DE655355C - Verfahren und Vorrichtung zur elektromagnetischen Steuerung der Brennstoffeinspritzventile einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Ind. L^i

12F3B-.lS3i

AUSGEGEBEN AM
14. JANUAR 1938

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46 c² GRUPPE 103

W 86997 II46C² Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 23. Dezember

Brooks Walker und Harry E. Kennedy in Piedmont, Kalif., V. St. A.

Verfahren und Vorrichtung zur elektromagnetischen Steuerung der Brennstoffeinspritzventile

einer Brennkraftmaschine

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. September 1931 ab

Die Priorität der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom 10. September 19,30

ist in Anspruch genommen.

In den Fällen, in denen es zweckmäßig ist, Dieselmaschinen über einen verhältnismäßig großen Geschwindigkeitsbereich mit vollem Drehmoment zu betreiben, muß die Maschine eine gleichbleibende Brennstoffzufuhr für jeden Arbeitshub erhalten, da die in dem Zylinder je Arbeitshub eingesaugte Luftmenge im wesentlichen gleichbleibt. Naturgemäß ist es wünschenswert, diese Brennstoffzufuhr regeln zu können, um im Bedarf sfalle ein geringeres Drehmoment zu erzeugen, und es ist weiterhin wünschenswert, eine Einspritzvorrichtung zu schaffen, durch die bei veränderlicher Belastung die Drehzahl der Maschine selbsttätig konstant gehalten wird.

Wenn beispielsweise die Regelvorrichtung auf eine bestimmte Drehzahl eingestellt ist, soll, falls die Brennkraftmaschine höher be-

- lastet wird, selbsttätig auch mehr Brennstoff

je Arbeitshub zugeführt werden, ohne daß die Stellung der Regelvorrichtung geändert wird, und in gleicher Weise soll sich, wenn die Belastung verringert wird, die Menge des eingespritzten Brennstoffes je Arbeitshub selbsttätig verringern.

Zu diesem Zweck erfolgt erfmdungsgemäß die Steuerung der Ventile lediglich durch den Lade- oder Entladestrom eines Kondensators.

Benutzt man im Sinne der Erfindung zur Steuerung der A^entile einen in Abhängigkeit \"on der Maschinendrehzahl umlaufenden Unterbrecher, so kann dieser dazu verwendet werden, die jedem Kondensator zugeführte Ladung im umgekehrten Verhältnis zu der Maschinengeschwindigkeit und damit auch die Öffnung der Einspritzventile in dem gleichen Sinne zu verändern. Eine andere Art der Beeinflussung der Kondensatorladung besteht in der Verwendung eines regelbaren, zwischen Stromquelle und Kondensator eingeschalteten Widerstandes, mittels dessen die Ladestärke verändert werden kann.

Bei einer nach dem Verfahren der Erfindung arbeitenden Vorrichtung ist die Schaltung der elektrischen Verbindungen so vorgenommen, daß durch die von der Maschine angetriebenen Kontakte periodisch und abwechselnd die Kondensatoren entweder mit der Stromquelle in Verbindung stehen, wobei die Verbindung zwischen den Kondensatoren und den elektromagnetisch gesteuerten Ventilen unterbrochen ist, oder von der Stromquelle abgeschaltet und mit dem Ventil verbunden werden.

Eine andere Vorrichtung nach der Erfindung ist so ausgebildet, daß die Kondensatoren

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entweder mit der Stromquelle oder den elektrisch gesteuerten Ventilen in dauernder Verbindung stehen und mit diesen bzw. der Stromquelle durch Kontakte periodisch verbunden und von ihnen abgeschaltet -werden. Hierbei sind erfindungsgemäß parallel zu den Kondensatoren Widerstände geschaltet, die derart bemessen sind, daß sie keinen Strom durchlassen, der genügt, um die Einspritzventile zu ι ο öffnen oder offen zu halten.

Es ist bei Brennkraftmaschinen wünschenswert, zwei Grenzbetriebsfälle darstellen zu können. Der erste besteht darin, daß die Maschine dauernd mit ihrem höchsten Drehmoment arbeitet, unabhängig davon, welche Drehzahl innerhalb des geforderten Bereichs (Mindest- bis Höchstdrehzahl) eingehalten wird. Der zweite besteht darin, daß in anderen Fällen das Drehmoment bei wachsender Drehzahl abnimmt; dies ist der Fall der selbsttätigen Drehzahlregelung bei möglicherweise wechselnder Belastung sowie Leerlauf. Der ^rste Fall wird beim Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung dadurch verwirklicht, daß der Höchstwert an Kondensatorladung zur elektromagnetischen Steuerung der Brennstoffventile von der Dauer des Kontaktes und damit der Geschwindigkeit der Maschine dadurch unabhängig gemacht wird, daß man die Widerstände passend einstellt (kleine Widerstandswerte und damit kleine Zeitkonstanten).

Da die Stärke des Stroms, der an den Kontaktstellen unterbrochen werden muß, infolge der Ausgestaltung nach der Erfindung im Augenblick der Unterbrechung bereits sehr gering geworden ist, ist eine hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Vorrichtung gewährleistet.

4.0 Dadurch, daß die Ventile nur durch den Stromstoß aus den Kondensatoren geöffnet werden und dieser Stromstoß lediglich bei laufender Maschine erfolgt, bleiben die Ventile geschlossen, wenn die Maschine zu 1-5 arbeiten aufhört. Auf diese Weise ist eine Brennstoffvergeudung verhindert.

Der zweite oben geforderte Betriebsfall kann durch eine nach der Erfindung gebaute Vorrichtung ebenfalls verwirklicht werden. Bei passender Einstellung der Widerstände (Vergrößerung der Zeitkonstante) ergibt sich folgender Betriebsfall:

Während die Höchstdauer des zur Öffnung eier Ventile dienenden elektrischen Impulses nur durch den .Wert des Kondensators und die Höhe der Batteriespannung gegeben und somit von der Kontaktdauer und Maschinengeschwindigkeit unabhängig ist, ist die jeweilig zur Entladung kommende Strommenge von der Kontaktdauer der Verbindung zwischen Stromquelle und Kondensator bzw. Ventil und Kondensator abhängig und derart bemessen, daß sie bei Erhöhung der Maschinendrehzahl, während der die Kontaktverbindung zwischen den beiden Teilen besteht, nicht ausreicht, um in den Kondensator dieselbe Ladungsmenge wie vorher fließen zu lassen. Mit der Erhöhung der Maschinengeschwindigkeit wird also die Kondensatorladung und infolgedessen die Öffnungszeit des Einspritzventils und die Einspritzmenge selbsttätig verringert. Auf diese Weise wirkt die Vorrichtung als selbsttätiger Drehzahlregler, wobei dafür Sorge getragen ist, daß eine gewisse maximale Brennstoffmenge pro Einspritzung nicht überschritten werden kann. Vorrichtungen nach der Erfindung sind auf der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.

Fig. ι zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 ebenfalls schematisch eine \^orrichtung der in Fig. 1 dargestellten Art mit einer veränderlichen Kapazität;

Fig. 3 zeigt im Aufriß eine Kontaktvorrichtung unter Verwendung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen,

"Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 0-0 der Fig. .3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der go Anordnung nach Fig. 1 und 2 bei Verwendung einer Mehrzahl von Ventilen,

Fig. 6 schematisch eine andere Vorrichtungnach der Erfindung;

Fig. 7 und 8 veranschaulichen schematisch weitere Ausbildungsmöglichkeiten der Erfindung;

Fig. 9 ist ein Schnitt durch den Nocken in vergrößertem Maßstab, wie er z. B. in- den Fig. ι bis 5 dargestellt ist;

Fig. 10 bis 14 zeigen schematisch andere Ausführungsformen der Erfindung.

Bei den auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird der elektrische Strom dazu benutzt, um ein elektromagnetisch gesteuertes Einspritzventil 1 anzutreiben, das mit einem Zylinder einer nicht dargestellten Maschine zu verbinden ist. Dieses Ventil steuert die Brennstoffzufuhr von einer beliebigen, den Brennstoff unter gleichbleibendem Druck zuführenden Quelle und kann von beliebiger Bauart sein. .

Die elektromagnetische Kraftquelle ist auf der Zeichnung als Batterie 2 dargestellt, obwohl naturgemäß ein Generator oder eine beliebige andere geeignete Kraftquelle benutzt werden kann.

Eine feste Kapazität (Kondensator), die eine zum Antrieb des Ventils 1 ausreichende Energiemenge aufspeichern kann, ist mit 3 bezeichnet, eine veränderliche Kapazität mit 3", He an Stelle der festen Kapazität 3 benutzbar

ist. Der Nocken 4 zum Antrieb der Schaltvorrichtung kann verschiedene Umrißformen haben, um die günstigsten Verhältnisse innerhalb des Gescliwindigkeitsbereiches, in dem der Nocken wirken soll, erzielen zu können. Ein veränderlicher Widerstand 5 ist für jede dargestellte Ausführungsform vorgesehen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform fließt der Strom von der Batterie 2 durch den veränderlichen Widerstand 5 über die Bürste 8 zum Nocken 4, wobei periodisch ein Kontakt zwischen den Erhebungen des Nockens 4 und dem metallischen Reiter (V' am Kontaktarm 6 geschlossen wird. Hierdurch entsteht ein Weg, auf dem der Ladestrom zum Kondensator 3 fließen kann, da der Kontakt zwischen den oberen Punkten 6^e und 7 des Kontaktarmes während des Vorhandenseins eines Kontaktes zwischen dem Reiter 6* und dem Nocken 4 unterbrochen ist. Auf diese Weise wird der Kondensator 3 periudisch auf einen Wert aufgeladen, der sich aus der absoluten Zeit des Kontaktes zwischen 1 lern Arm 6 und dem Nocken 4 und aus dem '5 Wert des veränderlichen Widerstandes 5 ergibt. Die Zeit des Kontaktes wird durch die Form fies Nockens, der beim dargestellten Beispiel als fester Wert angegeben ist,, und durch die Umlaufgeschwindigkeit bestimmt, die von der Geschwindigkeit des Motors abhängt. Die periodische Aufladung des Kondensators 3 wird um so größer, je langsamer der Motor läuft, und infolgedessen um so niedriger, je schneller der Motor läuft, so daß sich ein außerordentlich stabiler Zustand für die Motordrehzahl ergibt. Der veränderliche Widerstand S gestattet, den Ladestrom des Kondensators zu verändern. Mit seiner Hilfe kann die Drehzahl, mit der der Motor arbeiten soll, bestimmt werden.

Die Ladung der Kapazität 3 wird periodisch durch die Stellen 6^a und 7 an das Ventil 1 abgegeben, wodurch das Ventil während einer Zeitdauer geöffnet wird, die vom Stromimpuls aus den Kondensator abhängt. Diese Dauer ist in keinem Fall größer als ein fester Betrag, der durch die Größe der Kapazität und die aufgedrückte Spannung bestimmt ist, welche ihrerseits so gewählt sind, daß die Dauer der Brennstoffeinspritzung auf den Wert begrenzt ist, der für die Arbeitsweise der Maschine am vorteilhaftesten ist. Wenn man durch Bemessung der Kontakte die Kontaktdauer so groß macht, daß bei allen Drehzahlen die Höchstladung in den Kondensator fließen kann, dann wird bei allen Drehzahlen die Ventilöffnung und damit die Brennstoffmenge je Arbeitsspiel gleichbleiben.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird eine veränderliche Kapazität 3° benutzt, die in der für die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform beschriebenen Weise aufgeladen wird. Die Regelung kann entweder durch den veränderlichen Widerstand 5 oder durch Veränderung der Kapazität 3" gebildet werden, oder man kann sowohl den Widerstand 5 als auch die veränderliche Kapazität 3" benutzen, um den Höchstwert an Einspritzdauer einzustellen.

In Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, die zeigt, wie die in Fig. 1 und 2 und in einigen anderen Figuren dargestellten Kontaktverhältnisse sich verwirklichen lassen. Das Gehäuse 10 überdeckt eine Vorrichtung, die zur Einstellung der Einspritzzeitpunkte die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle so verstellt, daß bei höheren Drehzahlen die Einspritzung früher erfolgt. Der Kontaktarm 6 wird durch den Nocken 4 angetrieben, ist an der festen Welle 9 angelenkt und wird durch eine Feder 11 nachgiebig gegen den Nocken oder den Kontaktpunkt 7 gedruckt, wobei die Feder gleichzeitig dazu dient, um den Strom zur Klemme 12 zu leiten. In diesem Falle ist eine Mehrzahl von Kontaktarmen dargestellt, die dazu benutzt werden können, um eine Mehrzahl von Ventilen anzutreiben.

Obwohl die Vorrichtung 10 in den anderen Figuren nicht dargestellt ist, kann sie beim praktischen Betriebe bei jeder der Vorrichtungen nach der Erfindung eingebaut werden. Bei der Darstellung nach Fig. 5 fließt der Strom von der Batterie2 durch den veränderlichen Widerstand 5 und durch di'e Bürste 8 zum Nocken 4. Hierdurch wird der Kondensator 3 periodisch aufgeladen und durch die Kontakte 6^a und 7 periodisch entladen, ähnlich wie bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung. Der Entladestrom wird bei dieser Ausführungsform jedoch durch eine Leitung ■ 15 zu'einem Verteilerarm 16 geleitet. Dieser Verteilerarm verbindet die Kondensatoreinrichtung jeweils mit demjenigen der verschiedenen \^rentile 1, welches gerade einspritzen soll.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform fließt der Strom von der Batterie 2 durch den veränderlichen Widerstand 5. Die gegebenenfalls veränderliche Kapazität 3 ist mit den Ventilen 1 unter Vermittlung einer Kontaktvorrichtung 16 in Reihe geschaltet. In diesem Falle ist die Kapazität 3 durch einen festen oder veränderlichen Widerstand 14 kurzgeschlossen, der einen solchen Geringstwert hat, daß er keinen Strom.durchläßt, der ausreicht, um das Ventil zu bewegen oder es in offener Stellung zu halten. Wenn die Kontaktvorrichtung 16 das Einspritzventil t mit dem Kondensator 3 verbindet, dann fließt in diesen ein Ladestrom, dessen Größe abhängig ist von dem Ladezustand des Kondensators

vor der Verbindung und gegebenenfalls von tier eingestellten Größe des Vorschaltwiderstandes 5. Durch den Nebönschlußwiderstand 14 gleicht sich die Ladung des Kondensators 3 um so mehr aus, je mehr Zeit dazu zur Verfügung steht. Der Kondensator wird also um so mehr entladen und der Ladestromstoß demzufolge um so größer, je langsamer die Maschine läuft. In diesem Falle wirkt der Widerstand 14 im Sinne selbsttätiger Konstanthaltung der einmal eingestellten Drehzahlen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 fließt ein Strom von der Batterie 2 durch den veränderlichen Widerstand 5, um den Kondensator 3 aufzuladen, der seinerseits durch die den Zeitpunkt der Einspritzung bestimmende Vorrichtung 17 auf die Ventile 1 in genauer Reihenfolge zur 'Entladung gebracht wird. Der Wert des Widerstandes 5 ist dem des Kurzschlußwiderstandes 14 nach Fig. 6 ähnlich, insofern nämlich, als der Höchstwert an Strom, der hindurchgehen kann, das magnetische Ventil weder bewegen noch offen halten kann. Die Regelungswirkung, die durch Verändern des Widerstandes 5 erreicht wird, ähnelt der, die durch Ändern des Widerstandes 5 bei der Anordnung nach Fig. 6 erreichbar ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 8 entspricht in wesentlichen Teilen der Ausführungsform nach Fig. 6. Sie unterscheidet sich von ihr dadurch,, daß jedem Ventil ein besonderer Kondensator 3 nebst Kurzschlußwiderstand 19 zugeordnet ist, und daß die Kontaktvorrichtung 18 die Stromquelle 2 abwechselnd mit den den verschiedenen Ventilen zugeordneten Kondensatoren 3 und Widerständen 19 verbindet.

Iu Fig. 9 ist in vergrößertem Maßstab ein Schnitt durch den Nocken 4 veranschaulicht. Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Steuerung der Ventile in ähnlicher Weise wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 6 bis 8 durch den Ladestrom des Kondensators, wenn dieser durch den Kontaktarm 26 mit der Ventilleitung 28 in Verbindung gesetzt wird. Die Größe dieses Ladestromstoßes ist abhängig von dem vor der Ladung herrschenden Zustand in den Kondensatoren 3, und dieser wiederum hängt von der Zeit ab, während der der Kontaktarm 26 mit dem Kontakt 27 in Berührung war, welcher die beiden Kondensatorseiten über einen regelbaren Widerstand 5 miteinander verbindet.

In Fig. 11 ist eine bevorzugte Ausf ührungsform einer Kontaktvorrichtung dargestellt, wie sie für die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform benutzt werden kann und die Do in der gleichen Weise wirkt, jedoch zusätzlich mit einem veränderlichen Widerstand 5" versehen ist, der dazu benutzt werden kann, um die Höchstdauer der Einspritzung zu regeln. In den Fig. io und ii sind gleiche Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet.

Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform, die in ihrer Wirkungsweise der in Fig. 11 gezeigten ähnelt, aber mit veränderlichen einzelnen Entladewiderständen 5^δ versehen ist, die so eingestellt werden können, daß die Arbeit der einzelnen Ventile ausgeglichen wird. Die Teile 30, 31 und 32 entsprechen den Teilen 26, und 28 der Fig. 10 und 11.

■ In Fig. 13 ist eine Kontaktvorrichtung dargestellt, wie sie bei einer Ausführungsform nach Fig. 12 benutzt werden kann. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 14 zeigt die Anwendung der Ausführungsform nach Fig. 10 mit einer Kondensatoreinrichtung für mehrere Einspritzventile, die durch einen Verteiler 44,46 abwechselnd mit der Kondensatoreinrichtung verbunden werden. Der Nocken 45, wie er für den Betrieb mehrerer Einspritzventile benötigt wird, kann die Form haben, die in Fig. 9 dargestellt ist. Die Teile 40, 41 und 42 entsprechen wiederum den Teilen 26, 27 und in den Fig. 10 und 11.

Claims (6)

Patentansprüche:'

1. Verfahren zur elektromagnetischen Steuerung der Brennstoffeinspritzventile einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Ventile (1) lediglich durch den Lade- oder Entladestrom eines Kondensators (3) erfolgt.

2. \^rerfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladezeit des j Kondensators (3) durch von der Maschine angetriebene Unterbrecher (4, 16, 17) so geregelt wird, daß der jedem Ventil (1) zugeführte Strom im umgekehrten Verhältnis zu der Maschinengeschwindigkeit steht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Maschinengeschwindigkeit durch einen in den Steuerstromkreis zwischen Stromquelle (2) und Kondensator (3) eingeschalteten veränderlichen Widerstand (5) erfolgt.

4. Vorrichtung zur elektromagnetischen Steuerung der Ventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch von der Maschine angetriebene Kontakte (4), die periodisch und abwechselnd Kondensatoren (3) entweder mit der Stromquelle (2) verbinden, wobei die Verbindung zwischen den Kondensatoren (3) und den elektro-

6δδ

magnetisch gesteuerten Ventilen (ι) unter- ι brocheu ist. oder von der Stromquelle (2) abschalten und mit den Ventilen ([) verhinden.

5. Vorrichtung zur elektromagnetisclien Steuerung der Ventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Verfahren nach Λη- , Spruch i, gekennzeichnet durch eine ■ Stromquelle (Batterie 2) und durch von j der .Maschine angetriebene Kontakte (16, I 17), die periodisch und alnvechselnd Kon- j densatoren (3) mit den elektromagnetisch

gesteuerten Ventilen (1) oder der Stromquelle (2) verbinden und abschalten, wobei die Kondensatoren (3) mit der Stromquelle (2) bzw. den Ventilen fr) in dauernder Verbindung stehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch parallel zu den Kondensatoren (3) geschaltete, gegebenenfalls regelbare Widerstände (Γ4, 19), die derart bemessen sind, daß sie keinen Strom durchlassen, der ausreicht, um die Ventile (t) zu öffnen oder offen zu halten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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