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Vorrichtung zur Regelung des Drosselorganes zum Lufteintritt eines Brennkraftmotors für Gas- und insbesondere Zweistoffbetrieb
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung des Lufteintritts-Drosselorgans einer Brennkraftmaschine für Gas-und insbesondere Zweistoffbetrieb, bei der Brenngas und Luft in einem Mischraum zusammengeführt werden und das Drosselorgan servomotorisch unabhängigkeit von der Brennstoff versorgung der Maschine gesteuert wird.
Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art ist eine mechanische Verbindung zwischen Regler und Luftklappen mit entsprechender Handeinstellmöglichkeit vomanden. Eine solche Einstellung des Gestänges ist notwendig, wenn der Motor nicht mehr im richtigen Betriebspunkt läuft, z. B. beiveiändeitsnatmospha- rischen Verhältnissen (wie sie etwa bei Änderungen der Höhenlage über Meer oder bei Klimaänderungen vorkommen) oder bei geänderter Betriebsdrehzahl.
Bei andern bekannten Vorrichtungen zur Regelung des Lufteintritts-Drosselorgans wird zwar eine mit einer Rückführung versehene Servosteuenmg der Drosselklappe benutzt. Aber bei diesen vorbekannten Brennkraftmaschinen handelt es sich um übliche Einstoff-Brennkraftmaschinen, wogegen sich die Erfindung ihrem Wesen nach auf eine Zweistoff-Brennkraftmaschine bezieht, bei der sich eine richtige Steuerung der Drosselklappe infolge des unterschiedlichen Verhaltens der beiden verschiedenen Brennstoffe wesentlich schwieriger gestaltet.
Die Erfindung bezweckt die erwähnte Anpassung an die besonderen Betriebsbedingungen zu erleichtern und innerhalb bestimmter Grenzen selbsttätig vor sich gehen zu lassen, mit dem Ziel, eine besonders gute Ausnützung des Motors, sowie eine bessere Brennstoff-Ökonomie zu erreichen. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der hinter dem Drosselorgan liegende Teil der Luftansaugleitung in an sich bekannter Weise mit dem nicht an die Atmosphäre angeschlossenen Raum einer elastisch nachgiebigen, federbelasteten Druckdose verbunden ist, deren Dehnbewegungen zur Rückführung des Steuerschiebers der Servostenerung dienen,
und dass die an die Gas- und Öl-Servosteuenmg der Maschine angeschlossenen und zur überlagerten Steuerung des Steuerschiebers dienenden Gestänge je einen zur vorherbestimmten Beein- flussung jeder einzelnen Überlagerungskomponente dienenden Nocken aufweisen. Der Erfindungsgegen- stand ermöglicht nun eine theoretisch genaue Steuerung der Drosselklappe einer Zweistoff-Brennkraftma. - schine, wobei alle Möglichkeiten einer Zweistoffversorgung genau berücksichtigt sind.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen Fig. l das Regulierschema eines Zweistoffmotors, Fig. 2 eine Variante zu diesem Schema, Fig. 3 eine Belastungscharakteristik.
In dem in Fig. l dargestellten Regulierschema bezeichnet 1 einen Zylinder einer im Viertakt und mit Zündstrahl arbeitenden Zweistoff-Brennkraftmaschine, 2 den zugehörigen Zylinderdeckel, 3 das Einlassventil, 4 die Einspritzdüse und 5 die Nockenwelle. Die Einlass- und Mischorgane für Luft und Gas sind rechtsseitig des Zylinderdeckels 2 angeordnet. Jeder Zylinder besitzt sein eigenes Gas-Luft-Mischgehäu- se 6, das am Zylinderdeckel 2 befestigt ist und mit dem für alle Zylinder gemeinsamen Luftzuführung rohr oder Kollektor 7 verbunden ist. Im Mischrohr befinden sich die Luftdüse 8 und der Mischring 9 und auf ihm sitzt ferner das Gehäuse 10 des Gaseinlassventils 11. Seitlich mündet das Ventilgehäuse 10 in den
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Gaszuführungskanal 12.
Die Luft-Gasmischung im Mischraum 6a ist somit dem Gasdosierungsorgan unmit- telbar nachgeschaltet und ist als konzentrischer Ejektor mit innenliegender Luftdüse ausgebildet, was die Mischung zwischen Gas und Luft begünstigt. Das Gasventil 11 wird hydraulisch betätigt, wozu auf dem Gehäuse 10 ein Zylinder 13 mit dem Arbeitskolben 14 vorhanden ist.
Die Betätigung der Gasventil-Hubgeberpumpe 15 und der Brennstoffeinspritzpumpe 16 der einzelnen Zylinder erfolgt über Nocken 17,18 der Nockenwelle 5. Der Gasnocken 17 erteilt während der Ansaugperiode dem Kolben 20 eine Hubbewegung. Bei Überdeckung der Füllbohrung 21 durch die schräge Steuerkante 24 fördert der Kolben 20 Steueröl durch die Leitung 19 und stösst das Gasventil 11 auf. Der Kolben 20 kann durch die Zahnstange 23 innerhalb bestimmter Grenzen verdreht werden, und die schräge Steuerkante 24 schliesst dann die Füllöffnung 21 früher oder überhaupt nicht ab. Dementsprechend kommt volle, teilweise oder keine Förderung von Steueröl nach dem Empfängerzylinder 13 zustande, womit der Hub des Gasventils 11 variabel wird. In ähnlicher Weise arbeitet die Brennstoffpumpe 16 mit der Zahnstange 28 zusammen.
Die Zahnstangen 23 und 28 sind durch die Hebel 29, 30. die Regulierwellen 31, 32, sowie die Hebel 33,34 und 35, 36 mit dem Regler verbunden, der im Reglergehäuse 37 untergebracht ist.
Mittels des Steuerrades 38 wird der Regulator von Hand eingestellt und somit auch die Zufuhrung des Gases und Dieselöls zu den Motorzylindem.
Die Übertragung der vom Regler verursachten Steuerbewegungen auf die Drosselklappe 40 zum Lufteintritt der Brennkraitmaschine erfolgt ebenfalls servomotorisch. Hiezu sind die auf den Reglerwellen 31, 32 aufgekeilten Hebel 41,42 mit den Enden der zweiarmigen Hebelchen 43, 44, deren Gegenenden mit dem Hebelchen 45 und dieses mit dem oberen Hebelchen 46 verbmidea. Das linke Ende des letz-
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den Servo-Steuerschieber 47 übertragen können. Je nach der Plchtung der Steuerbewegungen tritt dann Steueröl vom Öleintritt 48 nach der oberen oder unteren Leitung 49 bzw. 50 und verschiebt den Servokolben 51 nach abwärts oder aufwärts, was eine entsprechende Drehbewegung der Drosselklappe 40 nach sich zieht.
Zur Rückführung des Steuerschiebers 47 in seine ursprüngliche Lage ist ein besonderer Apparat mit
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BrDruckdose 52. auf der mit luftdichtem Abschluss der Federteller 53 sitzt, de : seinerseits von einer oberen und einer unteren Feder 54,55 gehalten ist. Der Innenraum der Dmckdoze 52 ist über die Öffnungen 56, 56'mit der Atmosphäre verbunden, wogegen deren Attssemaum über die Leitung 57 an den Luft - leitungskollektor 7 angeschlossen ist.
Tritt z. B. eine Belastungserhöhung des Motors auf, so führt de : Gastegnie'hebel 35 eine Verdrehung nach links aus und bewirkt über die Servoverstellung eine Linksverdrehung der Drosselklappe 40, also ein stärkeres Öffnen des Lufteintrittes. Die Drosselung des Luftdurchtrittes vermindert sich deshalb und damit
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DruckabsenkungDruckerhöhung-im Kollektor auf die Druckdose 52 überträgt, senkt sich der Zwischenteller 53 und bringt den Steuerschieber 47 des Servomotors nach einigen Pendelungen in seine Nullage zurück. Die Luftzufuhrleitung 7 ist somit vorgesehen, durch den in dieser herrschenden Druck auf den Steuerschieber 47 des Servomotors im Sinne einer Rückführung zu wirken und somit auch auf das Drosselorgan 40.
In umgekem- ter Richtung verläuft die Regulierung, wenn sich die Motorbelastung vermindett.
Als Auswirkung dieser besonderen Rückfuhrungsart ergibt sich somit, dass der für eine bestimmte Belastung zugeordnete Luftdruck in der Luftzufuhrleitung des Motors selbsttätig übsMacht wird. Hiebei wird eine drehzahlunabhängige Gemischbildung erreicht, was besonders für das Beschleunigungsvermögen des Motors wichtig ist. Für den Fall, dass die Belastung des Motors einem erheblich veränderten mittleren Ba-
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dertem mittlerem Barometerstand arbeiten muss wie bei Verlegung der ganzen Anlage m eine höhere oder tiefere Lage über Meer, würden die Grenzen überschritten, innerhalb welcher die Regelung der vorgeschriebenen Luftdruckwerte pLK im Kollektor 7 selbsttätig eingehalten wird.
Die Regelung kann bei solchen veränderten Verhältnissen umgestellt werden, indem'eine passende Verschiebung der Ausgangslage des Federtellers 53 und somit der Dmckdose 52 durch eine kleine manuelle Einstellung eines Federspan- nungsgliedes in Form einer Schraube 58 vorgenommen wird. An Stelle des manuell einstellbaren Glie- de : 58 könnte grundsätzlich auch ein selbsttätig wirkendes Verstellorgan vorgesehen werden. Dieses musste sowohl dem veränderten atmosphärischen Luftdruck als auch der veränderten Umgebungstemperatur der Atmosphäre entsprechen.
Als Variante des Druckdosenapparates können gemäss Fig. 2 an Stelle des Gestänges 43, 44 Kurbelarme 60,61 mit Nocken 62, 63 verwendet werden. Mit diesen können dann auch nichtlineare Abhängig-
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keiten eingehalten und eine frei wählbare Charakteristik des Druckverlaufes verwirklicht werden. So kann z.
B. für einen reinen Gasmotor die Charakteristik nach den in Fig. 3 festgelegten Kurven zugrunde gelegt werden, nach welchen inAbhängigkeit von der gewollten spezifischen Kolbenbelastung Pme die auf die Verbrennung bezogene Luftüberschusszahl #g und der absolute Luftdruck pLK In der Luftzuführleitung ? im Vemältni : zwn herrschenden Barometerstand Bo oder zum Ausgangsdruck PGeb. eines Aufladegebläses festgelegt sind.
Aus dem Diagramm ist zu ersehen, dass sich bei einem Zweistoffbetrieb mit veränderten Brennstoffanteilen eine, ganze Kurvenschar von Charakteristiken für den Druckverlauf pLy, im Luftansaugrohr bzw.
Kollektor ? ergibt. So zeigt z. B. - über veränderlichem pme aufgetragen - die Kurvenschar 1 den Druck- verlaufp bei unterschiedlichen, jedoch jeweils konstanten Brennstoffanteilen, und die Kurvenschar 3
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uf PLKKmvenschar 2 zeigt schliesslich-bei jeweils konstant gehaltenem Pme - die Abhängigkeit des Druckes im Luftansaugrohr von der Art der Verteilung der Brennstoffversorgung auf den einen oder den andern der beiden Brennstoffe an. Beim Umstellen des Betriebes auf eine andere Gasart können die Nocken einfach gegen anders geformte ausgewechselt werden.
Beim Wechselbetrieb, d. h. bei beliebigen Anteilverhältnissen von flüssigem und gasförmigem Brennstoff, muss der Luftdruck im Kollektor dem Verbrauch von beiden Brennstoffarten zusammen entsprechen.
Es kommt in diesem Fall die Regelung für flüssigen Brennstoff zusätzlich in Funktion, u. zw. über die vom Regler betätigten Glieder wie Hebel 34, Regulierwelle 32, Hebel42, Hebelchen 44 und Nocken 61.
Beide Brennstoffseiten beeinflussen nun die Stellung des Hebelchens 46 und somit des Steuerschiebers47.
Es tritt eine Überlagerung der Steuerbewegungen ein, die sich im Resultat auf die endgültige Stellung der Drosselklappe 40 auswirkt.
Anderseits wird beim Umstellen des Motors auf reinen Dieselbetrieb durch eine entsprechende, vom Machinisten vorzunehmende Drehung am Handrades die Zufuhr von Steueröl 64 aus dem Schmiersystem des Motors nach der Eintrittsöffnung 48 unterbrochen. Daraufhin hört jede Druckö ! übertragung auf den Servokolben 51 auf. Dieser wird selbsttätig durch die Feder 65 in seine obere Endlage gedrückt, wodurch sich die Drosselklappe 40 in ihre Offenstellung dreht und In dieser Stellung verbleibt. Der Motor arbeitet nun ohne irgendwelche zusätzliche Beeinflussung der Luftzufuhr.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Regelung des Lufteintritts-Drosselorgans einer Brennkraftmaschine für Gas- und insbesondere Zweistoffbetrieb, bei welcher Brenngas und Luft in einem Mischraum zusammengeführt werden und das Drosselorgan servomotorisch in Abhängigkeit von der Brennstoffversorgung der Maschine gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der hinter dem Drosselorgan (Drosselklappe 40) liegende Teil der Luftansaugleitung (Kollektor 7) in an sich bekannter Weise mit dem gegenüber der Atmosphäre luftdicht abgeschlossenen Raum einer elastisch nachgiebigen, federbelasteten Druckdose (52) verbunden ist, deren Dehnbewegungen zur Rückführung des Steuerschiebers (47) der Servosteuerung dienen, und dass die an die Gas-und Öl-Servosteuemng der Maschine angeschlossenen und zur überlagerten Steuerung des Steuerschiebers (47)
dienenden Gestänge je einen zur vorherbestimmten Beeinflussung jeder einzelnen Überlagerungskomponente dienenden Nocken (60 bzw. 61) aufweisen.
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