Sekunden zur Einstellung benötigen, und daß sie ferner im mageren Gebiet,
das gerade für sparsamen Verbrauch sehr wichtig ist, nicht mehr eindeutig anzeigen.
Infolge der langen Einstelldawer dieser Gerste ist es dem Versuchsingenieur nicht
möglich, die Vergaser düse bzw. die Drossel usw. mit Gefühl zu bedienen, er muß
vielmehr nach jeder Anderung erst eine halbe Minute abwarten, bis das Anzeigerät
nachkommt. Auf diese Weise verlängert sich die fiir eine genaue Gemischeinstellung
benötigte Zeit unter Umständen auf 15 Minuten. Es liegt infolgedessen das Bedürfnis
nach einem schnell anzeigenden Luftüblerschußmeßgerät vor, wobei eine selbsttätige
Umwertung der grundlegenden Konstanten, wie des spezifischen Gewichtes des Kraftstoffes,
Barometerstandes und der Ansaugtemperatur, gar nicht notwendig ist, da diese Korrekturen
einmal für jeden Tag festgelegt und dann in einem einzigen Umrechnungsfaktor berücksichtigt
werden können.
-
Der Gegenstand der Erfindung bleruht darauf, daß der Luft- und der
Brennstoffverbrauch durch die Umdrehungszahl je eines Durchflußmessers dargestellt
und das Verhältnis der beiden Drehzahlen in einem an sich bekannten Kegelreibradgetriebe
angezeigt wird, indem die Wellen mit diesen Drehzahlen auf ein Kegelrad bzw. auf
ein mittels einer Schraube geführtes Reibrollenrad zusammenwirken, dessen Stellung
das Mischungsverhältnis angibt. Nähere Ausfuhrungen und Einzeilheiten zeigen die
Abb. 1 und 2. Wie es in der Abb. I veranschaulicht wird, wird der Luftverbrauch
durch eine Luftuhr a gemessen, welche als Scheibenmesser, Verdrängungsmesser oder
in einer
sonstigen Weise ausgebildet sein kann. Entsprechend wird
der Kraftstoffverbrauch mit dem Taumelscheibenmesser o. dgl. b überwacht; die Umdrehungen
dieser beiden Meßgeräte werden zweckmäßigerweise über biegsame Wellen c und d auf
die Schraubenspindel e und das Kegelreibrad f übertragen, auf dem das Reibrädchen
g abrollt.
-
Aus der Darstellung geht ohne weiteres hervor, daß bei Einhaltung
der ieingezeichneten Drehrichtungen das Reibrädchen g durch die Schraubenspindel
e so lange verschoben wird, bis es relativ zu der Schraubenspindel in Ruhe bleibt.
Dann ergibt das jeweilige Durchmesserverhältnis von Kegelrad f zu Reibrad g den
Quotienten der beiden Umdrehungszahlen und damit einen der Luftüberschußzahl proportionalen
Wert. durch den Zeiger k und die Skala i, welche unmittelbar in Luftüberschußzahlen
geeicht sein kann, wird die Ablesung der Stellung des Reibrädchens lerleichtert.
Es kann auch unmittelbar hinter od'-r vor dem Reibrad g eine Skala angebracht sein.
Sollen die obenerwähnten Konstanten, wie Barometerstan d, Lufttemperatur, spezifisches
Gewicht des Kraftstofies, noch berücksichtigt werden, so können entweder auswechselbare
Skalenblätter i vorgesehen werden, oder !es können beispielsweise in die biegsamen
Wellen c und d noch Getriebe mit stetig veränderlicher Übersetzung (I(egFelreibradgetriebe
o. dgl.) eingeschaltet werden an deren Vorstellungsglied die entsprechenden Werte
für diese Konstanten vermerkt sind. In diesem Falle wird der Wert der Luftübersehußzahl
i jederzeit absolut richtig angezeigt.
-
Da die Kraftstoffverbrauchszahlen besonders bei Prüfstandseinzylindermotoren
oft sehr gering sind, wird im allgemeinen die Energie des Durchflußmessers b nur
Drehung der Schraubenspindel e nicht ausreichen. Für diesen Fall ist ein Elektromotor
M als Antrieb vorgesehen, der so gesteuert wird, daß der Druck vor dem Vergaser
oder vor der Einspritzpumpe immer konstant bleibt.
-
Die Druckmessung erfolgt beispielsweise durch eine Quecksilbersäule
k, welche auf der einen Seite von Kraftstoff, auf der anderen Seite von Luft bespült
ist. Der Schaltkontakt I ist auf der Luftseite in das Glasrohr eingeschmolzen, damit
Explosionen durch Funken auf keinen Fall entstehen können.
-
Der Kraftstoff, der dem Vorratsgefäßm 111- entnommen wird, fließt
zunächst in den nun als Pumpe wirkenden Scheibenmesser b und verzweigt sich dann
im Punkte n einerseits zum Vergaser, andererseits zu dem Quecksilbermanometer k.
Über dem mit Luft gefüllten Schenkel des Manometers ist ein Hahn o angebracht, welcher
eine beliebige Druckhöhe einzustellen gestattet, die dann durch Motor und Pumpe
genau konstant gehalten wird. Diese Regulierung kann durch Einblasen oder Aussaugen
von Luft oder einem inerten Gas und nachträgliches Schließen des Hahnes o erfolgen.
Für Flugbetrieb ist das Quecksilbermanometer durch ein lageunabhängiges Aneroid-
oder Membranmanometer zu ersetzen, welches ebenfalls einen Kontakt betätigen kann,
das aber keinc so hohe Empfindlichkeit aufweist.
-
Die elektrische Schaltung geht aus der Abbildung hervor: Der Motor
Al wird, um ein hohes Anzugmoment zu erreichen. vorzugsweise als Hauptstrommotor
geschaltet.
-
Beim Schließen des Kontaktes I wird die am SIotor liegende Spannung
zu Null, d. h. der Motor wird kurzgeschlossen. arbeitet nun als Dynamo und wirkt
wie eine Bremse.
-
Damit in diesem Falle die Stromquelle nicht kurzgeschlossen wird,
ist ein Widerstand R vorgesehen. welcher veränderlich ist, da mit die Regelgeschwindigkeit
den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt und Pendelungen vermieden werden. Dieselbe
Vorrichtung kann im Bedarfsfalle auch für die Luftuhr verwendet lverden.
-
In den Fällen, wo eine Förderpumpe das Benzoin vom Tank zum Vergaser
drückt oder wo eine Einspritzpumpe vorhanden ist. können diese Pumpen an Steile
des Scheibenzählers b verwendet werden, soweit ihre Fördermenge eindeutig durch
Umdrehungszahl und Regel -stange gegeben ist. Bei Einspritzpumpen kann dabei die
Regel stange unmittelbar auf ein veränderliches Zwischengetriebe wirken, so daß
die Schraubenspindel @ eine Drehzahl erhält, welche proportional dem Kraftstoffverbrauch
ist.
-
Um die verschiedenen veränderlichen Getriebe im Zuge der biegsamen
Wellen c und d zu vereinfachen, die die einzelnen obenerwähnten einstellbaren Konstanten
so wie unter Umständen die Regelstange der Einspritzpumpe berücksichtigen sollen,
läßt sich auch eine nachträgliche selbsttätige Korrektur des Meßwertes anbringen,
welche in Abb. 2 dargestellt und nachfolgend beschrieben ist: Das Reibrädchen /n)
erhält eine Nabe r mit einer Eindrehung, in welche der geschlitzte Hebel s eingreift.
Dieser ist um den Zapfen t drehbar, der seinerseits längs der Linie u, u verschiebbar
ist. Normalerweise ist der Zapfen t in Ruhe, so daß bei einer bestimmten Anzeige
das Ende des Hebeis s' längs der Geradführung v Ausschläge beschreibt, welche die
gewünschte Luftüberschußzahl darstellen. Soll nun dieser ;W-Wert mit einem konstanten
Faktor multipliziert werden, so braucht nur der Zapfen t längs der Linie ci, u verschoben
zu werden, wodurch
sich die Anzeige in genau proportionalem Verhältnis
ändert, wenn diese Linie II, t£ durch den Nullpunkt der ursprünglichten A-Skala
hindurchgeht. Im Falle einer Einspritzpumpe braucht also nur die Regelstange unter
Umständen über eine Kurvenscheibe o. dgl. mit dem Zapfen t verbunden zu werden,
so daß ohne Umrechnung ein richtiger i-Wert angezeigt wird. Dieselbe selbsttätige
Multiplikation läßt sich auch noch mit einem zweiten Faktor ausführen, indem das
Verfahren wiederholt wird: Auf der Geradführung v ist ein beweglicher Knotenpunkt
x. in weichen ein zweiter geschlitzter H,ebel s' eingreift, der wiederum um einen
Zapfen t' drehbar ist. Der Zapfen t' wird durch eine weitere Veränderliche, z. B.
den Luftansaugdruck auf der Linie u', u', verschoben, die ebenfalls durch den jeweiligen
Nullpunkt laufen muß. Am Ende des Heheis s' sitzt der Zeiger y, der dann den zweifach
korrigierten A-Wtert anzeigt. Durch weü tere Übereinandersetzung ähnlicher Hebelsysteme
können noch andere konstante Faktoren, wie z. B. spezifisches Gewicht des Kraftstoffes
und Lufttemperatur, berücksichtigt werden, so daß die obenerwähnten veränderlichen
Getriebe wegfallen.
-
Die angezeigte Luftüberschußzahl kann mit bekannten Mitteln nach
anderen Räumen elektrisch fernübertragen werden, soweit man es nicht vorzieht, die
biegsamen Wellen c und d durch elektrische Synchronwerke (z. B. Selsyn-System) zu
ersetzen und heim Empfänger das Reibradgetriebe aufzustellen.
-
Bei Verbllennungsmotoren hat es sich als besonders nützlich erwiesen,
wichtigere Meßwerte über der Zeit laufend aufzuzeichnen, damit nach einem Versuch
die Einstellung für jeden Zeitpunkt nachkontrollierbar ist, und auch ein Bild über
die Größe der Schwankungen gewonnen werden kann. Da das Reibrädchen g ziemliche
Kräfte entwickelt, kann es unmittelbar zur Betätigung eines Punktschreiblers herangezogen
werden: Ein Papierband p, welches durch ein Uhrwerk abgewickelt wird, läuft über
eine Walze q, die an einem Schwenkarm befestigt ist. Dieser Schwenkarm drückt in
bestimmten Zeitabständen die Walze und damit das Papier gegen das Reibrädchen g,
wobei ein zwischengelegtes Farbband einen Punkt auf dem Papierband abdrückt oder
das Reibrädchen so ausgebildet ist, daß les selbst die Farbpunkte oder Striche auf
das Papier zeichnet.