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Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff, insbesondere für Flugkolbenmaschinen
Die Erfindung bezieht sich .auf ein eVerfahren zur Einspritzung von-Brennstoff,
insbesondere für Flugkolbenmaschinen, bei dem sowohl der Antrieb als auch die Regelung
der Brennstoffpumpe von der hin und her gehenden Bewegung eines mit dem oder den
Brennkraftkolben in -Verbindung stehenden Teils des Kolbengestänges abgeleitet wird,
und eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Einspritzverfahrens.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß während
der Hubbewegung des Brennkraftkolbens durch die Übertragung eines hydraulischen
bzw. pneumatischen Gestänges Energie für die nächstfolgende Brennstoffeinspritzung
gespeichert und durch Entlasten des hydraulischen bzw. pneumatischen Gestänges die
. gespeicherte Energie freigegeben wird, worauf mittels einer durch ein zweites
hydraulisches bzw, pneumatisches Gestänge verschobenen Bremse nach Maßgabe der Endlage
der Brennkraftkolbenbewegung die Brennstoffeinspritzung wieder unterbrochen wird.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen
den Brennstoffpumpenkolben belastenden mechanischen Energiespeicher (Feder), der
durch die Hubbewegung des -Brennkräftkolbens durch Übertragung -mittels eines hydraulischen
Gestänges und eines Hilfskolbens gespannt werden kann, eine Entlastungsvorrichfung
zur Entlastung des hydraulischen Gestänges und eine mit dem -Brennstoffpumpenkolben
verbundene Bremsvorrichtung, die mit Hilfe eines zweiten hydraulischen Gestänges,
mach Maßgabe der Hubendlage des Brennkraftkolbens eingestellt, die Förderbewegung
des .Brennstoffpumpenkolbens unterbricht. Zusätzlich kann die Brennstoffeinspritzung
noch in Abhängigkeit vom Aufladedruck der Brennkraftmaschine, wie an sich bekannt,
geregelt werden.
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Durch die getrennte Steuerung des Einspritzbeginns und des Einspritzendes
wird der Vorteil erreicht, daß -die Hubendlage des Brennkraftkolbens der Belastung
und den anderen Betriebsverhältnissen entsprechend richtig eingestellt werden kann.
Die Einspritzung für jeden einzelnen Hub wird -allein nur nach Maßgabe des Betriebszustandes
während des vorangehenden Hubes geregelt. Infolge der getrennten Steuerung des Einspritzbeginns
und des Einspritzendes sowie infolge der "Verwendung von gespeicherter Energie
erfolgt
selbst bei Brennkraftmaschinen mit geringen beweglichen Massen, d. h. insbesondere
bei Flugkolbenmaschinen ohne Kurbelwelle und Schwungmasse, die Regelung de:,=:.@
art genau, daß Überregelungen und dadü-rci' sich ergebende Regelungsschwankungen
nicht`-, mehr entstehen können.
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Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend an Hand der Zeichnurrgg näher
erläutert.
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Fig. i zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes,
wobei die Brennkraftmaschine in einem stärker verkleinerten Maßstab als die Brennstoffpumpe
und ihre Antriebsvorrichtung dargestellt ist; Fig. 2 veranschaulicht ein anderes
Ausführungsbeispiel, bei dem die verschiedenen Antriebs- und Regelbewegungen je
nach den Betriebsverhältnissen verschieden eingestellt werden können; Fig. 3, 4
und 5 stellen je ein Diagramm der Kolbenbewegung in Funktion der Zeit, das eine
Mal bei hoher Belastung, dann -bei geringer Belastung und schließlich noch bei erhöhtem
Aufladedruck dar.
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Der Brennkraftkolben i (Fig. i und 2) im Brennkraftzylinder 2 treibt
über das Gestänge 3 den Kolben 4 des Verdichters 5 an. Durch die Leitung 6 wird
vom Verdichter die Luft angesaugt und durch die Leitung 7 zu Verbrauchsstellen geleitet.
Durch die Leitung 8 strömt ein Teil der verdichteten Luft als Spül- und Verbrennungsluft
in den Brennkraftzylinder 2. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase strömen
durch die Leitung 9 ins Freie oder zu einer nicht gezeichneten Turbine, in welcher
die Expansionsenergie der Gase ausgenutzt wird.
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Der Brennstoff wird durch eine Einspritzdüse to in den Brennraum eingespritzt.
Die Förderung des Brennstoffes erfolgt mittels einer Brennstoffpumpe i i, von der
bei jeder Einspritzung eine abgemessene Brennstoffmenge durch die Leitung 12 zur
Düse to gelangt. Sowohl der Antrieb als auch die Regelung der Brennstoffpumpe werden
von der hin und her gehenden Bewegung des Flugkolbenaggregats 1, 4. abgeleitet.
Zu diesem Zweck ist am Punkt 13 der Kolbenstange 3 das eine Ende eines Hebels 14
angelenkt, das andere Ende dieses Hebels steht durch das Gelenk 15 mit der Regelvorrichtung
16 in Verbindung.
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An den Zwischengelenken 17 und 18 (Fig. i des Hebels 14 sind
die Schubstangen i9 und 2o bzw. 21 und 22 der Pumpen 23 und 24 bzw. der Steuerschieber
25 und 26 angelenkt. Den beiden Pumpen 23 und 24 strömt aus demBehälter 27 ein Steuermittel,
beispielsweise Öl, durch die Leitungen 28 und 29 bzw. 30 zu. Überschüssige
Flüssigkeit und solche, die bereits für Antriebs- bzw. Regelzwecke verwendet wurde,
kann durch die Leitungen 31, 32, 33 und 34 wieder in die Leitung 28 zurück-,gelangen.
-# .; Die Puinpe 24 (Fig. i und 2) dient zum An-4'kt=zpb der Brennstoffpumpe ii.
Sie ist zu diesem Zweck mittels der Leitung 35 mit dem Servomotor 36 verbunden.
Die Flüssigkeit gelangt dort auf die eine Seite des Antriebskolbens 37, der dann
entgegen der Speicherfeder 38 verschoben wird. Die Entlastung der in der Leitung
35 befindlichen Flüssigkeitssäule erfolgt über die Leitung 39.
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Die Pumpe 23 (Fig. i und 2) dient zur Regelung der Brennstoffmenge.
Sie fördert für diesen Zweck durch die Leitung 4.o Steuerflüssigkeit auf die eine
Seite des Bremskolbens 41, der dann entgegen der Wirkung der Feder 42 verschoben
wird.
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Während eines Expansionshubes des Brennkraftkolbens i, bei dem im
Verdichterzylinder 5 Luft verdichtet wird, wird der Hebel 14 um das Gelenk 15 nach
unten gedreht. Dabei werden sowohl die Pumpenkolben 43 und 44
als auch die
Steuerkolben 45 und 46 nach unten bewegt (Fig. i und 2). Der Kolben 43 saugt über
das Saugventil47 aus der Leitung 29 Steuerflüssigkeit an, der Kolben 44 verdrängt
aus dem Zylinder 24 Steuerflüssigkeit über das Druckventil 51. Zunächst gelangt
bis zum Abschluß. der öffnung 48 die Flüssigkeit durch die Leitung 34 wieder in
die Leitung 28 (Fig. i) zurück. Nach Abschluß der Öffnung 48 strömt die Flüssigkeit
über die Leitung 35 (Fig. i und 2) in den Zylinderraum 49 und spannt durch Übertragung
über den Antriebskolben 37 die Speicherfeder 38. Die Steueröffnung 5o ist während
dieser Zeit durch den Kolben 46 verschlossen, so daß -durch die Leitung 39 keine
Flüssigkeit entweichen kann.
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Während des an den Expansionshub anschließenden Kompressionshubes
des Brennkraftkolbens i werden die Kolben ¢3 bis 46 aufwärts verschoben. Der Kolben
¢4. saugt über das Saugventil 52 und die Leitung 30 und später auch über die Leitung
34 Flüssig keit (in F@,g. i aus der Leitung 28) an. Auch der Kolben 46 steigt an
und wird im Einspritzzeitpunh-t die Öffnung 5o (Fig. i und 2) freilegen, so daß
die Flüssigkeit im Zylinderraum :19 über die Leitungen 35 und 39 in die Leitung
32 (in Fig. i gezeichnet) entweichen kann. Die in der Feder 38 gespeicherte Energie
wird dann dazu benutzt, durch Übertragung über den Kolben 37 und die Kolbenstange
53 den Kolben 54 der Brennstoffpumpe i i zu verschieben, wobei der im Zylinderraum
55 eingeschlossene Brennstoff über das Druckventil 56 in die Brennstoffleitung 12
verdrängt wird.
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Der Kolben 43 fördert die im vorangehenden
Hub angesaugte
Flüssigleeit zunächst durch die überschußleitung 33 wieder zurück in die Leitung
28 (Fig. r) bzw. den Vorratsbehälter (Fi,g.2). Nach Abschluß der Öffnung 57 gelangt
dann die Flüssigkeit über das Druckventil 58 und die Leitung 4o in den Zylinderraum
59. Durch die Leitung 6o kann dabei keine rlüssigkeit entweichen, weil die Öffnung
61 durch den Kolben 45 schon abgeschlossen wurde, bevor der Kolben 43 die öffnung
57 abgeschlossen hat. Durch die Einführung von Flüssigkeit in den Raum 59 wird der
Kolben 4'.in Fig. i nach unten bzw. in Fig. 2 nach oben geschoben, und zwar
um so weiter, als der Brennkraftkolben-i im Zylinder 2 gegen den inneren Totpunkt
verschoben wird.
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Wenn im Zeitpunkt des Einspritzbeginnes der Kolben 54 der Brennstoffpumpe
i i in -Fig. i nach oben bzw. in F_ ig. 2 nach unten bewegt wird, wird diese Bewegung
früher oder später wieder ,abgebremst, je nachdem der Kolben 62 früher oder später
durch den Bremskolben 41 .aufgehalberf wird. Es ergibt sich somit,. daß für den
Fall, daß der Kolben -i hoch angehoben wird, d. h. dann; wenn im Flugkolbenaggregat
infolge .geringer Belastung noch eine große Flugenergie vorhanden ist, 'nur wenig
Brennstoff eingespritzt wird, während umgekehrt, wenn der Kolben i nicht so tief
in den Zylinder hineingelangt, d. h. wenn infolge hoher Belastung nur noch eine
geringe Flugenergie vorhanden ist, eine größere Menge Brennstoff eingespritzt wird.
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Eine zusätzliche Regelung kann in Abhängigkeit vom Druck der Aufladeluft
erfolgen. Zu diesem Zweck ist die Aufladeleitung 8 (Fig: i und 2) über die Leitung
63 mit dem Regelzylinder 16 verbunden. Der Kolben 64 wird je nach der Hölle des
Aufladedruckes mehr oder weniger gegen die Feder 65 angehoben. Bei einem hohen Aufladedruck
steht das Gelenk 15 höher als bei einem niedrigen Aufladedruck. Demzufolge wird
die Brennstoffeinspritzung auf einen früheren Zeitpunkt verlegt und unter Umständen
auch die Einspritzmenge vergrößert.
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Bei der Einspritzvorrichtung nach der Erfindung können noch_'eine
Menge von Einstell- und Regelapparaten vorhanden sein. So kann insbesondere die,
Bewegung der beiden Kolben 45 und 46 (Fig. 2) sowohl bezüglich der Lage als auch_
der Größe des' Hubes verändert werden. Es -wird dadurch die öffnungsgeschwindigleeit
und die Öffnungszeit verändert und damit die Möglichkeit gegeben, eine rasche oder
eine langsame P Einspritzung zu früherer oder späterex Zeit einzustellen. Zu diesem
Zweck ist im -Gestänge 21 bzw. 22 eine Verschraubung 66 bzw. 67 angeordnet, mit
deren Hilfe die Gestänge verlängert oder verkürzt werden können. Außerdem sind Zwischenhebel
68 und 69 vorgesehen, deren Gelenkpunkte einer Anzahl Gelenkpunkten des Hebels 14
gegenüberstehen. 3e nach der Anordnung der Gestänge 7o bzw. 71 lcänn die
Größe des Hubes der Kolben 45 bzw. 46 verändert werden. Die Hebel 68 und 69 können
außerdem an einem beweglichen Drehpunkt 72 bzw. 73 gelagert sein, -wobei der Drehpunkt
durch einen Servomotorkolben 74 bzw. 75 verschoben wird. Die Servomolorkolben können
durch eine Handsteüervorrichtung oder durch eine selbsttätig wirkende Vorrichtung
z. B. in Abhängigkeit von irgendeinem Regler beeinfiußt werden.
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Auch der Kolben 54 der Brennstoffpumpe, der Antriebskolben 37 und
der Bremskölben 6ä brauchen nicht, wie in Fig. i angenommen, auf ein und derselben
Kolbenstange angeordnet zu sein. Wenn sie, wie in Fig. 2 dargestellt, mittels eines
Hebels 76 miteinander in Verbindung stehen, besteht die Möglichkeit, durch Benutzung
von verschiedenen Gelenkpunkten mit Zwischenhebeln 9o bis 92 die Größe ihrer Hübe
zu verändern. Durch einen beweglichen Drehpunkt 77 kann außerdem die Lage des Hubes°verändertwerden.
DerDrehpunkt kann dabei durch einen Servorriotorkolben 77' in Abhängigkeit von einer
Handsteuervo.rrichtung oder von einer selbsttätigen Regelvorrichtung verstellf werden.
Schließlich kann mit Hilfe von Schraubvorrichtungen 78, 79 und 8o die gegenseitige
Lage der drei Kolben verändert werden.
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In sinngemäßer Weise kann durch die Örgane 43, 44, 45, 46 statt des
Brennstoffpump.enstempels selbst .auch nur das Brennstoffregelveritil gesteuert
-werden, was erheblich geringere Servokräfte erfordert.
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Zur Begrenzung des unteren Totpunktes der Brennkraftmaschine kann
ein oszillierendes Schubkurbelgetriebe 8i, 82 (Fig. 2) vorgesehen sein. Dabei -wird
der untere Umkehrpunkt der Hubbewegung.fest begrenzt, während die Hubendlage in
der oberen Stellung eine Funktion der Einspritzmenge und der Belastung ist, die
durch die Regelvorrichtung nach"der Erfindung stabilisiert wird. Eine oszillierende
Schwungmasse 93 kann noch -weiter zur Stabilisierung beitragen.
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Die Wirkung der beschriebenen Regelvorrichtung geht aus den Diagrammen
der Fig. 3, 4 und 5 hervor,, welche den Weg des Brennkraftkolbens i (Fig. i und
2) als Funktion der Zeit darstellen. Bei hoher Belastung nach Fig. 3 gelangt der
Brennkraftkolben nicht so tief in den Brennraum hinein wie bei niedriger Belastung
nach Fig. 4. Der Brennkraftkolben wird deshalb bei hoher Belastung erst viel später
durch die Bremse abgefangen, so daß von dem Punkt 84 bis zum Punkt 85
(Fig.
3) Brennstoff in den Zylinder eingespritzt wird. Umgekehrt wird bei niedriger Belastung
der Brennstoffkolben viel früher abgefangen, so daß die Einspritzung nur zwischen
den Punkten 86 und 87 (Fig.q.) erfolgt. Bei erhöhter Aufladung (Fig.5) wird der
Brennkraftkolben nicht so tief in den Zylinder hinein-eschoben wie bei geringerer
Aufladung gemäß Fig. 3 und q.; außerdem wird der Brennstoff in einem früheren Hubpunkt
eingespritzt und die Einspritzmenge vergrößert. Die Einspritzzeit reicht beispielsweise
vom Punkt 88 bis zum Punkt 89.