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Vorrichtung zur Regelung des Einblasedruckes bei Verbrennungskraftmaschinen.
Die Erfindung betrifft solche Verbrennungskraftmaschinen, bei denen der Brennstoff in zuvor vom Arbeitskolben verdichtete und dadurch erhitzte atmosphärische Luft unter einem gewissen Luftüberdruck, dem sogenannten Einblasedruck, in fein verteiltem Zustand eingeblasen wird und sich an der erhitzten Luft selbst entzündet. Während der Enddruck der im Zylinder verdichteten Luft lediglich durch das Verhältnis des Verdichtungsraumes zum ganzen Zylinderraum bestimmt ist, also theoretisch weder von der Umlaufszahl, noch von der jeweiligen Belastung der Maschine beeinflusst wird, hängt der Einblasedruck sowohl von der Umlaufszahl als auch von der jeweiligen Belastung der Maschine ab und muss in beträchtlichen Grenzen geändert werden.
Denn bei zu hohem Einblasedruck stösst die Maschine, es erfolgen auch die Zündungen bei kleiner Belastung nicht mehr sicher, bei zu niedrigem
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das Verrussen der Ventile usw. entstehenden Betriebsanständen.
Die Erfahrung lehrt nun, dass die Zunahme des günstigsten Einblasedruckes im quadratischen Verhältnis zu der Zunahme der Umlaufszahl der Maschine steht. Ist z. B. bei einer Umlaufszahl von 200 in der Minute der günstigste Einblasedruck gleich (p + 10) at,
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unter veränderlicher Last arbeiten, wie z. B. Schiffs-und sonstige Fahrzeugmaschinen, ist es unbequem und, namentlich beim Manövrieren, sogar unmöglich, den erforderlichen Einblasedruck jeweils schnell und sicher von Hand einzustellen. Es ist daher eine Vorrichtung erwünscht, die den Einblasedruck in gleichzeitiger Abhängigkeit sowohl von der Umlaufszahl als auch von der Belastung der Maschine selbststätig, stetig und gesetzmässig ändert.
Nach der Erfindung wird der Einblasedruck in Abhängigkeit von der Fliehkraft umlaufender Schwungkörper geregelt, jedoch so, dass die Fliehkraft der Schwungkörper unmittelbar, d. h. ohne Verstellung von Zwischengliedern, wie Gewichten oder Federn, den Einblasedruck beeinflusst.
Die Zunahme der Fliehkraft einer umlaufenden Masse steht bekanntlich im quadratischen Verhältnis zu der Zunahme ihrer Umlaufszahl, Setzt man nun die durch die Drehung
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Weise durch eine Gewichts-oder Federbelastung bestimmtes Mindestmass andrerseits ins Gleichgewicht. so ist bei zunehmender Umlaufszahl ein im quadratischen Verhältnis dazu zunehmender Einblasedrucküberschuss notwendig, um der Fliehkraft jeweils das Gleichgewicht zu halten. Ändert man ferner in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung der Maschine, d. h.
in Abhängigkeit von der Brennstofförderung, das Verhältnis der Hebelarme, an denen einerseits die Fliehkraft der umlaufenden Schwungkörper, andrerseits der Einblasedrucküberschuss über sein festgesetztes Mindestmass wirkt, so wird damit die dem Einblasedruck entgegenwirkende, von demselben im Gleichgewicht zu haltende Kraft und damit der Einblasedruck selbst verändert.
Es werden also erstens der Umstand, dass die Maschine mit wechselnder Umlaufszahl fährt und dadurch die Fliehkraft der von ihr in Umdrehung versetzten Schwungkörper sich verändert, und zweitens der Umstand, dass mit wechselnder Belastung der Maschine auch die Brennstofförderung wechselt und dadurch zugleich das Verhältnis der Hebelarme, an deren Enden die Fliehkraft einerseits und der einzustellende Einblasedrucküberschuss andrerseits wirken, verändert werden kann, zur Regelung des Einblasedruckes benutzt.
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Abhängigkeit sowohl von der Umlaufszahl als auch von der Belastung der Maschine durch Vermittlung ein und desselben Organs liegt der Kern der Erfindung.
Eine Ausführungsform ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Das Druckminderorgan a steht auf seiner Hochdruckseite b mit dem Einbl. tsegefäss in Verbindung, das zweck-
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mässigerweise ständig mit dem höchsten benötigten Einblasedruck gefüllt gehalten wird. Du Niederdruckseite c des Druckminderorgans steht mit der zu den Brennstoffventilen der einzelnen Zylinder führenden Einblaseleitung in Verbindung. Die Hochdruckseite ist vollkommen entlastet ; eine von aussen auf Verstellung des Kolbenschiebers i hinwirkende Kraft findet daher ihren Widerstand nur in dem auf die Fläche f wirkenden Druck.
Die Feder g hat das Bestreben, die Öffnungen d freizulegen ; wird nun das Absperrorgan h geöffnet, so wird der Kolbenschieber i die OSungen d abschliessen, sobald auf die Fläche f ein Druck wirkt, der der Federkraft das Gleichgewicht hält, d. h. durch die Feder wird, wie bekannt, ein bekanntes Mindestmass des Einblasedruckes eingestellt, theoretisch der Umlaufszahl o und der Belastung o entsprechend.
Dreht sich die Maschine und mit ihr die Welle w, die ihrerseits die Schwungkörper m in Umdrehung versetzt, so wird die dadurch hervorgerufene Fliehkraft der Schwungkörper m, die durch Vermittlung der Winkelhebel l und des Drucklagers k auf den Kolbenschieber i übertragen wird, die Wirkung der Feder g unterstützen, sofern die Fliehkraft an der Welle w ein Widerlager findet. Letzteres wird durch die Hülse e gebildet.
Während nun die Belastung des Kolbenschiebers i durch die Feder g unverändert bleibt, nimmt die von der Fliehkraft der Schwungkörper m herrührende Belastung mit dem Quadrat der Umlaufszahl zu ; damit wird ein in demselben Verhältnis zunehmender Druck auf die Fläche f nötig, um der Belastung des Kolbenschiebers i das Gleichgewicht zu halten, d. h. der Einblasedruck nimmt ebenfalls im Quadrat der Umlaufszahl zu. Dabei ist natürlich Voraussetzung, dass der Druck im Einblasegefäss stets mindestens ebenso hoch ist, wie der jeweils benötigte Einblasdruck.
Da die bei der Regelung auftretenden Hübe des Schiebers i sehr klein sind, so ist die damit verbundene Änderung der Federkraft ohne Belang ; sie wird auch zum Teil durch die mit der Entfernung der Schwungkörper von ihrer Drehachse wachsende Fliehkraft aus-
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kann die Einstellung innerhalb gewisser Grenzen auch durch die Mutter x erzielt werden, wie weiter unten beschrieben.
Der Hebel list doppelarmig ; sein Drehpunkt ist n. Dieser Drehpunkt ist verschiebbar angeordnet. Der bei p an der Hülse e gelagerte Winkelhebel q steht durch den Lenker r in Verbindung mit der Muffe o ; wird die Muffe o vorgeschoben, so wird damit auch der Drehpunkt n verschoben. Es wird also das Verhältnis der Hebelarme, an denen einerseits die Fliehkraft, andrerseits der dieser das Gleichgewicht haltende Teil des Einblasedruckes wirkt, verändert. Die Verschiebung der Muffe o und damit des Drehpunktes n wird von der Regelwelle s, die sich bei Belastungsänderung dreht, abgeleitet, beispielsweise durch Vermittlung der Kurbel t, der Stange u und des Hebels v.
Durch die Verschiebung des Hebeldrehpunktes n wÎ1d demnach eine Veränderung des Einblasedruckes in Abhängigkeit von der Belastung der Maschine erreicht.
Da der Einblasedruck bei steigender Belastung zuerst rascher, dann langsamer zunimmt, so wird diesem Umstand durch die Anordnung des die Verschiebung der Muffe o bewirkenden Getriebes Rechnung getragen, etwa in der in der Zeichnung angedeuteten Art. Hier entspricht der Zunahme der Belastung von Leerlauf bis Halblast ein grösserer Muffenweg als der Zunahme der Belastung von Halblast bis Höchstlast. Durch Veränderung der Länge der Stange u mittels der Stellmutter x ist eine genaue Einstellung von Hand, auch während des Betriebes möglich.
Da die Hebel l an der auf der Welle w verschiebbaren Muffe s gelagert sind und die bei der Regelung auftretenden Schieberhübe, wie oben erwähnt, sehr klein sind, so entsteht keine nennenswerte, auf Verschiebung von n hinwirkende radiale Komponente ; daher braucht das die Verschiebung der Muffe o bewirkende Getriebe nicht notwendigerweise selbsthemmend zu sein. Der Drehpunkt n wird zur Verminderung der Reibungsarbeit beim Verschieben zweckmässig als Kugel oder Rolle ausgebildet.
Durch die beschriebene Vorrichtung wird also jeder Umlaufszahl und jeder Belastung der Maschine ein bestimmter, der für die Verbrennung günstigste Einblasedruck zugewiesen ; dabei können sowohl Umlaufszahl als auch Belastung völlig unabhängig voneinander steigen oder sinken.
Zum Schlusse seien die kennzeichnenden Merkmale der vorliegenden Erfindung nochmals im Zusammenhange angeführt : 1. Zur Regelung des Einblasedruckes wird die auf das Druckveränderungsorgan einwirkende, durch den jeweils einzustellenden Einblasedruck im Gleichgewicht gehaltene Fliehkraft umlaufender Schwungkörper benutzt.
2. Die Regelung des Einblasedruckes in gleichzeitiger Abhängigkeit sowohl von der Umlaufszahl als auch von der Belastung der Maschine erfolgt von ein und demselben Organ aus unter auschliesslicher Vermittlung der Fliehkraft umlaufender Schwungkörper.
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3. Die Regelung des Einblasedruckes in Abhängigkeit von der Umlaufszahl erfolgt durch die im Quadrat der Umlaufszahl wachsende Fliehkraft umlaufender Schwungkörper, die Regelung in Abhängigkeit von der Belastung erfolgt durch Veränderung der Hebelarme, an denen einerseits die Fliehkraft, andrerseits der durch dieselbe im Gleichgewicht gehaltene Überschuss des Einblasedruckes über das am Druckminderorgan eingestellte Mindestmass wirkt.
4. Die gesamte Fliehkraft der umlaufenden Schwungkörper wird dazu verwendet, den jeweils erforderlichen Einblasedruck einzustellen, während bei den gewöhnlichen Fliehkraftreglern die Fliehkraft der umlaufenden Schwungkörper einer Gewichts-oder Federbelastung das Gleichgewicht hält und nur der positive oder negative Überschuss über diese Belastung zu einer Verstellung der Regelung verwendet wird.
5. Der Fliehkraftregler hat keinerlei Einfluss auf Gang und Füllung der Maschine, wie dies die Aufgabe der gewöhnlichen Fliehkraftregler ist, sondern er steht seinerseits unter dem Einfluss der Umlaufszahl und der Belastung der Maschine und verändert lediglich den Einblasedruck, also ein weder Gang noch Füllung der Maschine beeinflussendes Element.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Vorrichtung zur Regelung des Einblasedruckes bei Verbrennungskraftmaschinen in Abhängigkeit von der Fliehkraft umlaufender Schwungräder, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraft der Schwungräder unmittelbar, d. h. ohne Verstellung von Zwischengliedern, wie Gewichte oder Federn, den Einblasedruck beeinflusst, so dass die Änderung der Fliehkraft und die Änderung des Einblasedruckes einander das Gleichgewicht halten.