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Regelverfahren für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen Die heute
verbreiteten Brennkraftmaschinen haben den Nachteil, daß der Endverdichtungsdruck
den höchsten Wert bei der geringsten Drehzahl besitzt und mit dem Anwachsen der
Drehzahl sinkt, um schließlich bei einer maximalen Drehzahl den niedrigsten Wert
anzunehmen. Dadurch wird entweder im höheren Drehzahlbereich nicht die volle, an
sich mögliche Leistung der Maschine erreicht, oder aber, wie bei Rennmotoren, muß
auf ein ruhiges Arbeiten auf Leerlauf verzichtet werden. Deshalb wird für Gebrauchsmotoren
nicht die höchste, für den gegebenen Brennstoff zulässige Endverdichtung gewählt,
sondern eine niedrigere, damit die Maschine auf Leerlauf arbeitet und auch bei mittleren
Drehzahlen glicht klopft.
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Es sind bereits Verfahren zur Regelung von Brennkraftmaschinen, insbesondere
gemischverdichtender Maschinen mit einem kleinen Kompressionsraum und höchster Endverdichtung
bekannt, die den Zweck haben, den Kompressionsdruck bei allen Drehzahlen auf gleicher
Höhe zu halten. Ebenso sind Verfahren zur Regelung bekannt, bei denen zwecks Erreichung
,eines geringen Druckes am Schluß des Arbeitshubes das Ansaugen nur eines Teiles
der Ladung oder das Ausschieben eines Teiles der Ladung erfolgt, wodurch die Kühlung
des Motors entbehrlich gemacht werden soll. Ferner ist auch bekannt, eine solche
Gemischregelung für Brennkraftmaschinen mit veränderlichem Querschnitt der Ansaugleitung
zu verwenden, bei der durch veränderlichen Unterdruck in der Saugleitung der Querschnitt
dieser Leitung verändert wird, wobei der Unterdruck in der Ansaugleitung im umgekehrten
Verhältnis zur Drehzahl des Motors zu- oder abnimmt, wodurch die Endverdichtung
bei allen Drehzahlen konstant gehalten wird. Die zuletzt genannten Regelverfahren
unterscheiden sich somit von der Arbeitsweise der Brennkraftmaschinen ohne Regelung
der Füllung dadurch, daß sie das Abnehmen des Endverdichtungsdruckes mit dem Anwachsen
der Drehzahl vermeiden und bei allen Drehzahlen die gleiche Endverdichtung erreichen.
Wählt man- also eine hohe Endverdichtung, etwa die maximale, für den gegebenen Brennstoff
zulässige, so hat man einen zwar in dem Bereich der hohen Drehzahlen wirtschaftlich
arbeitenden und hohe Leistungen entwickelnden Motor, aber auch gleichzeitig den
Nachteil, daß der Motor einen schlechten Leerlauf besitzt, sich schwer anwerfen
läßt und bei mittlerer Drehzahl leicht zum Klopfen neigt. Würde man dagegen eine
niedrigere Endverdichtung wählen, so daß der Motor etwa bei mittleren Drehzahlen
auf alle Fälle klopffrei arbeitet und einen befriedigenden Leerlauf besitzt, so
erhält mauz bei den hohlen Drehzahlen nicht die höchstmögliche Leistung.
Das
Regelverfahren nach der Erfindung ist von diesen Nachteilen frei und hat den Vorteil,
daß die Brennkraftmaschine in jedem Drehzahlbereich bei einer günstigen Endverdichtung
arbeitet. Mit einer niedrigeren Endverdichtung beim Anlassen und beim Leerlauf,
mit einer mittleren Endverdichtung bei der mittleren Drehzahl und mit der höchsten,
für den gegebenen Brennstoff zulässigen Endverdichtung bei der maximalen Drehzahl.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Regelverfahren für gemischverdichtende
Brennkraftmaschinen, bei denen bei der höchsten Drehzahl die für den jeweils verwendeten
Brennstoff höchste zulässige Endverdichtung vorhanden ist, und unterscheidet sich
von den bisher bekannten Regelverfahren dadurch, daß bei abnehmender Drehzahl die
Endverdichtung z. B. durch Ausschiehen eines Teiles der Zylinderladung oder durch
Drosselung des Einlasses verringert wird. Durch das neue Verfahren zur Regelung
wird ermöglicht, alle Vorteile einer höheren Endverdichtung mit solchen eines ruhigen
Leerlaufes und leichten Anlassens zu verbinden, die nur bei niedrigeren Endverdichtungsdrucken.
bisher zu erreichen waren. Das neue Verfahren gestattet demnach die beste Ausnutzung
des Brennstoffes, ohne etwa die Nachteile der bisherigen Rennmotoren in Kauf nehmen
zu müssen. Gleichzeitig ermöglicht das neue Regelverfahren die Anpassung eines jeden
Motors an jeden beliebigen Brennstoff.
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Somit unterscheidet sich die Arbeitsweise des Motors gemäß dem Regelverfahren
nach der -Erfindung von der Arbeitsweise eines Motors ohne Regelung der Füllung,
also der heute gebräuchlichen Brennkraftmaschine, und von der Arbeitsweise der Brennkraftmaschinen
gemäß bisher bekanntgewordenen, im vorstehenden beschriebenen Regelverfahren durch
folgende Merkmale:
| Regelverfahren Niedrige Drehzahl (Anlassen) Mittlere
Drehzahl Hohe Drehzahl |
| Ohne Regelung der Füllung Volle Endverdich- Geringere End-
Niedrige End- |
| (heute gebräuchliche Motoren) tunk verdichtung verdichtung |
| Regelung der Füllung nach bis- Volle Endverdich- Volle Endverdich-
Volle Endverdich- |
| her bekannten Verfahren tüng tunk tunk |
| Regelung nach dem Verfahren Stark verringerte Etwas verringerte
Volle Endverdich- |
| gemäß der Erfindung Endverdichtung Endverdichtung tunk |
Die Verringerung des Endverdichtungsdruckes bei abnehmender Drehzahl erfolgt mittels
einer Vorrichtung, die entweder das Ausschieben :eines Teiles der Ladung gestattet
oder die Zufuhr der Ladung drosselt und entweder von Hand betätigt wird oder selbsttätig
wirkt.
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Die zur Verwirklichung des Verfahrens nach der Erfindung bestimmte
Vorrichtung ist entweder i. auf dem Zylinder des Motors auf der Höhe des Kompressionsraumes
angeordnet und wirkt während des Kompressionshubes, indem sie .einen überschuß des
angesaugten Gemisches aus dem Zylinder in die Saugleitung zurückströmen läßt, öder
2. in der Saugleitung angeordnet und während des Saughubes den Unterdruck stets
auf einer regelbaren Höhe hält.
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Die unter i beschriebene Vorrichtung kann .entweder mit einem mechanisch
gesteuerten Ventil versehen sein oder auch ein automatisches Ventil besitzen. Auch
kann dazu das normale Ansaugventil benutzt werden.
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Die Ausführung der Steuerung mit einem automatischen Ventil ist auf
der Abb.2 der Zeichnung dargestellt. Im Zylinder i, oberhalb des oberen Totpunktes,
ist eine Bohrung 2 angeordnet, die den Arbeitszylinder mit einem Steuerzylinder
3 verbindet. Diese Bohrung 2 wird durch ein Ventil q. verschlossen. Der Schaft des
Ventils q. ist mit einem Kolben 5, der sich im Zylinder 3 bewegt, fest verbunden.
Auf der Rückseite des: Kolbens befindet sich eine Feder 6, die bestrebt ist, das
Ventil 3 offen zu halten. Durch die Öffnungen 7 ist der Zylinder 3 mit der Atmosphäre
verbunden. Durch eine Bohrung 8 steht der Zylinder 3 mit dem Gehäuse des Drehschiebers
9 in Verbindung. Das Gehäuse des Drehschiebers 9 ist durch eine Bohrung i o mit
der Ansaugleitung i i verbunden. Die Drehzahl des Schiebers 9 ist gleich der halben
Drehzahl des Motors. Während des Saughubes steht der Drehschieber 9 offen, so daß
durch die Bohrung 2 das Gemisch aus der Ansauggleitwig in den Arbeitszylinder strömen
kann. Nach der Umkehrung der Bewegung des Arbeitskolbens und nach dem Schließen
des Ansaugventils 12 strömt das Gemisch durch die Bohrung 2 in die Ansaugleitung
zurück so lange, bis der Drehschieber 9 die Bohrung 8 verschließt. Dann beginnt
die
Kompression in, dem Arbeitszylinder. Der Verdichtungsdruck wirkt
durch die Bohrung 2 auf deal Kolben 5 und verschließt das Ventil q.. Der weitere
Verlauf der Arbeit der Brennkraftmaschine erfolgt dann wie bekannt. Die Lage des
mechanisch angetriebenen Drehschiebers 9 kann von Hand oder durch einen selbsttätigen
Regler verändert werden. Auf der Abb. q. ist die Vorrichtung schematisch dargestellt,
mittels der die Veränderung der Lage des Drehschiebers 9 erfolgt. 14 ist ein Stirnrad,
welches auf einer Welle 15 fest sitzt und von der Hauptwelle des Motors angetrieben
wird. Die Welle 15 besitzt eine Nut 16, in der ein beweglicher Keil 17 gleitet,
der mit einer Muffe 18 fest verbunden ist. Das andere Ende der Muffe 18 ist mit
einem Spiralkeil versehen, welcher in einer Nut i 9 einer zweiten Welle 2o gleitet.
Die Welle 20 ist mit dem Drehschieber verbunden und treibt diesen an. Mittels eines
Hebels 21 kann die Muffe 18 längs der Wellen 15 und 2o verschoben werden. Dadurch
wird der Keil in der Spiralnut i 9 verschoben und die Lage der Welle 20 in bezug
auf die Welle 15 verändert, womit auch die Lage des Drehschiebers 9 ebenfalls beliebig
verändert wird. Auf diese Weise ist der Zeitpunkt des Verschließ:ens der Bohrung
8 durch den Drehschieber 9 in den Grenzen :eines großen Teiles des Kompressionshubes
regelbar. Wenn die Bohrung 8 ganz am Anfang des Kompressionshubes verschlossen wird,
wird im Arbeitszylinder die volle Füllung komprimiert. Wird die Bohrung 8 später
verschlossen, so wird im Arbeitszylinder nur ein Teil des ursprünglich angesaugten
Volumens komprimiert, während der Rest durch die Böhrung 2 in die Ansaugleitung
gelangt.
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Die Steuerung mit einem mechanisch betätigten Ventil ist auf der Abb.3
der Zeichnung dargestellt. Ihre Wirkung unterscheidet sich von der bereits beschriebenen
Ausführung dadurch, daß das öffnen und Schließen der Bohrung 2, die den Arbeitszylinder
i mit der Saugleitung i i verbindet, mittels eines Ventils ¢ erfolgt, das von dem
Nocken 13 betätigt wird, welcher die halbe Drehzahl des Motors besitzt. Die Nocken
13 können ihre Stellung in bezug auf die Motorwelle ändern, wodurch der Zeitpunkt
des Schließens des Ventils q. in weiten Grenzen einstellbar und regelbar ist. Diese
Veränderung der Lage des Nockens 13 kann mittels beschriebener Vorrichtung gemäß
Abb. q. entweder von Hand toder selbsttätig erfolgen z. B. durch Anwendung eines
selbsttätigen Reglers. Die Wirkung des Ventils q. kann auch durch eine entsprechende
Steuerung des Einlaßventils 12 ersetzt sein.
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Die in der Ansaugleitung angeordnete Vorrichtung zur Regelung der
Füllung, die während des Saughubes den Unterdruck im Arbeitszylinder auf einer der
Drehzahl angepaßten regelbaren Höhe hält, ist auf der Abb. i der Zeichnung dargestellt.
Die Ansaugleitung i i wird durch den Kopf des Ventils 2 verschlossen; der Schaft
3 des Ventils 2 ist mit einem Kolben 5, der sich in einem Zylinder ¢ bewegt, fest
verbunden. Durch den Ventilkopf, Schaft und Kolben 5 geht eine Bohrung 6 hindurch.
Eine Feder 7 drückt mittels eines Hebels 8 und eines Schaftes 18 ,auf den Kolben
5 und ist bestrebt, das Ventil 2 verschlossen zu halten. An Stelle der Feder 7 kann
auch eine andere Kraft verwendet werden. Der Zylinder q. ist dicht verschlossen.
Das Gemisch strömt unter dem atmosphärischen Druck durch die öffnung 9. Beim Saughub
des Arbeitskolbens und bei geöffneter Drosselklappe io entsteht in der Saugleitung
Unterdruck. Dieser Unterdruck überträgt sich durch die Bohrung 6 in den Zylinder
q.. Infolgedessen' wird dabei der Druck auf den Kolben 5 auf der Seite der Feder
7 geringer als auf der Seite des Ventilschaftes 3, die stets unter dem atmosphärischen
Druck steht. Wird die genannte Druckdifferenz größer als der Druck der Feder 7,
so bewegt sich der Kolben 5 in der Richtung nach der Feder 7 und öffnet dabei das
Ventil 2. Hat die Feder 7 eine größere Anzahl von Windungen und ist der Hub des
Kolbens 5 kurz, so kann der Druck der Feder 7 praktisch als konstant angenommen
werden. Demnach kann das Gemisch die Ansaugleitung i i nur beim Vorhandensein eines
bestimmten Unterdruckes in der Ansaugleitung herreichen. Durch die Veränderung des
Druckes .auf den Kolben 5 aus der Richtung der Feder 7 kann die Füllung des Arbeitszylinders
wunschgemäß der Drehzahl des Motors und dem Brennstoff angepaßt werden.
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Die beschriebene Vorrichtung mit dem in der Ansaugleitung angeordneten
Ventil kann mit einem Spritzvergaser verbunden werden. Die Zuführung des Brennstoffes
erfolgt dann durch die Bohrung 6 in dem Schaft des Ventils 2 und durch die kleinen
Bohrungen 13. Die Menge des zugeführten Brennstoffes regelt sich selbsttätig durch
die Bewegung des Kolbens 5 entsprechend der Durchlaßöffnung im Ansaugrohr, die durch
das Ventil e geöffnet wird. Die Veränderung des Druckes auf den Kolben 5 aus der
Richtung der Feder 7 :erfolgt durch Verschieben des Federgehäuses 14 mit der Führungsleiste
15, mit der das Federgehäuse 1 ¢ fest verbunden ist. Die Führungsleiste 15 ist in
den Führungen 16 beweglich angeordnet und besitzt eine öse 17, die mit einer
Hand- bzw. selbsttätigen Regelvorrichtung verbunden ist.