-
Verbrennungskraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine
mit einer Treibstoff-Luft-Gemischzuführung, die mit Hilfe eines Steuerorgans beeinflußbar
ist.
-
Bei Maschinen der vorstehenden Art besteht das allgemeine Probiem,
im Verhältnis zur abgegebenen Arbeit möglichst wenig Treibstoff zu verbrauchen,
den Energieinhalt des Treibstoffes also optimal auszunutzen und durch eine gute
Verbrennung zudem dafür Sorge zu tragen, daI3 die abgestossenen Abgase die AuBenluft
möglichst wenig verunreinigen und insbesondere mit für das menschliche Lsben sc-hädlichen
Stoffen anreichern. Im Rahmen der Einspritzmotoren, bei denen also das Gemisch erst
in den Brennkammern der Zylinder hergestellt wird, arbeitet man im allgemeinen mit
guten bis sehr guten Zylinderfüllungen, d. h.
-
die zur Kompression im Zylinder bereitgestellte Gasmenge hat eine
relativ hohle Dichte, was zu höheren Kompressionstemperaturen führt. Darüberhinaus
enthält die verhältnismäBig große Luftmenge entsprechend viel Sauerstoff was die
Verbrennungsverhältnisse verbessert. Die dadurch höhere Ausbeute des eingespritzen
Treibstoffes und die Möglichkeit der Dosierung der eingespritzten Treibstoffmenge
führen bei diesen Einspritzmaschinen zu einem im Vergleich zu Vergasermaschinen
geringeren Treibstoffbedarf. Die Dosierung ist allerdings grundsätzlich ein schwieriges
Problem, die erforderliche Anpassung an die jeweiligen Vertriebsverhältnisse lässt
sich nicht mit der für eine optimale Treibstoffersparnis erforderliche Genauigkeit
durchführen.
-
Vergasermaschinen sind hinsichtlich der Kraftstoffzuführunb wesentlich
einfacher und billiger aufgebaut, sie werden daher auch bevorzugt insbesondere für
Personenkraftwagen der kleineren und mittleren Klassen eingesetzt. Die Möglichkeit
der Benineinsparung bei Vergasermotoren ist aber gerade besonders gering.
-
Es wird grundsätzlich für alle Betriebsbereiche ein gleiches Verhältnis
von Treibstoff zu Luft zur Verfügung gestellt, die jeweils an den Motor abgegebene
Menge wird mit Hilfe einer vom Gaspedal betätigt Drosselklappe gesteuert. Unterhalb
der Drosselklappe entsteht ein Unterdruck, weil der Motor mit zunehmender Drehzahl
einen stärkeren Sog auf das nachströmende Gemisch ausübt. Je höher der Unterdruck
ist, um so geringer ist die auf den Rauminhalt des Zylinders bezogene Gasmenge.
Diese schlechte Zylinderfüllung bewirkt, daß bei der Kompremierung relativ wenig
Wärme entsteht, wodurch das Gemisch an sich schlechter entzünåbar wird. Nur die
relativ hohe Treibstoffmenge im Verhältnis zur Luftmenge stellt auch in diesem Falle
den Betrieb des Motors noch sicher. Diese Betriebsweise gewährleistet keine gute
Verbrennung, die im Treibstoff enthaltene Energie wird nicht voll ausgenutzt, die
Umwelt wird durch schädliche Abgase beeinträchtigt. Das mehr oder weniger stabile,
jedenfalls in keiner Weise gezielt beeinflusste Mischungsverhältnis kann optimale
Betriebsverhältnisse nur in einem bestimmten Drehzahlbereich sicher,stellenr außerhalb
dieses Die zahlbereiches ist die Zylinderfüllung beeinträchtigt, im oberen Bereich,
wie bereits vorstehend erläutert, im unteren Bereich wegen der aufgrund der niedrigen
Motordrehzahl geringen Druckdifferenz in den Räumen oberhalb und unterhalb der Drosselklappe
Zum besseren Verständnis ein Beispiel: Beschleunigt man beispielsweise aus dem Stand
auf eine Geschwindigkeit von 50 km/h, so muß man für den Beschleunigungszeitraum
die Drcsselklappe relativ weit öffnen,so daß die erforderliche Gemischmenge möglichst
st römungswide rs tands a rm in die Zylinderbrennkammern einströmen kann. Hat man
die gewünschte Geschwindigkeit von
50 km/h erreicht, so muß das
Gaspedal zurückgenommen werden, die Drosselklappe schließt sich bis auf nur einen
dünnen Durch gangsspalt. Damit erhöht sich aber der Strömungswiderstand für das
aufgrund des immer noch geringen Druckunterschiedes angesogene Gemisch ganz erheblich,
wodurch die einströmende Menge verringert wird.
-
Es wurde bereits versucht, die zuzuführende Treibstoffmenge in Abhängigkeit
von der Drosselklappenstellung zu beeinflussen, beispielsweise dadurch, daß der
Querschnitt der Vergaserhauptdüse durch ein direkt von der Drosselklappenstellung
beeinflusstes Element verringert oder vergrössert wurde. Weitere Versuche gingen
dahin, in der Treibstoffleitung vor der Düse eine stufenweise Änderung des Zuflußquerschnittes
vorzusehen.
-
Diese lange zurückliegenden Versuche wurden aufgegeben, weil praktisch
verwertbare Ergebnisse in Richtung Treibstoffersparnis bzw. Verbrennungsverbesserung
nicht erzielt wurden.
-
Mit der vorliegenden Erfindung soll den vorstehend geschilderten Unzulänglichkeiten
begegnet werden; bei besserer Verbrennung und damit geringerem Anfall an schädlichen
Abgasen soll der Treibstoffverbrauch vermindert und die Arbeitsweise der Maschine
insbesondere in Bereichen gleichbleibender Belastung schonender und geräuscharmer
gestaltet werden.
-
Ausgehend von einer'Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten
Art wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Gemischverhältnis von Treibstoff
zu Luft in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerorgans und der Abtriebsdrehzahl
der Kraftmaschine regelbar ist.
-
Diese Regelung des Mischungsverhältnisses erlaubt es in optimalar
Weise, eine von der Drehzahl der Maschine möglichst weitgehend unabhängige, gleichbleibend
gute Brennkammerfüllung
sicherzustellen, deren Energieinhalt durch
.0nderung des Mischung verhältnisses von Luft zu Treibstoff an die jeweiligen Betrieb
verhältnisse bzw. abverlangten Drehmomente genau angepasst werden kann. Die gute,
d. h. mit möglichst gleicher Gasdichte unabhängig von der Maschinendrehzahl erfolgende
Füllung stellt eine Rompressionswalme sicher, die auch noch ein sehr abgemagertes
Luft-Treibstof+'gemisch zündet. Die Verbrennung des sehr abgemagerten Gemisches
erfolgt dabei weniger explosionsartig als über einen gewissen Zeitraum hinweg, wodurch
sich die Kraft der aufgrund der Verbrennung erwärmten Luft ueber einen längeren
Weg hinweg auf das anzutreibende Aggregat auswirken kann; Stoßbelastungen werden
gemildert, es ergibt sich insgssamt ein die Maschine schonender, geräuscharmer Betrieb.
Über die genaue, an den jeweiligen Kraftbedarf der Maschine angepasste Dosierung
des Gemisches hinaus führen die geschilderten Verbrennungsverhältnisse1 die insbesondere
außerhalb von Phasen hoher Beschleunigung, steil ansteigender Wegstrecken und/oder
starken Gegenwindes und dgl. auftreten, zu einer besonders guten Verbrennung des
Treibstoffes, dessen Energieinhalt damit optimal ausgenutzt und dessen umweltfeindliche
Verbrennungsrückstände entsprechend herabgedrückt werden können. Neben der Treihstoffersparnis,
dessen besserer Verbrennung und dem wesentlich weicheren Lauf der Maschine lassen
sich auch höhere Drehzahlen erreichen, was wiederum auf die gute Brennkammerfüllung
zurückzuführen ist.
-
Der Übergang von der herkömmlichen Steuerung der Menge des Gemisches
etwa konstanten Verhältnisses auf die Steuerung des Gemischverhältnisses bei etwa
gleichbleibend zugeführter Gemischmenge bedingt, daß der Durchtrittsquerschnitt
für das Gemisch im Bereich der Drosselklappe erheblich grösser gewählt werden kann
als bei herkömmlichen Vergasern.
-
Würde man das Treibstoff-Luftgemischverhältnis lediglich in Abhängigkeit
von dem Steuerorgan für die Geschwindigkeit, beispiels
waise dem
Gaspedal, abhängig gestalten, so wäre es in der Beschleunigungsphase grundsätzlich
erforderlich, dieses Steuerorgan im Sinne einer höheren Geschwindigkeit zu betätigen
als diejenige, die man am Ende des Beschleunigungsvorganges anstrebt'.
-
Bei Erreichen der gewünschten Drehzahl müsse das Steuerorgan entsprechend
zurückgenommen werden, um ein weiteres Beschleunigen zu verhindern und die gewünschte
Drehzahl einzuhalten. Es tritt demnach in der Beschleunigungsphase einerseits und
der Phase konstanter Maschinendrehzahl andererseits eine unterschiedliche Stellung
der Drosselklappe auf, was einen mehr oder waniger abrupt unterschiedlichen Strömungswiderstand
für das der Maschine zugeführte Gemisch zur Folge hat. Auf diese Weise lässt sich
die angestrebte optimale Brennkammerfüllung nicht sicherstellen. Darüberhinaus muß
die angestrebte Nenngeschwindigkeit immer wieder durch Korrekturen mit dem Steuerorgan
nachgesteurt werden, was insbesondere im Falle eines Gashabels nur in recht grobem
Umfang möglich ist. Eine den jeweiligen Verhältnissen entsprechende genaue Dosierung
des Cemischverhältnisses in dem angestrebten Unifang ist damit nicht möglich.
-
Würde man dagegen das Gemischverhältnis nur von der Maschinendrehzahl
abhängig machen, so könnte man zwar erreichen, daß die Maschine bei durch das Steuerorgan
vorgegebenar Nenndrehzahl sslbsttätig verbleibt, doch ergeben sich sehr ungünstige
Beschleunigungsverhäitnisse, weil die Maschine bei auf Nenndrehzahl singestelltem
Steuerorgan nach einer stark degressivan Beschleunigungskurve auf die Drehzahl hoch
läuft. Bereits während des Hochlaufens führt die Drehzahlabhängigkeit dazu, daß
das Gemisch fortlaufend abgemagert wird. Um ein zügiges Beschleunigen zu erreichen,
wird auch in diesem Falle das Steuer organ übsr die der angestrebten Drehzahl entsprechende
Stellung hinaus betätigt werden, so daß sich wiederum die ungünstigen Verhältnisse
ergeben, die vorstehend im Zusammenhang mit der
Beschleunigung hinsichtlich
einer Gemischverhältnissteuerurlg ausschließlich in Abhängigkeit von dem Steuerorgan
geschildert wurden.
-
Die erfindungsgemäß vorgesehene Abhängigkeit der GemIs.chvsrhältnissteuerung
sowohl von der Stellung des Steueroranes als auch von der jeweiligen Drehzahl der
Maschine erlaubt es, die Maschine jeweils bis zu der durch die Stellung des Steuerorgans
vorgegebenen Nenngeschwindigkeit mit konstanter Beschlnunigung hochiaufen zu lassen.
Auf diese Weise ergeben sich gute B-schleunigungsverhältnisse bei der gleichzeitigen
Möglichkeit, das Steuerorgan, beispielsweise das Gaspedal, während der Beschleunigungsphase
und der sich daran anschließenden gezvünsehten Drehzahl in der gleichen, dieser
gewünschten Drehzahl entsprechenden Stellung zu halten. Dies führt zu entsprechend
unveränderten Strömungsverhältnissen für das der Maschine zuzuführende Gemisch.
Das Hochlaufen der Maschine bis zu,*gewünschten Drehzahl geschieht selbsttätig,
das Konstanthalten dieser Drehzahl wird auch bei unterschiedlichen Fahrwiderständen
ebenfalls selbsttätig sichergestellt. Die Steuerung des Gemisches zur Konstanthaltung
der Drehzahl kann dabei wesentlich feiner ausgeführt werden, als dies durch ein
entsprechend korrigierendes Betätigen des Gaspedales möglich ist.
-
Die erfindungsgemäße Gemischverhältnisregelung eröffnet die Möglichkeit,
das Gemischverhältnis an verschiedene Betriebsbedingungen anzupassen. So kann man
insbesondere auf einfache Weise dafür scrgen, daß eine bestimmte festgelegte Höchstgeschwindigkeit
einstellbar ist, die auch bei daruberhinaus,gehender Betätigung des Gaspedales nicht
überschritten wird. Der Fahrer wird dadurch von der Überwachung der Fahrzeuggeschwindigkeit
durch Beobachten des Tachometers befreit. Weitere Einstellmöglichkeiten können in
Anpassung an die der Maschine abgsforderte Leistung vorgenommen werden, beispielsweise
bei Mitführan eines Anhängers. Schließlich lassen sich Temperatur-
Feuchtigkeits-
und dgl. Einflüsse erfassen-, und zwar auch selbsttätig durch entsprechend abhängige
Glieder in der Regeleinrichtung.
-
Die zur Steuerung des Mischungsverhältnisses dienende Regelgrösse
ist bevorzugt aus' der Differenz zwischen einer von der jeweiligen Stellung des
Steuerorgans abhängigen Sollgrösse und einer von der Abtriebsdrehzahl abhängigen
Istgrösse abgeleitet. Mit Hilfe der Regeigrösse kann die dem Gemisch zugeführte
Treibstoff menge gesteuert werden.
-
In besonders bevorzugter Ausführung wird die Steuerung der Treibstoffmenge
durch eine in die Durchtrittsöffnung einer Treibstoffdüse eingreifende Nadel gesteuert,
die sich konisch verjüngend ausgebildet ist und die mittels eines durch die Regelgrösse
gesteuerten Bauelementes axial verschiebbar ist.
-
Die Regeleinrichtung selbst kann mechanisch, hydraulisch, insbesondere
auch pneumatisch ausgeführt sein. In besonders bevorzugter Ausführung wird jedoch
eine elektrisch arbeitende Regeleinrichtung, eingesetzt. Diese zeichnet sich dadurch
aus, daß sie aus relativ billigen elektrischen Bauelementen erstellt werden kann,
sie nimmt nur einen geringen Raum ein und ist darüberhinaus weitgehend ortSgbhängig
anzubringen. Dies kommt vor allem auch der Absicht entgegen,- die Regeleinrichtung
bei bereits bestehenden Maschinen zum Einsatz zu bringen. Es bedarf dann lediglich
einer Veränderung an der Vergasereinrichtung od. dgl. und der Anbringung eines elektrischen
Bauelementes zur Umsetzung der Bewegung des Steuerorganes bzw.
-
der Drosselkiappe in eine sich entsprechend ändernde elektrische Grösse.
Soweit in die Regeleinrichtung bestimmte- Werte eingegeben werden sollen, beispielsweise
eine Höchstgeschwindigkeit oder eine Anpassung an eine bestimmte Belastung, lassen
sich entsprechende Betätigungselemente ohne Schwierigkeit im Zugriffsbereich
des
Fahrzeuglenkers anbringen.
-
Bei elektrischer Ausführung der Regeleinrichtung wird das die Nadel
in Abhängigkeit von der Regeigrösse steuernde Bau element bevorzugt durch eine in
Achsrichtung der Nadel versetzbar geführte Spule gebildet, die mit einem Dauermagnetsystem
magrietisc verknüpft ist. Die Halterung der Spule wird vorzugsweise durch spiralisch
abstrebende Federn gebildet, die in Achsrichtung der Nadel nachgiebig sind und die
Stromzuführung zu der Spule bilden.
-
Durch die spiralige Anordnung wird erreicht, daß bei Axi2lbewegung
der Spule dieser eine geringe Drehbewegung überlagert wird. Diese sich auc auf die
Nadel übertragende Drehbewegung wirkt einer Verstopfung der Düsenöffnung entgegen.
-
Zur Ableitung der Sollgrösse von dem Steuerorgan bzw. dem Gaspedal
dient vorzugsweise ein verstellbarer elektrischer Widerstand, der mit dem Steuerorgan
bzw. mit der Drosselklappe getrieblich verbundeh ist. Hierunter ist schlechthin
jede Art einer Verbindung zu verstehen, die bewirkt, daß der Widerstand in Abhängigkeit
von der Bewegung des Steuerorganes verstellt wird, so daß dessen jeweilige Einstellung
eine die jeweilige Stellung des Gaspedals bzw. der Drosselklappe wiedergebende elektrische
Grösse bestimmt.
-
Der Istwert der Abtriebsdrehzahl lässt sich durch das elektrische
Ausgangssignal eines elektromechanischen Wandlers darstellen, dessen mechanisches
Eingangssignal der Abtriebsdrehzahl proportional ist. Ein solcherelektromechanischer
Wandler kann beispielsweise ein Gleichspannungsgenerator sein, wie er in Verbindung
mit Drehzahlmessern bei Automobilen bereits Verwendung findet. Ist ein Drehzahlmesser
vorhanden, so lässt sich die Istwertgrösse von dem Ausgangssignal des zugehörigen
Gleichspannungsgenerators ableiten. Es lassen sich aber auch pulsierende Signale
ableiten, beispielsweise durch einen proportional zur Abtriebsdrehzahl der Maschine
sich drehenden Magneten,
der induktiv auf eine Spule einwirkt.
Noch einfacher und in bevorzugter Ausführung angewendet wird der Istwert von dem
Unterbrecherkontakt bzw. der Primärwicklung der Zündspule abgeleitet. Hierzu gibt
es eine Reihe von Möglichkeiten, eine ist in dem später beschriebenen Ausführungsbeispiel
wiedergegeben.
-
Ein pulsierendes Istwertsignal hat im Zusammenhang mit der vorerwähnten
Ausbildung der Treibstoffdosiereinrichtung als in die Treibstoffdüse hineinragende,
sich konisch verjüngende Nadel einen besonderen Vorteil. Die Nadel kann so dünn
ausgebildet sein, daß sie im Bereich der Düse vibriert, wodurch die kohäsionsintermolekulare
Kraft des Treibstoffes verringert und dessen turbulente Bewegung verstärkt wird.
Tritt der pulsierende Charakter des Istwertes auch in der Regelgrösse auf, so vollführt
die Spule entsprechende kleine Schwingungen um ihre jeweils eingenommene Verschiebestellung,
wodurch die Vibration der Nadel angeregt bzw. sichergestellt wird. Der die Düse
verlassende Treibstoff vergast besser, was zu einer ntensiveren und vollständigeren
Verbrennung beiträgt.
-
Mit Hilfe der Regeleinrichtung soll folgender Betrieb sichergestellt
werden: In Abhängigkeit von der Verstellung des Steuerorgans bzw. der Drosselklappe
wird die Stellung der Nadel in der Düse auf einen bestimmten, relativ grossen Düsenöffnungsquerschnitt
eingestellt, so daß relativ viel Treibstoff zur Vergasung freigegeben wird. Der
Motor beschlsunigt, während des Beschleunigungsvorganges bleibt die Nadel in der
vorerwähnten Ventilstellung. Erst kurz vor Erreichen der durch die Stellung des
Steuerorgans angegebenen Drehzahl wird die Nadel in Richtung eines kleineren Durchtrittsquerschnittes
in die Düsenöffnung hinein verschoben, wodurch die austretende Treikstoffmenge verringert
wird. Durch die Abmagerung des Gemisches verringert sich die Beschleunigung, bis
die Nenndrehzahl erreicht ist. In diesem Moment erreicht die Verschiebung der Nadel
in
die Schließstellung ihren Endpunkt. Der Drehzahibereich, bei dessen Durchschreiten
die Nadel von der vorgegebenen Anfangsstellung während der Beschleunigung in die
Stellung, die der Nenndrehzahl entspricht, verschoben wird, kann sehr klein gehalten
werden, so daß die Maschine praktisch bis in die jewe ls jeeils gewünschte Nenndrehzahl
hinein ein gleichbleibend fettes Gemisch erhält und entsprechend gleichmßlg beschleunigt.
Mit einer bevorzugt vorgesehenen elektrischen Regeleinrichtung lassen sich mit einfachen
Mitteln besonders hohe Empfindlichkeiten der Nadelsteuerung erzielen.
-
Es erscheint grundsätzlich möglich, aufgrund der Gemischverhältnissteuerung
auf die Drosselklappe schlechthin zu verzichten.
-
Die Drosselklappe stellt aber ein nicht zu unterschätzendes Sicherheitsmoment
dar, fällt nämlich die Regeleinrichtung aus, so kann man mit der Drosselklappe als
einziger Steuerung in etwa nach herkömmlicher Betriebsweise weiterarbeiten. Die
Anlage fällt also nicht wsgen eines Fehlers in der Regeleinrichtung aus, die der
Benutzer der Maschine, beispielsweise der Lenker eines entsprechend ausgerüsteten
Kraftfahrzeuges, selbst nicht beheben kann. Aus diesem Grunde ist bevorzugt dafür
zu sorgen, daß die Nadel unter dem Einfluß der wachsenden Regelgröße in die Schließ-1
stellung der Düse und unter der Kraft einer Rückstellfeder in die öffnungsstellung
beaufschlagt ist.
-
Die erfindungsgemäße Regelung des Gemischverhältnisses ist nicht auf
Vergasermaschinen beschränkt, sie läßt sich vielmehr bei allen Uerbrennungskraftmaschinen
mit Erfolg anwenden, bei denen sich ähnliche Probleme stellen, sei es auch nur im
Hinblick auf eine Verfeinerung der Steuerung des Gemischverhältnisses. Bei Einspritzmaschinen
beispielsweise kann man die unter konstantem Druck stehende Zuführung des Treibstoffes
zu den Pumpenräumen der Einspritzpumpen-Einrichtung mit Hilfe der geschilderten
Regel; einrichtung dosieren. Auf diese Weise verfeinert man die Steuerung der jeweils
eingespritzten Treibstoffmenge.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittdarstellung
durch einen Vergaser des Ausführungsbeispieles; Fig. 2 ein Schaltbild einer elektrischen-
Regeleinrichtung des Ausführungsbeispieles; Fig. 3 und 4 zwei vergrößerte Schnittansichten
einer Steuerei nrichtung für die Nadel der Düsenöffnungssteuerung gemäß Fig. 1.
-
Als Ausführungsbeispiel dient ein Otto-Motor mit einem Vergaser 1
weitgehend herkömmlicher Bauart, wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Der Vergaser 1 ist
in bekannter Weise mit einer Drosselklappe 2 ausgerüstet, die oberhalb eines Gemischausganges
3, der zu den Zylindern des Motors führt, und'unterhalb eines Mischraumes angeordnet
ist, in welchen die Lufteintrittsöffnung 4 und die Benzineintrittsöffnu,ng 5 münden.
-
Der Vergaser 1 ist in weiterhin herkömmlicher Weise mit einer Schwimmerkammer
6 ausge-rüstet, in- welche das Benzin von der Benzinpumpe eingegeben wird. Ein nicht
dargestellter Schwimmer hält den Benzinvorrat in der Schwimmerkammer in etw konstant.
Durch eine Austrittsöffnung 7 gelangt das Benzin aus der Schwimmerkammer 6 in einen
Raum 8 in Strömungsrichtung vor der Hauptdüse 9, durch welche die zur Austrittsöffnung
5 gelangende Benzinmenge hindurchströmt.
-
In die Öffnung der Düse 9 greift die Spitze einer Nadel 10 ein, die
sich von dem Raum 7 aus gesehen konisch verjüngt.
-
An ihrem anderen Ende ist die Nadel 10 an Haltestegen 11
festgelegt,
die stirnseitig an einer koaxial zu der Nadel 10 angeordneten Spule 12 gehalten
sind Auf diese Weise ist die Nadel 10 mit der Spule 12 starr verbunden. Die die
Nadel tragende Spule ist mit Hilfc mehrerer spiralig abstrebendr Federn mit einem
Geh,3useteil 1 derart verbunden, daß sie Rewegungen in ihrer Achsrichtung unter
elastischer Verformung der Federn ausführen kann. Die Spule 12 umgreift im übrigen
d Kern 15 eines Dauermagnetsystems mit an dem Kern 15 angeschlossenen, auf die Außenmantelseite
der S-pule 12 zuruckgefuhrten Jochen 16. Wird die Spule 12 von einem Gleichstrom
durchflossen, so bildet sich ein rnagnetisches Spulenfeld aus, -das mit dem Feld
des Dauermagneten derart verknüpft ist, daß die Spule 12 eine bestimmte Längsverschiebestellung
gegenüber dem Kern 15 des Dauermagnetsystems einnimmt. Es wird betont, daß die Darstellungen
nur skizzenhaften Charakter haben und insbesondere hinsichtlich der Grö!henordnungen
keine praktischen Verhältnisse wiedergében müssen.
-
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführung der elektrischen Regeleinrichtung
des Ausführungsbeispieles. Die Batterie 17 speist nach Schließen des Zündschloßkontaktes
18 die Reihenschaltung aus dem Unterbrecherkontakt 19 und der Prirnärwicklung der
Zündspule 20. Deren Sekundärwicklung ist in bekannter Weise über den Verteiler abwechselnd
mit den Zündkerzen verbunden.
-
Die Schaltfrequenz des Unterbrecherkontaktes 19 ist proportional zur
Abtriebsdrehzahl der Maschine. Die in der Primärwicklung der Zündspule 20 auftretenden,
durch den Unterbrecherkontakt erzeugten Impulse bilden somit eine GröBe, von der
sich der Istwert ableiten läßt.
-
Zu diesem Zweck ist in die Reihenschaltung aus dem Unterbrecherkontakt
19 und der Zündspule 20 die Primärwicklung eines Übertragers 21 eingeschaltet. An
den Ausgängen der Sekundärspule dieses Übertragers 21 tritt somit ein Wechselstromsignal
auf,
das proportional zu dem von dem Unterbrecherkontakt 19 erzeugten Impulssignal ist.
Die Ausgänge der Sekundärwicklung des Übertrages 21 sind auf die Endanschlüsse eines
verstellbaren Spannungsteiles 22 geschaltet, zwischen dessen Einstellglied und einem
Endanschluß eine einstellbare Teilgröße des Wechselstromsignals abgegriffen wird.
Dieses Wechselstromsignal wird nun mit Hilfe eines Graetz-Gleichrichters 23 gleichgerichtet
und in dieser Form einem Elektrolytkondensator 24 zugeführt, der an die GleichspannungsausgängE
des Gleichrichters 23 angeschlossen ist. An den Anschlüssen dieses Elektrolytkondensators
tritt demnach ein mehr oder weniger stark pulsierendes Signal auf, dessen Amplitude
proportional zu der Abtriebsdrehzahl der Maschine ist und damit den Istwsrt darstellt.
-
An die Batterie 17 sind nach dem Zündschloßschalter 18 zwei in Reihe
liegende Widerstände 25 und 26 als fester Spannungsteiler geschaltet; der Widerstand
26 ist ein verstellbarer Widerstand, dessen einer Endanschluß 27 an den Bezugspunkt
der Schaltung, hier der geerdete Batteriepol, geschaltet ist.
-
Der andere, mit dem weiteren Teilerwiderstand 25 verbundene Endanschluß
28 des verstellbaren Widerstandes 26 ist mit dem einen Anschluß des Elektrolytkondensators
24 bzw. dem einen GlsichstromanschluM des Gleichrichters 23 verbunden. An das Einstellglied
29 des verstellbaren Widerstandes 26 ist die Spule 12 und in Serie dazu ein stufenlos
einstellbarer Widerstand 30 geschaltet, dessen der Spule abgewandter AnschluB über
einen ersten Entkopplungsgleichrichter 31 mit dem Endanschluß 27 des verstellbaren
Widerstandes 26 einerseits und über einen zweiten Endkopplungsgleichrichter 32 mit
dem anderen Anschluß des Elektrolytkondensators 24 bzw. anderen Gleichstrompol des
Gleichrichters 23 andererseits in Verbindung steht.
-
Durch eine strichpunktierte Linie 33, die die Drosselklappe
2
mit dem Einstellglied 29 des verstellbaren Widerstandes 26 verbindet, soll symbolisiert
werden, daß die Stellung des Einstellgliedes 29 von der Stellung der Drosselklappe
bzw. des Gaspedales abhängt, d.h. das Einstellglied 29 wird von dem Gaspedal betätigt.
Die mit durchgezogenen Strichen dargestellte Drosselklappe 2 in Figur 1 zeigt die
Leerlaufstellung, dieser Leerlaufstellung entspricht dia mit ausgezogenem Strich
wiedergegebene Stellung des Einstellgliedes 29 in Figur 2. In dieser Betriebsstellung
wird der Motor nur von der nichtdargestel lten Leerlaufdüse gespeist. Aufgrund der
Leerlaufstellung des Einstellgliedes 29 erhält die Spule 12 ihrs rösste Spannung.
Die dieser grössten Spannung zugeordnete Verschiebelage der Spule ist in Figur 1
dargestellt, die Spule in Figur 1 und das Spule symbol in Figur 2 sind durch die
strichpunktierte Verbindungslinie 34 einander zum besseren Verständnis zugeordnet.
-
Der einstellbare Widerstand 30 dient der Feineinstellung der Spulenspeisung
und eriaubt darüberhinaus die Einstellung eines grundsätzlichen Vorgabewertes in
Abhängigkeit von der Belastung der Maschine, der Temperatur und dgl Der Widerstand
30 symbolisiert hier lediglich eine Widerstandsanordnung, die auch parallel zur
Spule liegende Widerstandselemente umfassen kann.
-
Mit einer solchen Widerstandsanordnung lässt sich die jeweils günstigste
Düsenöffnung praktisch über den gesamten Drehzahlbereich der Maschine hinweg so
nachbilden, daß. auch bei nichtlinearem Verlauf der diesbezüglichen Maschinencharakteristik
immer die günstigste Nadelstellung erreicht wird.
-
Soll der Motor beschleunigen, so wird mit Hilfe des Gaspedales die
Drosselklappe 2 und das Einstellglied 29 des verstellbaren Widerstandes 26 in eine
bestimmte Stellung gebracht, beispielsweise die Stellung 2' bzw. 29', die in den
Figuren wiedergegsben ist. Durch die Verschiebung des Einstellgliedes 29 erhält
die Spule 12 eine entsprechend geringere Spannung, weshalb sie
sich
unter der rückstellenden Kraft der Federn 13 derart verschiebt, daß die Nadel 10
entsprechend aus der öffnung der Hauptdüse 9 herausgezogen wird. Dadurch wird das
Verhältnis zwischen Luft und Treibstoff auf ein Bestimmtes, für eine der angestrebten
Endgeschwindigkeit angemessene Beschleunigung angereichert. Daraufhin erhöht sich
die Drehzahl der Maschine, die Spannung am Kondensator 24 wächst. Wenn die Spannung
am Kondensator 24 diejenige zwischen den Endanschlüssen 27 und 28 erreicht hat,
und beginnt, sie zu übersteigen, sperrt der erste Entkopplungsgleichrichter 31,
während der zweite Entkopplungsgleichrichter 32 öffnet. Die hinsichtlich der Spannungst
richtung der Spannung der Spule 12 parallel liegende'Spannung des Kondensators 24-
bewirkt nun mit weiterer Erhöhung einen zusätzlichen Strom in der Spule 12. Die
Spule verschiebt sich in Richtung der-Schließstellung der Hauptdüse, bis das Gemisch
derart abgemagert ist, daß die Maschine nicht mehr beschleunigE und'in die durch
die Gaspedalstellung vorbestimmte Dauergeschwindigkeit übergeht. Aufgrund der nunmehr
gleichbleibenden Geschwindigkeit wächst die Spannung am Kondensator 24 nicht mehr,
die Speisung der Spule 12 bleibt konstant, was zur Folge hat, daß auch die Verschiebestellung
der Nadel' und damit der-Strömungsquerschnitt in der Hauptdüse konstant gehalten
wird.
-
Auftretende Fahrwiderstände äußern sich in einer Verlangsamung der
Geschwindigkeit und damit einem Absinken der Spannung am Kondensator 24, worauf
die Spule 12 von einem geringeren Strom durchflossen wird und daher d-ie Nadel aus
der Hauptdüse etwas herauszieht; sich verringernder Fahrwiderstand, beispielsweise
durch eine Gefällestrecke, äußert sich in einer höheren Maschinendrehzahl, worauf
die Spannung am Kondensator 24 steigt und einen- entsprechend erhöhten Strom durch
die Spule 12 fließen lässt. Dadurch wird die Nadel 10 in die Hauptdüse hinein verschoben,
deren Querschnitt sich entsprec ind verringert. Diese Fahrtwiderstandsänderungen
wirken sich in äußerst empfindlicher Weise auf die Nadelstellung auf.
-
In den Figuren 1 und 2 ist noch eine dritte Stellung 2'' der Drosselklappe
2 und 29'' des Einstellgliedes 29 des verstellbaren Widerstandes 26 gestrichelt
eingezeichnet. Es handelt sich hierbei um die Vollgasstellung, in der die Spule
12 praktisch spannungslos wird und dadurch unter der Rückstellkraft der Federn 13
in die in Figur 1 gestrichelt wiedergegebene Endstellung gelangt, in der die Nadel
am weitesten aus der öffnung der Hauptdüse 9 herausgezogen ist. Bei dieser Gaspedalstellung
ist die Spannung zwischen den Endanschlüssen 27 und 28 des verstellbaren Widerstandes
26 am grössten, was bedeutet, daß aer Motor zu sehr hohen Geschwindigkeiten hochlaufen
muß, m am Kondensator 24 eine Spannung zu erzeugen, die diejenige zwischen den Endanschlüssen
27 und 28 übersteigt und damit die Spule 12 derart speist, daß diese die Nadel 10
in die Öffnung der Hauptdüse 9 hinein verschiebt.
-
Wie aus diesen beiden Betriebsfällen ohne weiteres ersichtlich wird,
kann man auch bei angestrebter niedrigerer Drehzahl eine besonders hohe Beschleunigung
erzielen, wenn man - wie bei herkömmlichen Fahrzeugen - das Gaspedal entsprechend
weit durchtritt und dann wieder zurücknimmt. Durch diese Betriebsmöglichkeit wird
Notfällen Rechnung getragen. Im Normalbetrieb soll aber angestrebt werden, das Gaspedal
von vorneherein auf die Stellung zu bringen, die der angestrebten Geschwindigkeit
entspricht. Die Drosselklappe, die im Vergleich zu herkömmlichen Maschinen bereits
weiter geöffnet ist, verändert demnach ihre Stellung zwischen der Beschleunigungsphase
und der Phase gleichbleibender Geschwindigkeit nicht, wodurch in optimaler Weise
eine hinsichtlich ihrer Dichte möglichst gleichbleibende Zylinderfüllung sichergestellt
wird, die lediglich während der Beschleunigungsphase einen entsprechend höheren
Treibstoffanteil aufweist, während sie in der Phase der gleichbleibenden Geschwindigkeit
bis auf ein Minimum abgemagert ist, wie dies bereits eingangs geschiidert wurde.
-
Will man eine nicht zu überschreitende Höchstgeschwindigkeit festlegen,
so ist dies beispielsweise dadurch sicherzustellen, daß zwischen die Endanschlüsse
27 und 28 ein Spannungsschwellwertglied, beispielsweise eine Zenerdiode,eingeschaltet
wird, deren Schwellspannung der einzustellenden Höchstgeschwindigkeit entspricht.
Gaspedalstellungen bzw. Stellungen des Einstellgliedes 29 über diesen Wert hinaus
führen nicht zu einer entsprechenden Spannungserhöhung zwischen Anschlüssen 27 und
28, so daß auch die Spannung am Kondensator 24 nur so weit über diese Spannung zwischen
den Endanschlüssen 27 und 28 hinaus ansteigen kann, bis der Strom durch die Spule
12 fließt, der die der eingestellten Höchstgeschwindigkeit entsprechende Verschiebung
der Nadel 10 in die Öffnung der Hauptdüse 9 hinein bewirkt.
-
Der Motor beschleunigt also immer bis kurz vor Erreichen der Nenndrehzahl,
dann nämlich ist dem Kondensator 24 eine Spanne aufgeprägt, die derjenigen zwischen
den Endanschlüssen 27 und 28 des verstellbaren Widerstandes 26 entspricht. Der durch
den weiteren Drehzahlanstieg und damit Spannungsanstieg am Kondensator bewirkte
zusätzliche Strom durch die Spule 12 führt zur Verschiebung der Nadel 10 in die
Öffnung der Hauptdüse 9 hinein soweit, bis das entsprechend abgemagerte Gemisch
eine weitere Beschleunigung des Motors verhindert. In diesem Zustand hat der Motor
die durch die Gaspedalstellung vorgegebene Nenndrehzahl.
-
Die Figuren 3 und 4 zeigen Schnittdarstellungen durch das Gehäuseteil
14 aus Figur 1 mit eingebautem Dauermagnetsystem, Spule und Nadel. Das Gehäuseteil
14 lässt sich mit Hilfe eines Schraubgewindes an dem Vergaser 1 festlegen bzw. verstellen,
was einer Grobeinstellung der Nadel gegenüber der Hauptdüse entspricht. Aus den
beiden Figuren ist der Verlauf der spiraligen Federn 13 zu erkennen, die die Spule
12 an dem Gehäuse 14 halten. Es ist erkennbar, daß bei einer axialen Bewegung
der
Spule 12 gegen di2 Federn 13 deren Verformung ZU einer Umfangslängenänderullg führt,
was zur Folge hat, daß der sich axial bewegenden Spule eine Drehbewegung überlagert
wird, Aufgrund des hinsichtlich der hmplitude mehr oder weniger pulsierenden Spannungssignales
am Kondensator 24 die bei Erreichen der bestimmten Geschwindigkeit einen entsprechend
pulsierenden Stromfluß in der Spule 12 zur Folge hat, wird eine entsprechende kleine
axiale Schwingbewegung der Spule 12 hervorgerufen. Diese Bewegungen helfen eine
evtl. Verstopfung der Hauptdüse zu verhindern, sie regen darüberhinaus die Nadel
zu Vibrationen an, was zu einer besseren Vergasung des Treibstoffes führt.
-
Im vorliegenden Beispiel sind zwei der Federn 13 zugleich als Stromzuführung
für d-ie Spule 12 ausgebildet, sie sind zu diesem Zwecke an äußeren Anschlüssen
35 und an Spulenanschlüssen 3(J' elektrisch leitend befestigt.
-
Figur 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie III-III in Figur 4, doch
wurden zur besseren Übersicht die Federn und Federanschlüsse ausgezogen wiedergegeben,
obwohl sie an sich durch die Wandungen bzw. die Joche aus dieser Sicht verdeckt
sind.