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Vorrichtung zur Regelung der Luftzufuhr, insbesondere bei Einspritz-Brennkraftmaschinen
Bei manchen Einspritz-Brennkraftmaschinen regelt man die Luftzufuhr in Übereinstimmung
mit den Brennstoffladungen, und zwar derart, daß mit abnehmender Belastung die Luftzufuhr
entsprechend der Verminderung der Brennstoffladungen gedrosselt wird. Die Luftregelvorrichtung
besteht meistens aus Drosselklappe oder -schieber, die in die Luftansaugleitung
der Maschine eingebaut ist und mit der Regelvorrichtung für die Eins ftzpumpe verbunden
sein kann. jeder pri Stellung der Pumpenregelung entspricht eine bestimmte Stellung
der Drosselvorrichtung. Da derartige Luftdrosseln sich nicht selbsttätig auf Druckunterschiede
zwischen dem freien Luftraum und der Ansaugleitung einstellen, so entstehen Schwierigkeiten
bei der Anwendung - für Maschinen mit häufig wechselnder Drehzahl; z. B. für Fahrzeugeinspritzmotoren.
Wenn nämlich dieDrehzahl sich ändert, die Einstellung der Pumpenregelung und damit
auch der Drosselklappe aber gleichbleibt, dann treten unerwünschte Schwankungen
-im Verhältnis von Brennstoffladung zu Luftladung auf, weil die eingesaugte Luftmenge
zu- oder abnimmt, je nachdem, ob die Drehzahl kleiner oder größer wurde.
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Es ist nun zur Beseitigung dieses Nachteils der starren Drosselvorrichtungen
vorgeschlagen worden, hinter der in Übereinstimmung mit den Brennstoffladungen eingestellten
Drosselöffnung einen belasteten Luftschwimmer, z. B. in Gestalt einer gewichtbelasteten
Klappe, anzuordnen, der die Aufgabe hat, die Luftgeschwindigkeit an der Drosselstelle
unverändert zu halten. Diese Lösung ist unbefriedigend, weil sie aus zwei verschiedenen
Regelvorrichtungen besteht.
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Die Aufgabe der Erfindung lag darin, die Nachteile der starren Luftregelvorrichtung
mit Hilfe einer neuen, einteiligen Vorrichtung zu beseitigen. Die Erfindung benutzt
zur Regelung der Luftzufuhr Klappenventile, die als Kennzeichen haben, daß sie einer
veränderlichen, das Ventil schließenden Belastung unterliegen, indem eine Feder
und ein diese Feder tragender beweglicher Teil hinsichtlich des Ventils so angeordnet
sind, daß das durch die Feder hervorgerufene Schließmoment in Übereinstimmung mit
den Änderungen der Brennstoffzufuhr verändert wird. In besonders vorteilhaften Ausführungen
der Vorrichtung nach der Erfindung werden Hebelarm und Federkraft, mit denen die
Belastungsfeder auf ein oder zwei Klappenventile einwirkt, nach Maßgabe der Brennstoffzufuhr
verändert.
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Zur- weiteren Erläuterung der Erfindung dienen zwei Ausführungsbeispiele
der neuen Regelvorrichtung, die durch die Zeichnung veranschaulicht sind.
Beide
Abbildungen zeigen in schematischer Darstellung und teilweise in Achsenlängsschnitt
den , oberen Teil eines Brennkraftmaschinenzylinders, der mit einer Brennstoffpumpe
und der neuen Luftregelvorrichtung versehen ist. Es bedeutet i den Zylinder mit
Arbeitskolben, 2 den Zylinderdeckel mit der Luftansaugleitung und dem Lufteinlaßventil
15, 3 die Brennstoffpumpe, :4 die Brennstoffeinspritzdüse, 5 den Brennstoffpumpenkolben,
6 den Antriebsnocken für die Brennstoffpumpe, der auf der Nockenwelle 7 angeordnet
ist, die von der Kurbelwelle aus angetrieben wird. Zwischen dem Antriebsnocken und
dem Pumpenkolben ist der Stößel 8 eingeschaltet. Der Pumpenkolben hat den Flansch
g, auf den der Finger io der Brennstoffregelvorrichtung 12 zur Regelung des Brennstoffpumpensaughubes
einwirkt. Der Reglerhebel 12 ist in dein Zapfen i i schwenkbar und mit dem Finger
io fest verbunden, so daß beim Aufundabbewegen des Hebels der Finger io mitbewegt
wird. Je weiter der Hebel 12 aus der gezeichneten Lage in die strichpunktierte Lage
13 gebracht wird, desto mehr verkürzt der Finger io den Pumpensaughub. Auf diese
Weise wird die Brennstoffladung entsprechend der Belastung geregelt. Die Einstellung
des Hebels 12 kann von Hand oder in geeigneter Weise selbsttätig, z. B. durch einen
Geschwindigkeitsregler, geschehen. Bis hierher stimmen beide Ausführungsbeispiele
miteinander überein.
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In der Abb. i ist zur Regelung der Luftzufuhr nach Maßgabe der Brennstoffzufuhr
die Luftansaugleitung der Maschine durch das Klappenventil 16 verschließbar, das
im Ventilgehäuse 1.4 angeordnet und beim Einsaughub vom Atmosphärenüberdruck gegen
die Kraft der Feder 2o geöffnet wird. Die Klappe 16 schwingt um den Zapfen 17 und
kann sich auf den Sitz i8 legen. Die Belastungsfeder 2o ist im Punkt ig an der Klappe
mit ihrem anderen Ende am Halter 21 befestigt, der auf der Kurvenbahn 22 mit Hilfe
der Stange 23 verschoben werden kann. Die Stange 23 ist mit dem Hebel 12 für die
Brennstoffpumpenregelung verbunden. Mit dem Halter 21 ist die Feder 2o in geeigneter
Weise verbunden, so daß eine Veränderung der Grundspannung der Feder, z. B. mit
Hilfe einer Stellschraube, vorgenommen werden kann. Die Kurve des Teiles 22 ist
ein Kreisbogen um den Punkt ig bei vollkommen geschlossener Klappe 16. Ein Verschieben
des Halters 21 auf der Kurve 22 hat also zur Folge, daß der Hebelarm a sich ändert,
mit dem die Feder 20 auf die Klappe 16 schließend einwirkt. Die Spannung der Feder
2o wird durch das Verschieben nicht beeinflußt. Die Kurve 22 kann aber leicht so
gestaltet sein, daß sowohl der Hebelarm a als auch die Federspannung sich beim Verschieben
ändern, wenn die Kurve z. B. als Kreisbogenstück um einen neben Punkt ig liegenden
Punkt ausgeführt wird.
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Die Wirkungsweise der durch die Stange 23 gekuppelten Regelvorrichtungen
für Luft und Brennstoff ist folgende. Bei der in der Abbildung gezeigten Lage des
Hebels 12 und der Feder 2o, deren Mittellinie mit 24 bezeichnet ist, sind Brennstoff-
und Luftzufuhr auf die größte Menge eingestellt. Die Feder 2o übt auf die Drosselklappe
16 keine Schließkraft aus, weil ihre ideelle Kraftlinie 24 durch den Stützpunkt
17 der Drosselklappe hindurchgeht. Der Hebelarm der Federkraft in bezug auf die
Klappe 16 ist also gleich 0. Wenn nun der Kolben im Zylinder i seinen Saughub beginnt,
so kann die Klappe 16 vom Atmosphärenüberdruck leicht geöffnet werden. Die durch
die Drehung der Klappe hervorgerufene Änderung in der Lage der Feder bleibt zu klein,
als daß die Feder 2o dadurch bereits ein zu beachtendes Schließmoment ausüben könnte.
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Der Reglerhebel 12 wird jetzt abwärts in die Stellung 13 bewegt. Der
Halter 21 folgt, von der Stange 23 gezogen, der Bewegung längs seiner Kurvenbahn
22 nach. Sobald der Hebel 12 in der Stellung 13 angelangt ist, stehen der Halter
2i und die Feder 2o in der Stellung 25. Bei dieser Bewegung hat der Hebelarm a,
mit dein die Feder 2o auf die Klappe 16 schließend einwirkt, ständig zugenommen.
Zum Öffnen der Klappe 16 in dieser Stellung ist ein so großer Atmosphärenüberdruck
nötig, daß die Luftzufuhr entsprechend der kleinen Brennstoffladung, z. B. für Leerlauf,
in dem gewünschten Maße gedrosselt wird. In den Mittelstellungen, zwischen 24 und
25, wirkt die Feder 2o mit einem der Größe der Brennstoffladung jeweils entsprechenden
Hebelarm a schließend auf die Drosselklappe 16 ein. Wenn die Drehzahl der Maschine
sich ändert, ohne daß dabei der Reglerhebel12 verstellt wird, so wird dadurch das
Verhältnis zwischen Brennstoff-und Luftladung nicht berührt, weil sich die Klappe
16 unter der Wirkung ihrer Belastungsfeder 2o entsprechend dem jeweils herrschenden
Druckunterschied zwischen dem freien Luftraum und der Ansaugleitung einstellt.
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Es ergibt sich also, daß mit Hilfe einer einzigen Drosselvorrichtung
die Anpassung der Luftladung an jeden Betriebszustand der Maschinen gewährleistet
werden kann.
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In der Abb. 2 ist eine Drosselvorrichtung für die Luftzufuhr dargestellt,
die aus zwei Klappenventilen 33 und 34 besteht, zwischen denen die Belastungsfeder
37 angeordnet ist.
Die Klappenventile sind- im V6ntilgehäuse 30
untergebracht, das mit fier Luftansaugleitung 14 durch die Öffnung 31 mit dem freien
Luftraum durch zwei Öffnungen 32, 32 verbunden ist. Die Klappen 'schwingen um die
Zapfen 35, 36. Die Belastungsfeder ist in der Hülse' 38 untergebracht, die durch
zwei darin gleitende Endstücke 39, 40 abgeschlossen ist. Diese Endstücke tragen
Nasen 41, 42, die auf entsprechenden Spuren oder Schienen- der Rückseite der Klappenventile
gleiten. Die Hülse 38 ist durch die Stangen 45, 46 gelenkig mit dem Reglerhebel
12 verbunden.
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Die Wirkungsweise dieser Drosselvorrichtung ist folgende. Die in der
Abbildung gezeigte Lage des Reglerhebels 12 entspreche einer verhältnismäßig großen
Brennstoffladung, z. B. für % der Vollast. Die Belastungsfeder ist mit Hilfe der
Stangen 45, 46 ziemlich nahe an die Zapfen 35, 36 herangeschoben worden; sie drückt
mit Hilfe der Nasen 41, 42 auf die Drosselklappen. Der. Hebelarm, mit dem die Federkraft
auf die Klappen schließend einwirken kann, ist kurz; infolgedessen bedarf es nur
eines verhältnismäßig niedrigen Atmosphärenüberdruckes, um die Klappen beim Ansaughub
des. Kolbens im Zylinder i zu öffnen. Wenn der Reglerbebel 12 abwärts in die Stellung
13 bewegt wird, so folgt die Hülse 38 nach, so daß die Hebelarme, mit denen die
Belastungsfeder auf die Klappen einwirkt, ständig größer werden. In der Stellung
13 sei eine verhältnismäßig kleine Brennstoffladung, z. B. für den Leerlauf, eingestellt.
Zum Öffnen der Ventile gegen die Kraft der Feder 37 ist ein nach Maßgabe der Vergrößerung
des Hebelarmes größerer Atmosphärenüberdruck nötig. In jeder Stellung der Hülse
38 ist die Möglichkeit gegeben, daß die Drosselklappen auf Druckunterschiede zwischen
dem freien Luftraum und der Ansaugleitung reagieren, weil die Belastungsfeder 37
keinen unveränderlichen Drosselquerschnitt einstellt. Dadurch ist verhindert, daß
Drehzahländerungen der Maschine bei unveränderter Einstellung des Reglerhebels 12
auf das Verhältnis zwischen Brennstoff- und Luftladung einwirken.
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Die konstruktive Ausgestaltung der beschriebenen Regelvorrichtung
kann in vieler Hinsicht abgeändert und besonderen Bedürfnissen angepaßt werden.
Es ist z. B. möglich, beim Verschieben der Hülse 38 nicht nur den Hebelarm, sondern
auch die Spannung der Feder 37 zu verändern, indem man die Schienen, gegen welche
die Nasen 41, 42 drücken, entsprechend gestaltet. Die Schiene 43 der Klappe 33 ist
gerade, so daß nur der Hebelarm verstellt werden kann. Die Schiene 44 der Klappe
34 folgt einer Kurve, so daß nicht nur der Hebelarm, sondern auch die Federspannung
sich beim Verstellen der Hülse 38 verändert. Da es bei Einspritz-Brennkraftmaschinen
erwünscht ist, daß bei großen Brennstoffladungen, insbesondere für Vollast und Überlast,
vollkommen ungedrosselte Luftzufuhr stattfindet, so kann die Regeleinrichtung so
getroffen werden, daß die Nasen 41"42 bei großen Brennstoffladungen sich in der
Höhe oder oberhalb der Zapfen 35, 36 bewegen. Die Belastungsfeder 37 übt dann gar
kein Schließmoment auf die Klappen aus, sondern hält sie voll geöffnet. Damit wird
gleichzeitig erreicht, daß . die Klappen feststehen und nicht durch Schwingungen
die Luftzufuhr beeinträchtigen.
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Die Einrichtung nach der Abb. 2 läßt sich auch für eine Drosselvorrichtung
mit nur einer Klappe 34 benutzen. Das eine Ende der Hülse 38 kann dann verschlossen
werden, so daß die Belastungsfeder 37 ein Widerlager hat.