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Gemischregl,er für gemischverdichtende Einspritz-Brennkraftmaschinen
Die Regelung der Brennstoffzufuhr bei Flugmotoren, die mit Benzineinspritzung arbeiten,
geschieht im allgemeinen durch kontinuierliche Änderung der Fördermenge einer Brennstoffeinspritzpumpe
in Abhängigkeit von Leistung, Drehzahl und Flughöhe.
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Die Leistung ist abhängig vom Luftgewicht, das bei einer bestimmten
Motordrehzahl verarbeitet wird. Es müßte also, um ein bestimmtes günstiges Mischungsverhältnis
bei einer beliebigen Leistung zu erzielen, die jeweilige Luftmenge meßtechnisch
erfaßt werden und die dazu notwendige Brennstoffmenge an diese Luftmenge angepaßt
sein.
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Es ist nun bekannt, daß für die Erfassung der Luftmenge bei den bisher
verwendeten Gemischreglern für Ladermotoren der Ladedruck, die Ladelufttemperatur
und die Drehzahl des Motors als Ausgangsgrößen benutzt werden, da eine meßtechnische
Erfassung der Luftmenge veränderlicher Dichte nur auf dieser Basis möglich ist.
Ferner ist bei den bisher bekannten Ausführungen der Einfluß der Flughöhe auf den
Gegendruck im Auspuff ebenfalls berücksichtigt worden, indem dieser Druck ebenfalls
in geeigneter Weise dem Ladedruckeinfluß überlagert wurde. Es zeigte sich jedoch,
daß i. die mit dieser Anordnung erhaltene Regelcharakteristik nur eine annähernd
richtige Einstellung des Brennstoff-Luft-Gemisches ermöglichte, da mit diesen Einrichtungen
eine getrennte Einstellung des Einflusses von Ladedruck, Ladelufttemperatur und
Auspuffdruck in der notwendigen beliebigen Unabhängigkeit voneinander nicht möglich
war, 2. die Verwendung eines einzigen Verstärkersystems für alle Einflüsse eine
zu geringe Genauigkeit der Einstellung bedingte,
3. der Einfluß
der Ladelufttemperatur auf die normale Gemischcharakteristik nicht in ausreichendem
Maße und ausreichender Genauigkeit durchzuführen war, 4. der Einfluß des Auspuffdruckes
auf die Brennstoffmenge nur proportionale Beträge und keine beliebigen Funktionen
ausmachen konnte.
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Die Erfindung befaßt sich mit der Behebung dieser Fehler durch eine
derartige bauliche Gestaltung des Reglers, die eine beliebige Charakteristik der
Einspritzmenge in Abhängigkeit von Ladedruck, Temperatur, Auspuffdruck, Höhe und
Klopfgebiet ermöglicht, wobei dafür Sorge getragen ist, daß durch neuartige Verwendung
von an sich bekannten Servosystemen eine betriebssichere Beeinflussung der Einspritzmenge
durch die verschiedenen Kenngrößen gesichert ist; d. h. die funktionelle
Zusammenführung von Ladedruck, Temperatur und Auspuffdruck erfolgt nicht vor, sondern
hinter dem Kraftverstärker für jede dieser Größen.
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Zur Erläuterung des Textes dienen folgende Abbildungen: Abb. i zeigt
die prinzipielle Wirkungsweise des neuen Gemischreglers, Abb. i a eine vergrößerte
Darstellung der in Fig. i durch eine strichpunktierte Linie umrahmten Teile, Abb.:za
ein Beispiel einer Regelcharakteristik für einen Höhenmotor, Abb.:2b eine Regelcharakteristik
des neuen Reglers unter Berücksichtigung des Temperatureinflusses über den ganzen
Ladedruckbereich einschließlich Klopfgebiet, Abb. 2c eine Regelcharakteristik des
neuen Reglers unter Fortlassung der Temperaturkorrektur im Klopfgebiet, Abb.
3 eine konstruktive Gestaltung der Rückführung mit veränderlicher Rückführungscharakteristik,
Abb. 4 den Einfluß des Auspuffgegendruckes auf die Einspritzeharakteristik für einen
Motor mit normaler Ventilüberschneidung, Abb. 5 den vom Ladedruck abhängigen
Einfluß auf die Einspritzcharakteristik für einen Motor mit großer Ventilüberschneidung,
Abb.'6 den umgekehrt proportionalen Einfluß des Lade- und Auspuffdruckes auf die
Einspritzmenge, Abb. 7 die Zuführung des Lade- und Auspuffdruckes an das
Meßdosensystem, Abb. 8 eine Ausführung des Reglers mit vom Höhendruck veränderbarem
Einfluß des Auspuffdruckes.
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Der Erfindungsgedanke wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles
an einem Regler mit hydraulischem Verstärkersystem beschrieben.
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Gemäß Abb. i wirkt der in i gelagerte Hebel 2, mit seinem Angriffspunkt
3 über die Einstellhülse 4 auf die Regelstange 5 einer Einspritzpumpe,
deren Menge also proportional dem Hub dieser Stange ist. Der Haupteinfluß
des G#emischreglers, der durch den Ladedruck ps dargestellt wird, wird über die
Meßdose 6 zu einer Servoeinrichtung geleitet, nämlich zu dem Steuerkolben
7 mit Rückführhül#se 7"
und weiter zu dem Kraftkolben 8. Die
Charakteristik der Bewegung des Kraftkolbens 8 in Ab-
hängigkeit vom
Ladedruck ist durch die Rückführscheibe 9 festgelegt, die über das Zahnrad
io und die als Zähnstange ausgebildete Kolbenstange i i in Abhängigkeit vom Kraftkolbenhub
gedreht wird. Der an der Kolbenstange befindliehe Angriffspunkt 12 stellt außerdem
den Diametralpunkt zum Regelstangenangriff 3 dar. Der für die Servoeinrichtung
benötigte öldruck wird dem Kreislauf einer Steuerölpumpe des Flugmotors entnommen.
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Der Drehpunkt i ist so gelagert, daß durch die Abhängigkeit von der
Lufttemperatur am Motoreintritt das Übersetzungsverhältnis zwischen Purnpenregelstangenangriff
und Angriff des Kraftkolbens geändert werden kann. Zur Erzielung dies'er Änderung
wird ein Temperaturfühler 13, der in die Ladeleitung eingebaut ist, über
die Leitung 14 mit dem Temperaturrneßsystem 15 verbunden, so daß sich der Hebel
16 in Abhängigkeit von der Ladelufttemperatur um einen proportionalen Betrag bewegt.
Zur Verstärkung der Kraft dieses Meßsystems ist dieses mit einem Folgekolbenverstärker
17 gekuppelt, welcher die Nockenwelle 18 in Ab-
hängigkeit von der
Temperatur um etwa go' drehen kann. Durch auf der Nockenwelle befindliche Nocken
ig und :2o wird sowohl die Änderung des Übersetzungsverhältnisses am Pumpenhebel
in i als auch die Beeinflussung des Klopfgebietes erreicht. Der Folgekolbenverstärker
kann z. B. ein beliebiger hydraulischer Kraftverstärker sein, der an den Bordöldruck
angeschlossen ist. Die Behälter, in denen der Ladedruck ps herrscht, sind gestrichelt,
die Leitungen, in denen der Auspuffdruck herrscht, punktiert gezeichnet.
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Wie das Beispiel der Regelcharakteristik eines Höhenmotors (Kraftstoffmenge
31 bzw. Pumpenstangenweg S in Abhängigkeit vom Ladedruck ps) in Abb. 2a zeigt,
muß zur Erreichung günstiger Verbrennungsverhältnisse die Kraftstoffmenge bei diesem
Motor in Abhängigkeit vom Ladedruck etwa proportional vergrößert werden. Der Klopfbereich
ist gestrichelt dargestellt. Von einem bestimmten Ladedruck ab ist jedoch wegen
der Klopfgefahr mit einer bedeutenden Anreicherung zu fahren. Man sieht ferner,
daß in Abhängigkeit von der Ladelufttemperatur sich sowohl die Neigung der Charakteristik
ändert als auch der Anreicherungspunkt an der Klopfgrenze verschiebt. Wie schon
erwähnt, entspricht die in Abb. i erwähnte Rückführscheibe 9 bereits der
grundsätzlichen Regelcharakteristik der Abb. :2 a für eine bestimmte Temperatur.
Die temperaturabhängige Beeinflussung im unteren Bereich bis zur Klopfgrenze geschieht
wie beschrieben durch Änderung des übersetzungsverhältnisses am Hebel 2. Die Verschiebung
des Anreicherungsbeginns sowie die Regelcharakteristik für höhere Ladedrücke wird
durch eine von der Ladelufttemperatur abhängige Änderung der Kurvenforrn an der
Rückführscheibe 9 hervorgerufen.
Beide Eingriffe in die durch
die Rückführscheibe 9 festgelegte Grundform der Regelcharakteristik haben
nach Abb. 2 b so zu erfolgen, daß beim Einsetzen der Wirkung des veränderlichen
Kurvenstückes für das Klopfgebiet die proportionale Anreicherung durch Änderung
des Krafthebelverhältnisses ausgeschaltet wird, und umgekehrt. Wie Abb. :2
b zeigt, ist die Grundform der Rückführscheibe 9 (ausgezogene Kurve)
nach der Sollcharakteristik für eine Ladetemperatur ts = 400 C
ausgebildet.
Durch steigende Ladetemperatur tritt infolge Verlagerung des Krafthebeldrehpunktes
eine proportionale Verarmung ein, während die Anreicherung im Klopfgebiet für die
höchste Ladetemperatur zuerst zu erfolgen hat. Die Unterbrechung des erstgenannten
Eingriffes erfolgt für jede Ladetemperatur im Augenblick der Anreicherung für die
höchste auftretende Ladetemperatur, also z. B. bei i, i ata in der Abb. 2
b durch Abheben des TasthebeIS 21 (Abb. i) von dem Nocken ig, derart, daß
der auf der Kolbenstange i i sitzende Stift:22 die Kurvenklinke 23 und somit
den Hebel 24 anhebt, wodurch über 25, 26 der Lagerpunkt i wieder in seine
ursprüngliche Stellung für ts = 40' C
zurückkehrt. Hieraus ergibt
sich, daß für höhere Temperaturen als 40' C innerhalb des kleinen Bereichs
von ij ata bis zum Punkt der Anreicherung nach der Grundform der Rückführscheibe
9
geregelt wird. Die hieraus sich ergebende Ab-
weichung von der Regelcharakteristik
in Abb. 2 a ist jedoch unerheblich, da die Größenordnung des Fehlers um so kleiner
wird, je mehr sich das Klopfgebiet mit abnehmender Temperatur entfernt.
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Die konstruktive Gestaltung der Anreicherung im Klopfgebiet durch
Veränderung der für dieses Gebiet in Frage kommenden Kurvenforrn geht aus Abb.
3 hervor. Der unter dem Einfluß der Ladeternperatur gedrehte Nocken
20 (s. auch Abb. i) bewegt innerhalb der Rückführscheibe 9 axial einen
Rotationskörper:27 konischen Längsschnittes, wodurch über einen Führungsstift
28 die Form eines sichelförrnigen Kurvenstückes 29 der Kurve der Rückführscheibe
überlagert und somit die Neigung der Rückführscheibe im Klopfgebiet verstellt wird.
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Macht, wie bei bestimmten Motormustern, die temperaturabhängige Anreicherung
im Klopfgebiet so wenig aus, daß auf sie verzichtet werden kann, ergibt sich die
in Abb. 2 c dargestellte Regelcharakteristik. Der Regler vereinfacht sich dann durch
Fortfall des NockenS 20 und der von ihm betätigten Teile zur Änderung der Kurve
der Rückführscheibe 9, die im Gegensatz zur oben besprochenen Anordnung nach
dem Gesetz für ts = i2o' C auszubilden ist (ausgezogene Kurve). Die
Kurvenform im Klopfbereich ist dann für alle Ladetemperaturen die gleiche.
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Der Einfluß des Auspuffdruckes auf die Leistung bzw. Brennstoffmenge
für einen Motor mit geringer Ventilüberschneidung kann gemäß Abb. 4 in einer mit
sinkendem Auspuffdruck proportional ansteigenden Leistung angenommen werden. Man
sieht jedoch aus Abb. 5 (benötigte Kraftstoffmenge M bezogen auf Millimeter
Hg absolut), daß für Motoren mit größerer Ventilüberschneidung dieser Einfluß nicht
konstant ist, sondern von dem jeweils eingestellten Ladedruck abhängt, da die durch
Absenkung des Auspuffdruckes verbesserte Durchspülung des Zylinders bei höheren
Ladedrücken bereits so gut ist, daß eine zusätzliche Verbesserung durch sinkenden
Auspuffdruck nicht eintritt. Die Kurve B zeigt den Einfluß des Ladedruckes, die
Kurve C den Einfluß des Auspuffdruckes.
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Abb. 6 zeigt, daß beim Motor mit normaler Überschneidung der
Einfluß des Auspuffdruckes PA demjenigen desLadedruckespsproportional, jedoch in
umgekehrter Richtung überlagert ist. Aus diesem Grunde sind in dem Ladedruckrneßsystem
eine oder mehrere Meßdosen mit dem Auspuffdruck nach Abb. 7 verbunden. Will
man gemäß Abb. 5 den Auspuffdruckeinfluß auch nach Maßgabe des Ladedruckes
ändern, so ist dies unter Benutzung einer einfachen zusätzlichen Einrichtung möglich.
Man sieht aus Abb. 6, daß der Haupteinfluß auf den Servokolben vom Ladedruck
herrührt. Man kann daher mit größter Annäherung voraussetzen, daß sich die Rückführkurve
9 in Abb. i proportional dem Ladedruck dreht. Setzt man daher, wie es Abb.
8 deutlicher zeigt, auf die Welle dieser Rückführscheibe eine zweite Kurvenscheibe
30, durch die mittels eines Steuerstiftes 31 der Durchfluß in einer Verbindungsleitung
32 zwischen Auspuffmeßleitung und Ladedruckmeßgehäuse gesteuert wird, so
besteht die Möglichkeit, die Schwankungen des Auspuffdruckes durch den Ladedruck
zu beeinflussen. Man erkennt die Wirkungsweise, wenn man den Lauf der Auspuffmeßleitung
verfolgt, der über die Zuflußblende 33 zu den Auspuffmeßdosen 34 und dem
Ladedruckmeßgehäuse geht. Solange die Steuernadel schließt, werden die vollen Auspuffdruckschwankungen
auf die Dosen 34 übertragen; steigt der Ladedruck, so wird infolge der sich öffnenden
Nadel der Druck in den Auspuffdosen durch den Ladedruck so verändert, wie zur Erfüllung
der nach Abb. 5 gestellten Forderungen notwendig ist.
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Zusammenfassend ist die Wirkungsweise des Gemischreglers also folgende:
Der Flugmotor befindet sich außer Betrieb. Da der Regler in der Regel an das Druckölsystern
des Motors angeschlossen wird, stellt die auf den Kraftkolben 8
wirkende Feder
an der Einspritzpumpe die Fördermenge Null ein, da bei stehendem Motor der
Öl-
druck Null ist.
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Wird der Motor angelassen, wird, über die ob2n besprochenen hydraulischen
Verstärkungssysteme gehend, die dem durch den Pilotendrosselhebel 5o geregelten
Ladedruck und der sich einstellenden Temperatur entsprechende Kraftstoffmenge eingestellt.
Im Fluge tritt bei zunehmender Höhe und gleichbleibender Motorleistung ein Sinken
der Außenlufttemperatur und damit auch der Ladelufttemperatur ein. Dieser Einfluß
wird über den Fühler 13 (Abb. i) auf die Temperaturwelle 18 übertragen und bewirkt
eine Änderung der Geinischcharakteristik. Gleichzeitig hat sich auch
der
Auspuffdruck verringert und ein Zusammenziehen der Dosen 34 bewirkt.
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Wird in größerer Flughöhe der Ladedruck vergrößert, so tritt beim
Motor mit starker Überschneidung die Durchflußdrossel 31 in Tätigkeit, die
den Auspuffeinfluß nach Maßgabe der Kurvenscheibe 30 verändert.
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Beim Verstellen des Pilotenhebels 5o wird jedesmal eine kurzzeitige
zusätzliche Anreicherung dadurch bewirkt, daß der Pilotenhebel 5o mit dem Hebel
35 gekuppelt ist, der auf ein nachgiebiges Ölk-olbensysten, 36 wirkt,
durch welches über ein kitzel 37 und die als Zahnstange ausgebildete Auspuffdruckzuleitung38
das gesamteMeßdosensystem vorübergehend verschoben und somit das Servosystem
7 betätigt wird. Das Ölkolbensystem 36 be-
steht aus zwei Kolben
39, 40 verschiedenen Durchmessers. Ein kleiner Verschiebeweg des Kolbens
39
bewirkt somit einen größeren des Kolbens 40.