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Verfahren un < l Vorrichtung zur Regelung von Einspritzmaschinen für verschiedene
Drehzahlen.
Bekanntlich ist bei Brennkraftmasehinen die maximale Leistung bei jeder Umdrehungszahl durch die während eines Arbeitshubes im Zylinder verbrennbare Brennstoffmenge bestimmt. Die im Zylinder auf einmal verbrennbare Brennstoffmenge ist aber durch die im Zylinder befindliche Luftmenge bzw. Sauerstoffmenge begrenzt und bei Maschinen, die mit veränderlicher Umdrehungszahl arbeiten, z. B. bei Fahrzeugmaschinen, ist die den Zylinder füllende Luftmenge bei grösseren Umdrehungszahlen geringer als bei kleineren.
Bei Verpuffungsmaschinen ist die in den Zylinder eingeführte Brennstoffmenge immer proportional zu der in den Zylinder gelangenden Luftmenge, da bei diesen Maschinen ein Gemisch von Luft und Brennstoff in den Zylinder eingeführt bzw. gesaugt wird. Es gelangt also bei kleineren Umdrehungszahlen mit der grösseren Luftmenge auch mehr Brennstoff auf einen Saughub bzw. auf ein Arbeitsspiel in den Zylinder als bei grösseren Drehzahlen. Darin liegt auch die Ursache, dass bei Verpuffungsmaschinen die Leistung nach der Linie A, C, B (Fig. 1) und das Drehmoment nach der Linie J, G als Funktion der Drehzahl der Maschine verläuft.
Bei Einspritzmaschinen, wie z. B. Dieselmaschinen, hingegen wird der auf einen Hub einzuführende Brennstoff unabhängig von der in den Zylinder gelangenden Luftmenge von der Brennstoffpumpe geliefert. Bei Fahrzeugmaschinen solcher Art erfolgt die Regelung der Brennstofflieferung den Betriebsverhältnissen (Fahrgeschwindigkeit, Steigung u. dgl. ) entsprechend zumeist von einem sogenannten Beschleunigungspedal aus. Die durch diese Regelung einstellbare grösste Brennstoffmenge ist jedoch schon wegen der Rauchbildung bei allen Dieselmasehinen begrenzt, zumeist durch einen Anschlag od. dgl.
Dieser Anschlag und damit auch die auf einmal in den Zylinder gelangende Brennstoffmenge ist bei solchen Fahrzeugmaschinen, die nach dem Dieselprinzip mit Brennstoffeinspritzung arbeiten, so eingestellt, dass bei der maximalen Drehzahl, bei welcher der Zylinder die kleinste Luftmenge aufnimmt, noch rauchfrei Verbrennung erzielt wird. In Fig. 1 entspricht diese Brennstoffmenge dem Punkt G bzw. der Länge D, G. Dieser Brennstoffmenge entspricht ein Drehmoment, welches durch die Länge D, G dargestellt werden kann, da das Drehmoment der auf ein Arbeitsspiel eingeführten Brennstoffmenge proportional ist. Diesem Drehmoment und der maximalen Drehzahl nmax entspricht die maximale Leistung Lax, welche in Fig. 1 durch die Ordinate D, B dargestellt ist.
Bei den bekannten Dieselmaschinen [wobei unter dem Gattungsbegriff Dieselmotor alle diejenigen Brennkraftmaschinen zu verstehen sind, bei denen der Brennstoff in die durch Verdichtung hocherhitzte Verbrennungsluft eingeführt wird bleibt also die auf einen Hub einstellbare maximale Brennstoffmenge bei allen Drehzahlen unverändert dieselbe und infolgedessen bleibt auch das Drehmoment unveränderlich bei allen Drehzahlen das gleiche (Fig. 1, Linie G, H), so dass die maximale Leistung der Maschine mit der Umdrehungszahl linear nach der Linie A, ry"B steigt bzw. fällt, wohingegen bei Gemischmaschinen, wie bereits früher erwähnt, die auf einen Hub verarbeitete Brennstoffmenge nicht konstant, sondern mit der angesaugten Luftmenge proportional verändert ist, das Drehmoment sonach nach der Linie J, a und die Leistungskurve nach der Linie A, C, B verläuft.
Der Umstand nun, dass bei einer Dieselmaschine das Drehmoment unveränderlich ist, hat bei der Anwendung solcher Einspritzmasehinen als Fahrzeugmaschine grosse Übelstände. Solchen Maschinen geht nämlich die Elastizität ab, die für die Gemischmaschinen charakteristisch ist. Die Elastizität einer Maschine wird nämlich durch das Produkt zweier Faktoren bestimmt. Den ersten Faktor bildet das Mass der Veränderung, welches das maximale Drehmoment bei Veränderung der
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Drehzahl aufweist, den zweiten Faktor bildet die Verhältniszahl der grössten und kleinsten Umdrehungszahl. Nach dieser Bestimmung ist aber die Elastizität der Dieselmaschinen gleich Null, weil der erste Faktor gleich Null ist, nämlich das maximale Drehmoment unverändert bleibt.
Die Erfindung beruht nun auf der Feststellung, dass auch bei Einspritzmasehinen, wie Dieselmaschinen, eine Elastizität erzielt werden kann, die der bei Gemischmaschinen erreichbaren Elastizität gleichkommt, wenn man die beiden erwähnten, die Elastizität bestimmenden Faktoren bei einer Änderung der Drehzahl in der gleichen Weise verändert, wie diese Faktoren bei Gemisehmasehinen mit der Drehzahl sich ändern. So wird eine der Änderung des Drehmomentes bei Veränderung der Drehzahl bei Gemischmaschinen entsprechende Änderung des Drehmomentes bei Einspritzmasehinen in bekannter Weise dadurch erzielt, dass die für einen Hub bzw. für ein Arbeitsspiel in den Arbeitszylinder eingeführte maximale Brennstoffmenge bei den verschiedenen Drehzahlen in Abhängigkeit von der bei der jeweiligen Drehzahl in den Arbeitszylinder gelangenden Luftmenge geregelt wird.
Es wird also die maximale Brennstoffmenge bei kleineren Drehzahlen entsprechend der während eines Arbeitsspieles in den Zylinder gelangenden grösseren Luftmenge vergrössert und umgekehrt, oder mit andern Worten : es wird die für einen Hub in den Zylinder eingeführte maximale Brennstoffmenge jeweils der Änderung des volumetrischen Wirkungsgrades, also jeweils der Änderung der mit einem Saughub z. B. angesaugten Luftmenge, entsprechend geändert.
Das Verfahren gemäss der Erfindung beruht somit im wesentlichen auf der an sich bekannten Regelung der maximalen Leistung der Maschine bei kleineren Drehzahlen, wobei aber gemäss der Erfindung auch die kleinste Drehzahl, mit welcher die Maschine noch betrieben werden kann, erheblich herabgesetzt wird.
Das Verfahren kann im wesentlichen dadurch gekennzeichnet werden, dass bei Vollbelastung die bei verschiedenen Drehzahlen in den Zylinder eingespritzte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der in den Zylinder gelangenden Luftmenge, hingegen bei kleineren Belastungen die Luftzufuhr in Abhängigkeit von der durch den Führer willkürlich verminderten Brennstoffzufuhr geregelt wird.
Durch die Erfindung wird sonach erreicht, dass die Dieselmaschine als Fahrzeugmasehine der Gemisehmaschine in bezug auf die Elastizität zumindest gleichwertig wird.
Die kleinste Drehzahl einer Maschine ist dadurch begrenzt, dass sie jedenfalls so gross sein muss, dass die im Schwungrad aufgespeicherte Energie die Verdichtungsarbeit überwinden kann, ohne dass die Maschine eine den regelrechten Gang der Maschine ungünstig beeinflussende Schwankung der Drehgeschwindigkeit erfährt. Da nun die Verdichtungsarbeit vom Verdiehtungsenddruek abhängt, dieser Enddruck aber bei Dieselmasehinen durch die Forderung der Selbstzündung des eingeführten Brennstoffes gegeben ist, und daher ein Vielfaches des Verdiehtungsenddruckes der Gemisehmasehinen beträgt, so muss das Schwungrad auch um ein Vielfaches grösser bzw. schwerer ausgeführt werden als das der Gemischmaschinen, wenn die kleinste Drehzahl, mit welcher die Maschine noch betrieben werden kann, die gleiche sein soll.
Bei den bekannten Fahrzeugdieselmaschinen ist meistens ein besonderer Fliehkraftregler vorgesehen, welcher ein Unterschreiten der durch die Schwungradmasse und die Verdichtungsarbeit bestimmten Drehzahl verhindert.
Die Erfindung zielt nun auch darauf ab, in Verbindung mit der Regelung des maximalen Drehmomentes diese kleinste Drehzahl, mit welcher die Maschine noch regelrecht arbeiten kann, zu verringern. Die Erfindung macht sich die bekannte Tatsache zunutze, dass durch Verringerung der in den Zylinder gelangenden Luftmenge (z. B. durch Drosselung) die Verdichtungsarbeit im Zylinder verringert werden kann, ohne dass die Endtemperatur der Verdichtung herabgesetzt wird ; demzufolge ist eine solche Verringerung der Luftmenge auch ein Mittel, um die Drehzahl herabzusetzen, bei welcher die Maschine noch regelrecht laufen kann. Die Verdiehtungstemperatur ist nämlich abhängig einerseits von der Anfangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) und anderseits von dem Verdiehtungsgrad.
Eine Drosselung beeinflusst-wie bekannt-die Anfangstemperatur überhaupt nicht. Die Anfangstemperatur der Verdichtung bleibt also dieselbe, und da der Verdichtungsgrad (d. i. das Verhältnis des Hubvolumen plus Volumen des Verdichtungsraumes zum Volumen des Verdiehtungsraumes) derselbe bleibt, so wird die dem normalen Betrieb entsprechende Verdiehtungstemperatur auch bei den durch Drosselung verringerten Verdichtungsdrüeken erreicht.
Gemäss der Erfindung wird daher bei Leistungen, die unterhalb der maximalen Leistungen liegen, entsprechend der zwecks Einstellung einer kleineren Leistung verringerten Brennstoffmenge auch die Luftmenge verringert und dadurch erreicht, dass der Enddruck der Verdichtung bis nahe an den Enddruck der Gemisehmasehinen und dadurch auch die kleinste Drehzahl, mit welcher die Maschine noch regelrecht laufen kann, im gleichen Verhältnis vermindert wird.
Gemäss der Erfindung wird sonach die Elastizität der Dieselmaschinen dadurch erhöht, dass einerseits in bekannter Weise eine Steigerung des maximalen Drehmomentes bei kleineren Drehzahlen durch Vergrösserung der maximalen Brennstoffzufuhr bei kleineren Drehzahlen entsprechend dem bei diesen auftretenden Luftüberschuss erfolgt und dass anderseits die kleinste Drehzahl, mit welcher die Maschine laufen kann, vermindert wird, indem bei den kleineren Leistungen, die durch Verringerung der Brennstoffmenge erreicht werden, gleichzeitig mit dem Brennstoff auch die Luftmenge verringert wird.
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Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens kann so getroffen sein, dass ein verstellbarer Anschlag od. dgl, die jeweils gelieferte Brennstoffmenge begrenzt, welcher Anschlag beispielsweise durch ein von dem im Saugrohr der Maschine sich einstellenden Unterdruck betätigtes Organ verstellt wird, wobei der Unterdruck durch die von Hand oder Fuss bewegliche Drosselklappe od. dgl. willkiirlich einstellbar bzw. beeinflussbar ist.
Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Ausführungsbeispielen veranschaulicht, bei denen die Begrenzung der maximalen Fördermenge oder die Regelung der jeweiligen Fördermenge der Brennstoffpumpe durch einen Anschlag erfolgt, der erfindungsgemäss in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. der Drehzahl und der Belastung der Maschine der durch ein Drosselorgan geregelten Luftmenge entsprechend selbsttätig verstellt wird, wobei im Falle, dass die Regelung der Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl allein erfolgt, mit diesem Anschlag das die Luftmenge regelnde Organ verbunden ist.
In den Fig. 2 und 4 ist schematisch eine Vorrichtung veranschaulicht, die gleichzeitig zur Vergrösserung des maximalen Drehmomentes durch einen nur durch die Drehzahl beeinflussten Anschlag dient und die Herabsetzung der kleinsten Drehzahl durch die Verbindung des Anschlages mit einem die Luftzufuhr zur Maschine regelnden Drosselorgan erreicht wird, während in Fig. 3 eine Vorrichtung schematisch gezeigt ist, durch welche die Regelung des jeweilig in den Arbeitszylinder gelangenden Brennstoffes (also nicht nur des Maximums) in Abhängigkeit von der Luftfüllung erfolgt.
Nach Fig. 2 dient für die Regelung der Brennstoffmenge zur Erhöhung der maximalen Leistung bei kleineren Drehzahlen ein Fliehkraftregler. J ist ein nach unten ausschwenkbarer Hand-oder Fusshebel (Pedal), der um den Fixpunkt K drehbar angeordnet und mittels einer Stange Q an das Brennstoffpumpenregelorgan gebunden ist. Der als Winkelhebel ausgebildete Handhebel J ist unter die Wirkung einer Feder R gesetzt, die den Hebel nach oben zieht, wobei, wenn der Hebel unter der
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liefert. Die maximale Fördermenge der Brennstoffpumpe wird durch die Anschlagfläche T eines Keiles 0 begrenzt, an welche der Anschlag P des Hebels J zum Anliegen kommt. Der Keil 0 ist in einer Führung S geführt, in der er sich frei nach oben und unten bewegen kann. Der Keil ist ungefähr
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mit dem er durch den Hebel N verbunden ist.
Bei zunehmender Drehzahl bewegt sieh die Hülse j1, J des Reglers nach oben, der Keil 0 nach
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eine Vergrösserung der grössten durch die Pumpe förderbaren Brennstoffmenge. Der Rücken l'des Keiles ist derart gestaltet, dass die Regelung der maximalen Brennstoffmenge der jeweiligen Luftmenge entspricht, die bei dieser Reglerstellung bzw. Drehzahl angesaugt wird. Diese Luftmenge kann für jede Drehzahl durch einen einzigen Versuch, z. B. durch Messung des Enddruekes des Ansaugens oder der Verdichtung, festgestellt werden.
Um gleichzeitig die Luftzufuhr und die Brennstoffzufuhr zu regeln, kann die Anordnung so getroffen sein, dass das zwecks Verringerung der Leistung zur Verstellung der Drosselklappe dienende Organ die Begrenzung des Ausschlages des Hebels J z. B. dadurch verstellt, dass der Drehpunkt K dieses Hebels beim Drosseln nach oben bewegt wird, wie in Fig. i) strichliert angedeutet ist, also mit der Brennstoffmenge auch die Luftmenge geregelt wird. Das Drosselventil D wird mittels des Hebels A bewegt, der durch die Stange B mit dem Drehpunkt K verbunden ist, welch letzterere sich in einer (nicht eingezeichneten) Führung frei nach oben und unten bewegen kann.
Bei dieser Ausführungsform betätigt der Wagenführer also nicht unmittelbar den Handgriff des Hebels J, sondern den Hebel A, und die Feder R'muss so ausgeführt werden, dass dieselbe eine Zugkraft nach unten ausübt, also den Anschlag P des Hebels an den Keil 0 andrückt.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Regelung durch den in der Saugleitung entstehenden Unterdruck. Bei grösserer Drehzahl strömt die Luft durch das Saugrohr mit grösserer Geschwindigkeit, verursacht also einen grösseren Unterdruck in demselben.
Durch die Übertragung dieses Unterdruckes auf das die maximale Menge des Brennstoffes begrenzende Organ wird eine selbsttätige Regelung der Begrenzung erreicht.
In der Fig. 3 ist J der unter die Wirkung einer Zugfeder R gesetzte Hebel, der je nach seiner Lage die Leistung der Brennstoffpumpe regelt. Der Keil ( ist hier mit dem Kolben Z verbunden, der in dem Zylinder Y frei nach oben und unten beweglich angeordnet ist. Der Kolben Z wird durch die
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verbunden. Dieser Punkt V soll möglichst nahe dem Zylinder gewählt werden. Bei grösserer Drehzahl der Maschine wird der Unterdruck bei V höher ; dadurch wird der Kolben Z gegen den Druck der Feder X
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mindert.
Wenn also bei einer Drehzahl der Unterdruck Api und bei einer andern Drehzahl Ap2 ist, so ändert sich die Luftmenge im Verhältnis von (1AP1) zu (l-A. Es wird also hier selbsttätig die Brennstoffmenge bei kleineren Belastungen mit der von Hand aus verkleinerten Luftmenge ver-
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bzw.
Fussregeiung (Pedal) nicht unmittelbar die Brennstoffpumpe, sondern dieses Drosselventil verstellt-wie bei den Gemischmaschinen-, dann wird durch den Druck in der Saugleitung nicht nur die maximale Brennstoffmenge geregelt (d. i. jene Menge, die bei offenem Drosselventil durch die Veränderung des Unterdruckes bei verschiedenen Drehzahlen geregelt wird), sondern es wird bei kleineren Belastungen, bei denen die Maschinenleistung durch die Verstellung des Drosselventiles der Belastung angepasst wird, der Unterdruck vergrössert und dementsprechend durch den grösseren Unterdruck der Anschlag mehr verstellt und die Brennstoffmenge verringert werden.
Wenn also der Wagenführer die Drosselklappe z. B. mittels Pedal schliesst oder öffnet, so wird der Unterdruck'in der Saugleitung verändert und durch die Verstellung des als Führung dienenden Anschlages (profilierten Keiles) die Lieferung der Brennstoffpumpe immer im Verhältnis zur Luftmenge geregelt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 ist von einem auf das Luftdrosselorgan und die Brennstoffpumpe einwirkenden Regler Gebrauch gemacht. Hier ist gleichzeitig darauf abgezielt, die für das Anlassen der Maschine notwendige Verdichtungsarbeit zu verringern, ohne jedoch hiedurch die Verdichtungstemperatur zu verkleinern.
Es wird hiebei der schon früher erwähnte Umstand ausgenutzt, dass die Verdichtungstemperatur abhängig ist einerseits von der Anfangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) und anderseits von dem Verdichtungsgrad, wodurch die dem normalen Betrieb entsprechende Verdichtungstemperatur auch bei den durch Drosselung verringerten Verdichtungsdrüeken erreicht werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wird unter Vermittlung eines auf das Luftdrosselorgan und die Brennstoffpumpe einwirkenden Anlassreglers während der Anlassperiode die angesaugte Luftmenge zunächst so weit verringert, dass sie nur etwas grösser ist als die Luftmenge, die der zur Aufrechterhaltung des Leerlaufes der Maschine erforderlichen Brennstoffmenge entspricht, und gleichzeitig die Brennstoffpumpe zur Lieferung einer etwas grösseren Brennstoffmenge als der Leerlaufbrennstoffmenge eingestellt, wobei, entsprechend der zunehmenden Beschleunigung der Maschine, das Regelorgan stetig die Drosselung der Ansaugluft vermindert und den Lieferungsgrad der Brennstoffpumpe in der zur Erreichung der vollen Drehzahl der Maschinen erforderlichen Weise ändert.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung dient ein solcher Regler, an Stelle des in Fig. 2 veranschaulichten Reglers L, auch zur Regelung der maximalen Leistung bei verschiedenen Drehzahlen.
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mit einem Regelkörper 4 für die Brennstoffmenge verbunden, welcher Regelkörper durch ein Profil 5 wirksam ist, das durch Versuche bestimmt wird. Der Regelkörper 4 ist einerseits durch eine Stange 6 mit einem Hebel 7 und anderseits durch eine Stange 13 und einen Hebel 10 mit der im Saugrohr 12 angeordneten Drosselklappe 11 verbunden.
Die Anordnung ist so getroffen, dass die Verbindung mit der Drosselklappe 11 unter Vermittlung eines an der Drosselklappe angreifenden Hebels 10 hergestellt ist, mit dem die Stange 13 unter Vermittlung eines Zapfens 14 nachgiebig unter Zwischenschaltung
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und dem Drosselklappenarm 10 in gewissen Lagen des Winkelhebels 7.
Das Profil 5 wirkt mit einer auf einer Stange 16 sitzenden Rolle 17 zusammen, wobei die Stange 16 in einer in der Figur nicht gezeichneten Weise mit dem die Mengenleistung der Brennstoffpumpe regelnden Organ verbunden ist.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende : 1m Ruhezustand der Maschine ist der Regler in der mit 1 bezeichneten Stellung. Bei jener Drehzahl nun, bei welcher die beim Anlassen wirkende Drosselung aufhört, also das Drosselventil 11 sieh in seiner ganz offenen (in der Zeichnung stark ausgezogenen) Lage befindet, nimmt der Regler die
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offene Lage 11 verstellt.
Zum besseren Verständnisse der Erfindung sei angenommen, dass der Motor 1000 Umdrehungen ausführt. Die Lage 11 soll z. B. bei 300 Umdrehungen eintreten, d. i. jene Drehzahl, bei welcher das Schwungrad bereits die ganze Verdichtungsarbeit überwindet.
Die Lage 111 des Reglers entspricht der maximalen Drehzahl 1000.
Während der Regler von der Lage Il in die Lage 111 ausschlägt, wird nur der Regelkörper 4 für die Brennstoffmenge verstellt und durch das Profil 5 die maximale Brennstoffmenge der jeweiligen Drehzahl entsprechend geregelt.
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Die Lage 11 des Drosselventils stimmt mit der Lage 7/7 überein. Der Hebel 10 liegt nämlich am Kopfe 9 auf und kann durch die Feder 15 nicht weiter verstellt werden.
Wenn die Drehzahl der Maschine sieh vergrössern will, weil die Belastung kleiner wird, dann sehlägt der Regler von der Lage 111 gegen die Lage IV aus und der Brennstoffregelkörper 4 : verkleinert die Brennstoffmenge, während der Hebel 7 die Stange 8 nach oben verstellt und das Drosselventil abschliesst.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Regelung von Einspritzmaschinen für verschiedene Drehzahlen, insbesondere von Fahrzeugeinspritzmasehinen, dadurch gekennzeichnet, dass bei Rollbelastung die bei verschiedenen
Drehzahlen in den Zylinder eingespritzte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der in den Zylinder gelangenden Luftmenge, hingegen bei kleineren Belastungen die Luftzufuhr in Abhängigkeit von der durch den Führer willkürlich verminderten Brennstoffzufuhr geregelt wird.