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Mehrzylindrige Einspritz-Brennkraftmaschine mit Leistungsregelung durch Luftdrosselung.
Bei Brennkraftmaschinen, die mit Brennstoffeinspritzung und Fremdzündung betrieben werden, ist es vorteilhaft, im Belastungsbereich unterhalb Vollast nicht nur die Brennstoff-, sondern auch die Luftzufuhr zu drosseln, um die Zündung kleiner Brennstoffladungen sicher zu bewerkstelligen. Auch bei Maschinen mit Selbstzündung des Brennstoffs (Dieselmaschinen) wendet man manchmal Luftdrosselung bei niedriger Belastung an. Die Durchführung des Drosselverfahrens verlangt nicht nur eine verhältnismässig starke Luftdrosselung bei den kleinsten Belastungen, z. B. für den Leerlauf, sondern auch eine möglichst genaue Innehaltung der für jede Brennstoff ladung zugeführten Luftmenge. Je stärker aber die Drosselung ist, desto leichter wird der Verbrennungsvorgang schon durch geringe Abweichungen von der richtigen Luftmenge gestört.
Denn wenn die Abweichungen, in ihrer absoluten Grösse betrachtet, klein erscheinen mögen, so bringen sie dennoch erhebliche Veränderungen in das Verhältnis der Ladungsbestandteile zueinander. Vor allem bei Maschinen mit häufigen und schnellen Belastungsänderungen, z. B. Fahrzeugmotoren, bereitet es Schwierigkeiten, unter allen Betriebsbedingungen die richtige Luftmenge zuzuführen. Äussere Einflüsse, wie Witterungsänderungen, Undichtigkeiten an den Luftventilen, ungleiche Verteilung der angesaugten Luftmenge auf die einzelnen Zylinder oder auch stossartig eintretende Belastungsänderungen und vieles andere rufen sehr leicht Störungen in der Luftzufuhr und damit Fehler in der Gemischzusammensetzung hervor. Bei starker Drosselung z.
B. herrscht, wenn das Einsaugventil sich öffnet, im Brennraum Atmosphären-oder ein etwas höherer Druck, in der Einsaugleitung aber erheblicher Unterdruck. Infolgedessen strömen Abgase in die Einsaugleitung, bis Druckausgleich eingetreten ist. Danach kehrt sich der Gasstrom um und fliesst in die Zylinder.
Dabei kann es leicht geschehen, dass manche Zylinder in der Hauptsache Abgase, andere Zylinder nur frische Luft erhalten. Es ist offensichtlich, dass bei solchen Vorkommnissen die Grenzen überschritten werden, innerhalb deren mit einer einwandfreien Verbrennung der Zylinderladung gerechnet werden kann.
Die Nachteile der zu hohen Empfindlichkeit beim bisherigen Betrieb werden durch die Erfindung beseitigt, die für eine rechtzeitige Abschaltung einzelner Maschinenzylinder oder-zylindergruppen von der Brennstoffzufuhr sorgt. Motoren mit Brennstoffeinspritzung und Luftdrosselung brauchen, sobald ein Teil der Maschinenzylinder ausgeschaltet ist, nur einen verhältnismässig geringen Unterdruck für die in Betrieb bleibenden Zylinder, deren grössere Leistung in erster Linie durch eine Verbesserung der Luftladung in diesen Zylindern erzielt wird. Wenn z. B. bisher ein verhältnismässig starker Luftmangel im Leerlauf vorhanden war, um mit der geringsten Brennstoffmenge einen stabilen Gang des Motors aufrechtzuerhalten, so kann bei Anwendung der Erfindung der Unterdruck für Leerlauf in dem Leistung abgebenden Zylinder um etwa 15-20% kleiner sein.
Um wieviel der Unterdruck verkleinert werden kann, hängt von einer Reihe von Umständen ab, auf die hauptsächlich die Anzahl der abgeschalteten Zylinder, aber auch die Gestalt der Brennräume, die Beschaffenheit des Brennstoffes und manches andere einwirken. Als Regel kann gelten, dass das im Augenblick der Abschaltung vorhandene Verhältnis zwischen Luftmenge und Brennstoffmenge für die in Betrieb bleibenden Zylinder ungefähr beibehalten wird.
Für die Abschaltung einzelner Maschinenzylinder oder-zylindergruppen ist erfindungsgemäss eine Vorrichtung (Abschaltvorrichtung) vorgesehen, die von der Stellung der die Luftzufuhr regelnden
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Vorrichtung unmittelbar oder mittels des hinter der Drosselvorrichtung sich einstellenden Unterdrucks beeinflusst wird. Die Erfindung findet zweckmässig in der Weise Anwendung, dass die Abschaltvorrichtung auf Unterbrechung des Förderhubes der zu den abzuschaltenden Zylindern und Zylindergruppen gehörigen
Brennstoffpumpen hinwirkt.
Die Erfindung bringt den grossen Vorteil, dass Einspritzbrennkraftmaschinen unter allen Belastungs- verhältnissen mit nur einem Organ, nämlich der Regelvorrichtung für die Luftzufuhr, gesteuert werden können. Andere Vorteile, die für die Einrichtungen nach der Erfindung unter anderm auch in ihrer
Einfachheit, Billigkeit und vollkommen zuverlässigen Wirksamkeit liegen, werden aus der folgenden
Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele erkenntlich.
Fig. 1 veranschaulicht, teils in Ansicht, teils im Schnitt einen Motor nebst Brennstoffpumpe und
Regelvorrichtung für eine nach dem Druck in der Ansaugleitung durchgeführte Regelung. Die Fig. 2-4 zeigen Abänderungen für einen Teil der Regelvorrichtung nach Fig. 1. Fig. 5 stellt in Ansicht eine Ein- spritzbrennkraftmasehine mit vollständig mechanischer Regelung dar. Die abgebildeten Einrichtungen sind hauptsächlich für Fahrzeugmotoren, z. B. von Omnibussen, geeignet.
In Fig. 1 bedeutet 1 einen mehrzylindrigen Motor, 2 dessen Kurbelwelle, 3 die mehrzylindrige
Brennstoffeinspritzpumpe, 4 die von der Kurbelwelle angetriebene Pumpennockenwelle, 5 den Luftansaug- stutzen, 6 die Luftdrosselklappe, die über das Gestänge 7 z. B. mit einem Fusshebel am Führersitz in
Verbindung steht. Die Brennstoffpumpe 3 besteht aus einem mehrteiligen Gehäuse, dessen unterer, die Nockenwelle 4 enthaltender Teil auf der Kurbelgehäusewandung des Motors befestigt ist. Im Teil 8 der Brennstoffpumpe trifft der mit einer Rückführfeder versehene Pumpenkolben 9 mit dem von der Nockenwelle betätigten Stössel 10 zusammen.
Die Regelung der Einspritzmenge geschieht dadurch, dass der Saughub aller Pumpenkolben 9, den sie unter der Wirkung ihrer Rückführfedern ausführen, durch geeignete Anschläge nach Massgabe der Belastung begrenzt wird. Zu diesem Zweck ist im Pumpen- gehäuse neben den Pumpenkolben die Welle 11 gelagert, auf der sich Hülsen 12 mit Anschlägen für den
Pumpenkolben befinden. Die Hülsen 12 sind auf der Welle 11 befestigt, u. zw. ist es vorteilhaft, jede
Hülse derart durch eine Feder auf der Welle in Stellung zu halten, dass zwischen der Welle 11 und den Hülsen 12 eine nachgiebige Verbindung besteht, die eine Brennstofförderung zu unrechter Zeit zu ver- hindern vermag. Die Einzelheiten dieser Konstruktion sind hier, weil für die Erläuterung der Erfindung unwesentlich, nicht dargestellt worden.
An der Welle 11 ist der Hebel 13 angebracht, der mit einer
Vorrichtung zur Regelung der Einspritzmenge in Abhängigkeit vom Druck in der Luftansaugleitung 14 des Motors 1 in Verbindung steht. Diese Vorrichtung besteht aus dem Gehäuse 15 und dem federbelasteten
Kolben 16, der im Gehäuse 15 einen mit dem freien Luftraum durch die Öffnung 18 verbundenen Raum 19 und einen durch die Öffnung 20 dem Saugdruck ausgesetzten Raum 21 schafft. Die Bewegungen des
Kolbens 16, die er bei jeder Änderung des Druckunterschiedes zwischen den Räumen 19 und 21 ausführt, werden mit Hilfe der Kolbenstange 22 auf den Hebel 13 übertragen.
Je mehr die Luftzufuhr zur Ansaug- leitung 14 durch Schliessen der Klappe 6 gedrosselt wird, desto mehr drückt der Atmosphärenüberdruck im Raum 19 den Kolben 16 nach unten, so dass der Hebel j, die Welle 11 und die Hülsen 12 eine
Bewegung im Uhrzeigerdrehsinn ausführen. Dadurch werden die an den Hülsen 12 befindlichen An- schläge für die Pumpenkolben 9 so verstellt, dass der Saughub und damit die Einspritzmenge kleiner wird als vorher.
Jede Pumpe fördert Brennstoff durch Druckventile im oberen Teil des Pumpengehäuses und durch eine Druckleitung 23 zur zugehörigen Einspritzdüse 24 im Brennraum des Motorzylinders. Dem obersten
Teil 25 der Brennstoffpumpe 3 fliesst durch die Leitung 26 frischer Brennstoff zum Ansaugen durch die Kolben 9 aus einem Brennstoffbehälter zu, u. zw. beispielsweise durch Schwerkraft oder durch eine Vorpumpe.
Gegenüber der Welle 11 ist im unteren Teil der Brennstoffpumpe eine zweite Welle 27 gelagert, auf der sich gleichfalls Hülsen 28 mit Anschlägen für die Pumpenkolben befinden und an der der Hebel 29
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also beispielsweise-bei einem Sechszylindermotor sechs Hülsen, sitzen auf der Welle 27 nur so viel Hülsen, als Brennstoffpumpen bei niedriger Belastung und vor allem bei Leerlauf abgeschaltet werden sollen ; beispielsweise werden bei sechs Brennstoffpumpen drei von der Förderung und damit drei Motorenzylinder vom Betrieb ausgeschaltet.
Der Hebel 29 steht mit dem Elektromagnet. 36 in Verbindung, dessen Erregerleitung einerseits an einer Stromquelle, z. B. der Akkumulatorbatterie 30, anderseits an einem elektrischen Kontakt 31,. 32 liegt. Der Kontakt schliesst sich, sobald der Unterdruck in der Luftansaugleitung 14 ein bestimmtes Mass erreicht hat ; er ist so gestaltet, dass in einem am Ansaugstutzen 5 angeschlossenen Seitenraum 35 der eine Kontaktstift 32 beweglich und mit einem Dichtungsstück, z. B. der Ledermansehette 33, und der Rückführfeder 34 ausgerüstet, der andere Stift aber ihm gegenüber in der Gehäusewand befestigt ist.
Oberhalb der Ledermanschette 33 herrscht Atmosphärendruck, unterhalb der Druck der Luftansaugleitung. Sobald der Unterdruck, der mit Hilfe der Drosselklappe 6 erzeugt wird, einen bestimmten Wert erreicht hat, berührt der Stift 32. vom Atmosphärenüberdruck herabgedrüekt, den unteren Stift 31. In diesem Augenblick schliesst sich der Stromkreis der Batterie 30, der Elektromagnet 36 wird erregt und sein
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Kernstück 37 drückt den Hebel 29 gegen die Kraft der Rückführfeder 29 a herunter.
Dadurch werden die Welle 27 und die Hülsen 28 mit den Anschlägen für drei Pumpenkolben entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn so weit gedreht, dass der Saughub der abzuschaltenden Pumpen gleich Null wird oder diese Pumpenkolben zum mindesten nicht mehr in den Wirkungsbereich der Stössel 10 gelangen.
Anstatt vom Unterdruck könnte der Kontakt 31, 32 auch mechanisch betätigt werden, indem der Kontaktstift 32, wie in Fig. 2 veranschaulicht, mit der Drosselklappe 6 fest verbunden wird. Sobald die Drosselklappe eine bestimmte Schliesslage einnimmt, die einer niedrigen Belastung des Motors entspricht, berühren sich die Stifte 31 und 32, so dass der Magnet 36 erregt wird und einen Teil der Brennstoffpumpen ausschaltet. Der Kontakt könnte auch von einem selbsttätigen Regler, von einem die Drosselklappe bewegenden Fusshebel oder einer andern geeigneten Vorrichtung betätigt werden.
Wenn man die elektrische Einrichtung für die Abschaltung vermeiden will, dann lässt sich z. B. ein vom Unterdruck betätigter Kolbenhilfsmotor verwenden, wie ihn die Fig. 3 zeigt. Auf dem von der Feder 29 a gehaltenen Hebel 29 ruht der federbelastete Kolben 71, dessen Oberseite dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist. Die Kolbenunterseite ist durch die Leitung 72 und das Ventil 73 mit der Ansaugleitung 14 hinter der Drossel 6 verbunden. Bei genügend grossem Unterdruck in der Leitung 14 öffnet sich das Ventil 73 in der gleichen Weise, wie der Kontaktstift 32 in Fig. 1 sich auf den Stift : 31 zu bewegt.
Dadurch überträgt die Leitung 72 den im Raum 35 herrschenden Unterdruck auf die Unterseite des Kolbens 71, der nun vom Atmosphärenüberdruck abwärts bewegt wird und den Hebel 29 entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn verstellt. Auf diese Weise lässt sich die Abschaltung ebenfalls sicher und schnell herbeiführen.
Fig. 4 veranschaulicht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für den Kontakt 31, 32 gemäss Fig. 1. Im unteren Teil des am Luftansaugstutzen 5 angeschlossenen Kontaktgehäuses ist der Kontaktstift 3. 7 isoliert und unbeweglich angebracht. Der Kontaktstift 32 trägt die beiden Platten 51 und 52, zwischen denen die Membran 33 sitzt. Die Rückführfeder 34, für deren Spannungsregelung die Schraube 53 vorgesehen ist, versucht den Stift 32 ausser Kontakt mit dem Stift 31 zu bringen.
Damit nun die Kontaktvorrichtung den nach Massgabe des Druckes in der Ansaugleitung herbeigeführten Kontakt aufrechthält und nicht durch kleine Luftdruckänderungen oder andere Störungen beeinflusst wird. ist die Spannung der Feder 34 so gewählt, dass ein bestimmter Atmosphärenüberdruck, der hauptsächlich auf die mit 54 bezeichnete Ringfläche einwirkt, den Stift 32 herabdrückt und die Berührung mit dem Stift 31 herbeiführt. Sobald sich hiebei der Stift 32 ein Stück nach unten bewegt hat, vergrössert sich die Fläche, auf die der Atmosphärenüberdruck einwirkt, um die Kreisringfläche 55.
Dies wird dadurch erreicht, dass oberhalb der Platte 51 mit Hilfe des Ringes 56 und der Bohrungen 58,59 in den Platten 51, 52 ein Raum 60 geschaffen wird, der in der oberen Stellung des Stiftes 32 dem Saugdruck und in der unteren Stellung dieses Stiftes dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist.
Fig. 5 zeigt eine vollkommen mechanische Lösung für eine Vorrichtung zur Durchführung der Regelung nach der Erfindung. Die mit Fig. 1 übereinstimmenden Teile haben die gleichen Bezugsziffern erhalten. Der Fusshebel 38 betätigt über das Hebelgestänge 39 den doppelarmigen Hebel 40, 41, dessen Arm 41 durch Stangen und Hebel mit der Luftdrossel, der Brennstoffpumpenhauptregelung und der Abschaltregelung in Verbindung steht. Vom Hebel 41 führen die Stangen 42 und 43 zum Hebel 44 an der Drosselklappe 6 und zum Hebel 45 an der Hauptregelwelle 11 der Brennstoffpumpe 3. Die Zunge 46 des Armes 41 berührt den doppelarmigen Hebel 47, von dem die Stange 48 zum Hebel 49 an der Abschaltregelwelle 27 der Pumpe 3 führt. Der Hebel 47 wird durch eine nicht dargestellte Feder od. dgl. in ständigem Kontakt mit der Zunge 46 am Hebel 41 gehalten.
Für die Sicherung einer Mindestluftzufuhr zu den in Betrieb gehaltenen Zylindern kann an der Luftdrossel 6 eine Sperrvorrichtung vorgesehen sein, die ein vollständiges Schliessen der Drosselöffnung verhindert. Ein anderes Hilfsmittel wäre ein an geeigneter Stelle angebrachtes Zusatzluftventil.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach den Fig. 1-5 ist kurz folgende : Wenn die Regelvorrichtung für den Gang des Motors, z. B. der Fusshebel 38 in Fig. 5, eine Verminderung der Brennstoffzufuhr einstellt, dann schliesst sich die Drosselklappe 6 und die Luftzufuhr wird geringer. Je mehr der Druck in der Luftansaugleitung sinkt, desto stärker vermindert die Regelvorrichtung im Gehäuse 15 (Fig. 1) bzw. die Hebelverbindung 40, 41, 42 (Fig. 5) die Brennstoffzufuhr zur Maschine, da der Saughub der Brennstoffpumpenkolben immer kleiner wird. Die Drosselregelung wirkt also im oberen Belastungsbereich ausschliesslich auf eine gleichmässige Veränderung der Brennstoffzufuhr zu allen Maschinenzylindern. Wenn die Belastung noch mehr sinkt, muss die Luftdrosselung verstärkt, also die Drosselklappe 6 noch mehr geschlossen werden.
Wenn die Drosselklappe 6 eine bestimmte Stellung oder der Unterdruck in der Leitung 14 einen bestimmten Wert erreicht hat, dann wird die Abschaltvorrichtung elektrisch, wie in den Fig. 1 und 2, oder mechanisch, wie in Fig. 5, betätigt und die Abschaltung von beispielsweise drei Brennstoffpumpen herbeigeführt. Die übrigen Pumpen fördern weiterhin Brennstoff zu ihren zugehörigen Zylindern. Sobald die Regelvorrichtung die Drosselklappe wieder öffnet und der Unterdruck in der Ansaugleitung sich vermindert, kommt die Abschaltvorrichtung ausser Betrieb, entweder durch Unterbrechen des Stromkreises für den Elektromagneten oder durch mechanische Freigabe des Hebels 49 an der Abschaltwelle 27 in Fig.-5.
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Die Anwendung der Einrichtungen nach der Erfindung ist nicht an die abgebildete BrennstoffpumpBnkonstruktion gebunden, sondern es können auch andere Brennstoffpumpen benutzt werden, die eine Einrichtung zur Abschaltung von Pumpenzylindern besitzen.
PATENT-ANSPRÜCHE ;
1. Mehrzylindrige Einspritzbrennkraftmaschine mit Leistungsregelung durch Luftdrosselung, wonach die Einspritzmenge in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Saugleitung geregelt wird, und mit selbsttätiger Abschaltung einzelner Zylinder oder Zylindergruppen von der Brennstoffzufuhr bei niedriger Belastung, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abschaltung der Zylinder oder Zylindergruppen eine Vorrichtung vorgesehen ist, die von der Stellung der Drossel unmittelbar (31, 32, Fig. 2) oder mittelbar vom Druck in der Saugleitung hinter der Drossel beeinflusst wird und bei Erreichung einer bestimmten Drosselstellung bzw. eines davon abhängigen Druckes in der Saugleitung die Bfennstoffzufuhr zu den abzuschaltenden Zylindern bzw. Zylindergruppen unterbricht.