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Luft- und BrennstoffregelvoYrichtung für Einspritzbrennkraftmaschinen
Es sind Luft- und Brennstoftregelvorrichtungen fürEinspritzbrennkraftmaschinen,
insbesondere für Fahrzeugmotoren, bekannt, bei denen zur unmittelbaren Regelung
der Luftzufuhr eine Drossel in der Lufteinsaugleitung vorgesehen ist und zur mittelbaren
Regelung der je Zündung einzuspritzenden Brennstoffmenge ein Kolben dient, der von
dem in der Luftansaugleitung hinter der Drossel herrschenden Druck in Verbindung
mit dem Atmosphärendruck unter Überwindung einer Gegenkraft verstellt wird und der
auf eine Regelvorrichtung für die Veränderung des Einspritzhubes der Brennstoffpumpe
einwirkt. Bei einer bekannten Einrichtung erfolgt diese Einwirkung in. der Weise,
daß der mit einer Feder belastete Kolben über ein Hebelpaar den Schwenkpunkt des
Pumpenverstellhebels verschiebt und damit den Pumpenhub verändert, wobei das Verbindungsgelenk
des Hebelpaares in einer Kurvenbahn zwangsläufig geführt wird. Die Kurvenbahn ist
einstellbar, so daß sich verschiedene Regelkurven für das Brennstoffluftverhältnis
in Beziehung zum Unterdruck in der Saugleitung erzielen lassen. Diese Regelkurven
sollen im wesentlichen so verlaufen, daß sich mit zunehmendem Unterdruck, also mit
zunehmender Maschinenbelastung, eine Vergrößerung der Luftmenge im Brennstoffluftgemisch4pro
Einspritzhub der Brennstoffpumpe einstellt. Abweichend hiervon soll aber auch eine
Regelkurve erzielt werden, bei der sich die Luftmenge zunächst ganz allmählich steigert,
bis sie beim Überschreiten einer bestimmten Maschinenbelastung ebenso allmählich
wieder abnimmt, so daß sich im Gebiete höherer Belastung und höherer Luftdrücke
in der Saugleitung eine stärkere Zunahme der Brennstoffzufuhr bei einer bestimmten
Zunahme des Luftdruckes ergibt als im Gebiete geringerer Belastung und geringerer
Luftdrücke. Zur Dämpfung der Regelbewegungen des Kolbens dient ein Flüssigkeitszylinder,
der zwischen Kolben und Gegenfeder geschaltet ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Luft-und Brennstoffregelvorrichtung,
bei der in Übereinstimmung mit der bekannten Einrichtung der in Abhängigkeit vom
Unterdruck in der Saugleitung arbeitende Reglerkolben die Regelvorrichtung für die
Veränderung des Einspritzhubes der Einspritzpumpe in dem Sinne steuert, daß sich
im Gebiete höherer Belastung und höherer Luftdrücke in der- Saugleitung eine stärkere
Zunahme der Brennstoffzufuhr bei einer bestimmten Zunahme des Luftdruckes ergibt
als im Gebiete geringerer Belastung und geringerer Luftdrücke.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Gegenkraft durch zwei Federn
stark unterschiedlicher Steifigkeit gebildet wird, die nacheinander so zur Wirkung
kommen, daß
bei oder unterhalb der halben Maschinenleistung die
steifere Feder den Regelvorgang beherrscht. Die bei Reglern anderer Art bekannte
Anordnung zweier Federn stark unterschiedlicher Steifigkeit läßt für den erfindungsgemäßen
Regler eine Regelkurve erzielen, die sich gegenüber dem geschilderten bekannten
Regelverlauf durch zwei gerade Äste und einen scharfen-Knick kennzeichnet. Hierdurch
ergibt sich bei höherer Empfindlichkeit des Reglers eine große Stabilität des Regelvorganges,
insbesondere im unteren Belastungsbereich, ohne daß es dazu zusätzlicher Mittel
bedarf, wie sie bei der bekannten Regelvorrichtung in Gestalt einer Flüssigkeitsbremse
vorgesehen -sind.
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An Stelle der angegebenen zwei Federn. stark unterschiedlicher Steifigkeit
können natürlich auch deren mehrere verwendet werden. Bedingung ist nur, daß die
Regelkurve zwei steile Äste mit einem kurzen Umkehrstück aufweist, und daß zwischen
den die Äste beherrschenden Federn ein großer Unterschied in der Steifigkeit vorhanden
ist.
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Die Erfindung genügt vor allen Dingen auch den Anforderungen, die
an eine Regelvorrichtung für die Einspritzpumpe solcher Brennkraftmaschinen gestellt
werden müssen, welche mit niedriger Verdichtung, Fremdzündung und Beimischung des
Brennstoffes zu einer zusammenhängenden Teilmenge der Luftladung (Teilmengenmischung)
arbeitet. Solche Brennkraftmaschinen verlangen bei Teillasten von ungefähr der halben
Last oder etwas darüber bis zum Leerlauf mit zunehmender Drosselung der Luftzufuhr
verhältnismäßig kleine Änderungen in der Einspritzmenge, im Gebiet höherer Belastung
bei praktisch ungedrosselter Luftzufuhr jedoch verhältnismäßig große Änderungen
der Einspritzmenge für geringe Druckänderungen in der Lufteinsaugleitung. Bei einer
solchen Regelung ist rauchfreie Verbrennung der Brennstoffladungen auch bei Teillast
und der niedrigste Brennstoffverbrauch bei stabilem Motorgang gewährleistet.
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Die Übertragung der Kolbenbewegung auf die Einspritzmengenregelvorrichtung
kann entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Profilstückes oder
mehrerer Profilstücke geschehen, die u. U. nach Bedarf, z. B. durch Verdrehung um
die Achse des Kolbens, eingestellt werden können. Andere Merkmale und weitere Vorteile
der Erfindung werden aus der Erläuterung des in der Zeichnung abgebildeten Ausführungsbeispieles
ersichtlich werden.
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Abb. i veranschaulicht in Seitenansicht eine besonders für Fahrzeuge
geeignete mehrzylindrige Einspiitzbrennkraftmaschine mit einer mehrzylindrigen Brennstoffpumpe
und einer Luft- und Brennstoffregelvorrichtung nach der Erfindung. Der vom Luftdruck
gesteuerte Servomotor zur mittelbaren Regelung der Brennstoffzufuhr ist in den Abb.
2 und 3 im Achsenlängs- bzw. -querschnitt dargestellt. Abb. 4 ist ein Schaubild.
das zwei Beispiele für die Veränderung der Einspritzmenge im Verhältnis zum Saugleitungsdruck
durch den neuen Regler zeigt.
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In Abb. i bedeutet i i i einen Schweröleinspritzmotor mit der Lufteinsaugleitung
i 12, in der die Drosselklappe 113 angebracht ist. Die Klappe 113
wird z. B. in an sich bekannter Weise vom Führer eines Kraftwagens so verstellt,
daß die freie Lufteinsaugöffnung mit abnehmender Belastung immer kleiner wird. Die
Druckänderungen in der Lufteinsaugleitung 112 hinter der Drosselklappe überträgt
der Servomotor i auf die Brennstoffpumpe 2o, welche den flüssigen Brennstoff durch
die Leitung 114 erhält und durch die Leitungen 115 zu den Einspritzdüsen in den
Motorzylindern fördert. Der Antrieb der Pumpe 2o erfolgt von der Kurbelwelle 116
des Motors durch das Getriebe 117. Die Kupplung 118 verbindet die Nockenwelle ii9,
welche die einzelnen Pumpenkolben bewegt, mit dem Getriebe 117. Der Servomotor
steht mit der Lufteinsaugleitung 112 des Motors durch die Leitung i2o (Abb. i) und
den Anschlußstutzen 29 (Abb. 2) in Verbindung und ist durch einen Flansch 121 am
Gehäuse der Brennstoffpumpe 2o befestigt.
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Die Konstruktion des Servomotors i und seine Wirkungsweise sind aus
den Abb.2 und 3 zu erkennen. Das Gehäuse i umschließt zwei Räume, die der Kolben
2 voneinander dicht abtrennt. Der Raum 3 ist, wie bereits erwähnt, durch den Stutzen
2c) und die Leitung i2o in Abb. i dem Druck in der Lufteinsaugleitung, der Brennkraftmaschine
ausgesetzt, während der Raum 4 ständig unter dem Druck des freien Luftraumes steht.
Durch das Gehäuse i geht eine Stange 5, die in den beiden Seitenwänden 6 und 7 des
Gehäuses gelagert ist. Auf der Stange ist der Kolben 2 beweglich angeordnet. Mit
dem Kolben ist ein Profilstück 8, in :dem Ausführungsbeispiel ein Kegelstumpf, verbunden.
Zwischen dem außenliegenden Gehäusedeckel 6 und dem Kolben 2 sind zwei Belastungsfedern
für den Kolben angeordnet. Eine schwächere Feder 9 greift einerseits an der Kolbennabe
io an und stützt sich andererseits gegen einen Teller i i, dessen Rand auf einer
zweiten stärkeren, am Deckel 65 sich abstützenden Feder 13 ruht. In den Raum
4 ragt eine Welle 15 hinein, auf der
Vorrichtungen zur Regelung
des Brennstoffpumpenförderhubes angebracht sind, darunter ein doppelarmiger Hebel
mit den Armen 16 und 17 (Abb.3). Der Arm 16 gleitet mit einem Stellstift 18 auf
dem Profilstück 8 und wird durch die Feder 19, die mit ihrem einen Ende am Gehäuse
i befestigt ist, an das Profilstück herangezogen. Der im Pumpengehäuse 2o liegende
Teil der Welle 15 trägt, je nach der- Anzahl der Pumpenkolben, Hülsen 21, die mit
Anschlägen 22 für die Regelung des Saughubes der Kolben 23 der Brennstoffpumpe versehen
sind und von Federn 25, die einerseits an Flanschen 26 der Hülsen 21 angreifen,
andererseits am Pumpengehäuse 2o befestigt sind, in der für das Abfangen des Saughubes
gewünschten Stellung gehalten werden. Der Druckhub der Pumpenkolben erfolgt mittels
Nocken-und Stößelantriebe, den Saughub rufen Rückführfedern hervor. Die Einspritzung
wird durch Aufstoßen eines Rückströmventils beendet. Auf den Arm 17 können (Abb.3)
zwei Hilfseinrichtungen einwirken, nämlich die Stellschraube z7 zur Einstellung
der-größten Pumpenfördermenge und der Stift 28 zum willkürlichen Abheben des Armes
16 vom Profilstück B.
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Nachstehend wird die Wirkung der neuen Einrichtung am Fahrzeugeinspritzmotor
nach Abb. i erläutert. Wenn -der Druck in der Leitung 112 hinter -der Drosselklappe
113 sinkt, dann bewegt sich der Kolben :2 infolge des auf seine linke Seite wirkenden
Atmosphärenüberdruckes auf der Stange 5 nach rechts, bis durch den Widerstand der
Belastungsfedern 9 und gegebenenfalls auch der Belastungsfeder 13 Gleichgewicht
hergestellt ist. Zunächst geht die Bewegung so weit, bis die Kolbennabe io den Federteller
i i trifft. Von hier ab muß der Atmosphärenüberdruck auch den Gegendruck der stärkeren
Feder 13 überwinden. Der Wechsel der Belastungsfedern soll ungefähr bei der halben
Maschinenbelastung eintreten. Mit der Bewegung des Kolbens 2 ist auch das Profilstück
8 nach rechts gezogen worden. Die auf' dem Profilstück gleitende Stellschraube 18
hat den Arm 16 gemäß Abb. 3 nach rechts bewegt, wodurch die Welle 15 eine Drehung
im Uhrzeigerdrehsinn erfahren hat. Dieser Drehung folgen die Hülsen 2i mit den Anschlägen
22 für die Regelung der Saughübe der Kolben 23 der Brennstoffpumpe. Jeder Anschlag
22, der mit einem. Flansch am Pumpenkolben 23 zusammenwirkt, wird infolgedessen
den nächsten auf die Verstellung folgenden Saughub verkürzen, die Einspritzmenge
also verringern. je mehr durch Drosseln der Luftzufuhr bei abnehmender Maschinenbelastung
der Kolben 2 entgegen dem Widerstand seiner Belastungsfedern sich nach rechts bewegt,
um so mehr verkürzt 'der am Profilstück 8 gleitende Arm 16 den Saughub der Brennstoffpumpe.
Die Brennstoffladungen werden dadurch in Abhängigkejt vom Druck in der Mnsaugleitung
vergrößert. So lange die weichere Feder 9 wirksam ist, veranlassen sogar geringe
Änderungen der Drosselstellung oder der Drehzahl, die nur kleine Druckänderungen
in der Einsaugleitung -hervorrufen und die Zylinderladungen nur wenig beeinflussen,
verhältnismäßig große Ausschläge der den Pumpenhub regelnden Teile. Sobald aber
auch der Gegendruck der stärkeren Feder 13 zu überwinden ist, findet eine langsame
Veränderung der Einspritzmengen im Verhältnis zu den fallenden bzw. steigenden Saugleitungsdrücken
statt.
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Das Schaubild der Abb. q. zeigt in zwei Beispielen deutlich den Wirkungsbereich
der Federn bei einer Regelvorrichtung nach der Erfindung für Hesselmanmotoren mit
Fremdzündüng, deren Anforderungen an die Luft-und Brennstoffzufuhr eingangs kurz
geschildert wurden. Bei kaum merklichem Unterdruck sind- die Einspritzmengen groß
und ändern sich stark bei nur kleinen Druckänderungen. Die Linienzüge
AB und CD zeigen also in der Nähe der Ordinatenachse einen steilen
Zweig A0 hzw. CP. In den Punkten O bzw. P hat die Kolbennabe den Federteller i i
erreicht, und beide Federn 9 und 13 leisten Widerstand. Es folgt der flach liegende
Teil OB bzw. PD für den Bereich kleinerer Belastungen, wo trotz verhältnismäßig
starker und rasch zunehmender Luftdrosselung die Änderungen in der Brennstoffzufuhr
klein bleiben im Vergleich zu den Vorgängen ien den Zweigen A0 und CP.
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Wenn der Stift 28 gegen den Arm 16b gedrückt wird, dann dreht sich
die Welle 15 im Uhrzeigerdrehsinn, die Brennstoffzufuhr kann dadurch willkürlich
beeinflußt und z. B. sofort auf Null gebracht werden. Zur Feineinstellung dient
der Stellstift 18. Die größte zulässige Einspritzmenge kann nicht überschritten
werden, wenn der Arm 17 auf die entsprechend eingestellte Stellschraube 27 auftrifft.
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Andererseits müssen auch unzulässig große Ausschläge des Einspritzmengenreglers
in Richtung einer Einspritzmengenminderung mit Sicherheit verhütet werden. In dem
abgebildeten Ausführungsbeispiel wird dies bei Annäherung des Kolbens :2 an die
Leerlaufstellung durch den kräftig ansteigenden Widerstand der Rückführfedern 9,
13 selbsttätig erreicht.
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Das Profilstück 8 kann mit verschiedenen Profilen für , die Zusammenarbeit
mit dem
Arm 16 versehen sein. Im Ausführungsbeispiel ist ein zentrisch
auf der Achse 5 angeordneter Kreiskegelstumpf verwendet worden. Bereits durch exzentrisches
Anordnen und Verdrehen des Profilstückes auf der Achse 5 können leicht Änderungen
in der Brennstoffzufuhr und damit im Luft-Brennstoff-Verhältnis hervorgerufen werden,
die durch irgendwelche Betriebsbedingungen sich als notwendig erweisen. Die durch
Drehen eines Profilstückes sich ändernde Steigung der den Arm 16 steuernden Mantellinien
des Kegelstumpfes verändern die Ausschläge dieses Armes im Verhältnis zu den Längsverschiebungen
des Profilstückes.
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Wechselnder Atmosphärendruck kann leicht selbsttätig auf die neue
Einrichtung übertragen und zu veränderter Einstellung des Brennstoffpumpenförderhubes
benutzt werden, indem von einer gegen Druckunterschiede mpfindlichen Membran o.
dgl. Verstellkräfte für die Drehung des oder der Profilstücke abgeleitet werden.