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Regeleinrichtung für eine mit Aufladung und indirekter Leistungsübertragung
arbeitende ßrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung _ mit
einem Impulsgeber, der die Einstellung mehrerer Regelorgane einer mit Rufladung
und mit indirekter Leistungsübertra= gung arbeitenden Brennkraftmaschine beherrscht,
welche insbesondere Fahrzeuge- äntreibt, die auf Fahrstrecken mit stark wechselndem
atmosphärischem Druck' verkehren.
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Wenn eine ortsbewegliche Brerinkraftmaschine beispielsweise in einem
Straßenoder- Schienenfahrzeug auf ihrem Weg größere,Höhenunterschiede zu überwinden
hat und die Ladung mit Luft durch ein von einer Abgasturbine angetriebenes, nicht
geregeltes Gebläse erfolgt, wird s_ ich beispielsweise .bei gleicher Abgasmenge,
d. h. bei gleicher Leistung der Brennkraftmaschine- für die verschiedenen Höhenlagen,
das Verhältnis Z'wischen Saugdruck und Förderdruck des Gebläses nicht sehr stark
ändern, auf jeden Fall nicht, so, daß bei Änderung des absoluten Saugruckes der
absolute Förderdruck konstant bleibt. Letzterer- wird im Gegenteil mit abnehmender
Höhe ü. M;, ii. h. mit steigendem Barometerdruck, mehr und mehr zunehmen. Dadurch
entstehen folgende Verhältnisse: - --Wenn das Fahrzeug hauptsächlich in großer Höhe
zu verkehren hat, werden die Turbine und das Gebläse so bemessen, daß der in dieser
.Höhe auftretende Rufladedruck die günstigsten Verdichtungsverhältnisse und damit
den günstigsten Brennstoffverbrauch ergibt. Auch ist danach zu trachten, daß bei
diesem Rufladedruck die Brennkraftmaschine möglichst gut ausgenutzt ist, d. h. daß
annähernd die Leistung erreicht wird,- welche mit Rücksicht auf die Abmessungen
der Welle. der Lager usw. zulässig ist. Steigt nun der Barometerdruck, wenn - das
Fahrzeug in geringe Höhe ü. M. gelangt, so nimmt auch der Rufladedruck zu. Es ist
dann infolge des erhöhten, der Brennkraftmaschin e zugeführten- Luftgewichtes eine
höhere Belastung zulässig, die z. B. durch Verschiebung des Begrenzungsanschlages
für den Hub des Brennstoffpumpengestänges bei gleichzeitiger Regelung einer -Übertragungsgröße
in Funktion der Brennstoffreglerstellung erfolgt. Es ist aber denkbar, daß sehr
bald ein Drehmoment - erreicht ist, das mit Rücksicht auf die . mechanische und
thermische Beanspruchung der Wärmekraftmaschine nicht mehr. überschritten werden
darf.
Fahrt das Fahrzeug hierauf mit konstant bleibendem Drehmoment
in noch tiefere Lagen, so steigt der Aufladedruck mit zunehmender Belastung immer
noch weiter, wenn: auch nicht mehr so stark wie vorher. Es enir stehen nun insofern
ungünstige Verhältnisse, als mit dem erhöhten Aufladedruck auch der Verdichtungsenddruck
und der nach Einspritzung des Brennstoffes auftretende maximale Druck Werte annehmen,
die für die Brennkraftmaschine eine schädliche Wirkung haben können. ' Es ist nun
zwar bekannt, für die Brennkraftmaschinenanlagen derartiger Fahrzeuge einen Ladedruckregler
vorzusehen, der den Aufladedruck von Meereshöhe bis zur höchsten Höhe stets konstant
hält. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Aufladegruppe ein sehr großes Kompressionsverhältnis
aufweisen müßte. In Meereshöhe wäre das Verdichtungsverhältnis einer solchen Aufladegruppe
viel. zu groß. Die Aufladegruppe würde daher in den kleineren Höhen. in denen z.
B. bei Schienenfahrzeugen meist der größere Teil des Fahrweges liegen dürfte, sehr.
schlecht ausgenutzt, da der größte Teil der verdichteten Luft bzw. der Abgase bei
Abgasturbogruppen ungenutzt abgelassen werden müßte.
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Auch ist es-bekannt, bei Brennkraftmaschinenanlagen die Belastung
in Abhängigkeit von der Drehzahl und vom Aufladedruck zu regeln. Eine derartige
Regelung würde mit zunehmender Höhe die Höchstleistung der Brennkraftmaschine immer
mehr herabsetzen. Ist aber auf der höchsten Höhe noch eine bestimmte Leistung erforderlich,
so würde dies bedeuten, daß die Brentlkraftmaschine so groß bemessen werden muß,
daß sie trotz der Verminderung der Höchstleistung von Meereshöhe bis z. B. einer
Höhe von 4ooo m die auf 400o m erforderliche Leistung hergeben kann. Infolgedessen
hätte sie-für den Betrieb auf Meereshöhe eine viel zu große Leistung, wäre . also
für den Betrieb auf Meereshöhe viel zu groß bemessen. Diese Regelung würde daher
bei Fahrzeugen, die große Höhenunterschiede zu überwinden haben, unwirtschaftlich
sein..
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Die Erfindung besteht darin, daß der Impulsgeber in Abhängigkeit vom
absoluten Aufl.adedruck Regelorgane zum Einstellen der Belastung und des Rufladedruckes
derart beeinflußt, daß beim Steigen des atmosphärischen Druckes vom niedrigsten
Wert an vorerst die auf Grund der verfügbaren Abgasenergie geförderte Luftmenge
der Maschine ganz oder nahezu ganz zugeführt und deren
| Belastung bei konstanter Drehzahl dem vor- |
| handenen Aüfladedruck, bis dieser einen vor- |
| bestimmten Wert erreicht hat, angepaßt wird; |
ersteren liegenden zweiten Wert des Adflädedruckes bis zu dessen höchstem Viert
zunächst die Belastung und nach Erreichen des Höchstwertes des Aufladedruckes neben
der Belastung auch der Aufladedruck konstant gehalten wird.
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Dadurch .ergibt. sich der Vorteil, daß auch dann, wenn sehr große
iiöhenuntersclii'ede zu-' ,überwinden sind, eine Überwachung des Arbeitens der Brennkraftmaschine
nicht erforderlich ist und daß durch die besondere Reihenfolge in der Kombination
der bekannten Regelvorrichtungen nicht nur ihre Nachteile aufgehoben und die Vorteile
beider beibehalten bleiben, sondern daß auch entweder für die gleiche Leistung auf
höchster Höhe eine kleinere Brennkraftmaschine verwendet werden kann oder eine größere
Leistung auf höchster Höhe zur Verfügung steht.
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Auf der Zeichnung sind zwei Beispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch
dargestellt.
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Fig. t zeigt den Barometerdruck in Funktion der Höhe über Meer sowie
ein Beispiel für den Verlauf des Aufladedruckes und der Belastung der Brennkraftmaschine.
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Fig.2 und 3 erläutern die zwei Ausführungsbeispiele für eine elektrische
übertragung.
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In Fig. r gibt die Linie a den mittleren Barometerstand als Funktion
der Höhe ü. M. von o--C, die Linie b den Aufladedr uck, d. h. den Druck der in die
Brennkraftmaschine eintretenden Luft, und die Linie c die Belastung der Brennkraftmaschine
wieder. Bei abnehmender Höhe ü.'M. ' von C ---- o steigt der mittlere Barometerstand
a kontinuierlich. Bei gleichbleibender Abgasmenge würde datier der Aufladedruck
ebenfalls schwach zunehmen. -Nimmt nun aber nach der Linie c die Belastung der Brennkraftmaschine
ebenfalls entsprechend dem erhöhten Aufladedruck b zu, so steigt der Rufladedruck
b relativ stark. Wird nun von B an die Belastung konstant gehalten,
so verläuft der Anstieg des Rufladedruckes b flacher als bis B. # Bei
A erreicht der Rufladedruck b
das zulässige Maximum. Alsdann tritt
eine Regelvorrichtung in Funktion, die den Rufladedruck von diesem bestimmten einstellbaren
Wert an selbsttätig konstant hält.
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In Fig.2 treibt die Brennkraftmaschine t den Generator 2, dessen Erregung
mittels des Servomotors 3 und des Widerstandes q. selbsttätig geregelt wird. Der
von der Brennkraftmaschine angetriebene Drehzahlregler 5 regelt sowohl mittels der
Stange G die von den
| Brennstoffpumpen 7 eingespritzte Brennstoff- |
| menge als auclr'mittels des Schiebers 8 des |
| Servomotors 3 die Erregung des Generators 2 |
| derart. daß die Drehzahl der Brennkraftma- |
schirre i und ihre Leistung in bekannter Weise konstant gehalten
werden.
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. Die Abgase der Brennkraftmaschine-werden mittels der Leitungen 9
der Abgasturbine i o zugeleitet, welche das Gebläse i i treibt, das die Aufladeluft
in die Aufladeleitung 12 fördert. Die Regelvorrichtung 13 hat eine mittels der Leitung
14 an die Aufladeleitung 12 angeschlossene Kammer 15, in der sich . die Aneroidkammer
16 befindet, auf die von außen der Aufladedruck wirkt.
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Mit dem rechten verschiebbaren Endc der Kammer 16- ist der Schieber
17 und mit diesem über das Federglied 18 die Stange i9 verbunden, die über den Hebel
2o den Zwischenschieber 21 verstellt, so daß jedem absoluten Ladedruck eine bestimmte,
vom Servomotor 3 konstant gehaltene Belastung der Brennkraftmaschine i entspricht.
Das Einstellen dieser Teile auf einen bestimmten Rufladedruck oder eine Verstellung
von einem Rufladedruck auf einen anderen kann z. B. erreicht werden durch Änderung
der Charakteristik der Aneroidkaminer 16 (Veränderung des Volumens, Veränderung
der Elastizität des Kammergehäuses, Veränderung der Spannkraft einer etwaigen. in
der Kammer vorhandenen Feder), durch eine Veränderung der Gestängelänge zwischen
der Kammer 16 und dem Schieber 17, durch eine Verstellung eines Zwischenschiebers
rum Schieber 17 oder auf andere Weise.
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Steigen nun in den Abschnitten C-B der Fig. i der Barometerstand und
der Rufladedruck allmählich, so gehen die Stange i 9 und der Zwischenschieber 21
nach links, so dafi die Abschlußstellung des Schiebers 8 ebenfalls nach links verschoben*
wird. Beim Verschieben des Schiebers 8 und der Stange 6 nach -links wird die eingespritzte
Brennstoffmenge vergrößert. Die Belastung nimmt nun gemäß der Linie c in Fig. i
zu, bis sie bei B den als Maximum zulässigen Wert erreicht hat. In diesem Augenblick
trifft das Federglied 18 auf den Anschlag 22. Bei der weiteren Bewegung des Schiebers
17 nach links, der sich nun unter Zusammenpressen der Feder 23 von der Stange i9
löst, findet daher keine Beeinflussung der Belastung mehr statt. In dieser Stellung
hält der Schieber 17 immer noch den Druckmittelzufluß zum Raum rechts vom Kolben
24 offen und verbindet den Raum links von diesem Kolben mit dem Abfluß.
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Steigt nun -der- Barometerstand weiter, so nimmt der Rufladedruck
ebenfalls zu von B -A.
In A ist die Aneroidkammer 16 so weit zusammengedrückt,
daß der Schieber 17 die Stellung des Kolbens 24 zu regeln beginnt. Der Kolben 24
hält in seiner linken Endstellung über das Gestänge 25 die Klappe 26 in der Abgasleitung
9 zu. Geht der Schieber 17 nach links über die Abschlußstellung hinaus, so öffnet
sich der Druckmittelzufluß auf der linken Seite des Kolbens 24, und die rechte Seite
ist mit dem Druckmittelabfluß verbunden. Gleichzeitig wird die Klappe 26 geöffnet,
jedoch nur so weit, bis der Aufladedruck in der Aufladeleitung 12 wieder auf den
der Abschlußstellung des Schiebers 17 entsprechenden Wert gesunken ist. Dadurch
wird dann der Aufladedruck bei weiterhin steigendem Barometerstand konstant gehalten,
indem die Klappe 26 immer mehr öffnet und mehr Abgase ausströmen läßt.
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Bei fallendem Barometerstand verlaufen die beschriebenen Regelvorgänge
in der entgegengesetzten Richtung.
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In Fig. 3 wird die Anpassung der Belastung der Brennkraftmaschine
i an den Rufladedruck durch unmittelbare Begrenzung der Brennstoffmenge vorgenommen.
Die Aneroidkammer 16 wirkt hier über den Hebel 27, der einerseits mit dem Schieber
28 verbunden, andererseits kraftschlüssig an der Kolbenstange 29 des Servomotorkolbens
3o angelenkt ist, und über den Hebel 31 mittels des Anschlages 32 auf die Brennstoffregelstange
33 der Brennstoffpumpe 7, die über das Federglied 34 1111t dem Regelgestänge des
Drehzahlreglers 5 verbunden ist. - .
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Außer den in Fig. 2 erwähnten Mitteln zur Einstellung des konstant
zu. haltenden Rufladedrucks kommt noch eine Steuerkantenverstellung für den Schieber
28 hinzu bzw. eine Verstellmöglichkeit am Anschlag für den Gelenkpunkt 41 und an
der Lasche 36 bzw. am Gestänge zwischen der Lasche 36 und der Klappe 40. Bei sehr
niedrigem Rufladedruck (Punkt C in Fig. i) befindet sich der Steuerschieber 28 in
der rechten Endlage, wodurch der Kolben 30 in die linke Endlage gelangt.
Der Hebel 31 dreht sich entgegen dem Uhrzeigersinn. - Das obere Gelenk 35 spielt
frei in der Lasche 36. Das untere Ende drückt mit dem Anschlag 32 auf die Stange
33 und begrenzt die Brennstoffmenge auf den minimalen Wert. . -Steigt nun der Rufladedruck,
so wird der Schieber 28 zunächst in seine Abschlußstellung, hierauf nach links darüber
hinaus gebracht und läßt öl links vom Kolben 3o eintreten. Infolgedessen geht der
Kolben 3o nach rechts, beeiüflußt die Lasche 36 vorläufig noch nicht, zieht aber
den Anschlag 32 etwas zurück, so daß die. Brennstoffmenge ein wenig erhöht wird.
Der Rückführhebe127 bringt dabei den Schieber 28 wieder in die Abschluß- -Stellung.
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Wenn sich der Rufladedruck weiter erhöht, wiederholt sich dasselbe
Spiel. von neuem. Beim ,Rufladedruck entsprechend dem PunktB in . Fig. i liegt der
Federteller 37 am Anschlag
38 an, so daß trotz weiterer Drehung
des Hebels 3 t_ im Uhrzeigersinn die Belastung sich nicht mehr erhöht. Steigt der
Rufladedruck weiter, so bewegt sich der Kolben 30 weiter nach rechts, und der Hebel
3 t nimmt in einem bestimmten Moment die Lasche -() mit; dadurch wird über das Gestänge
39 die Klappe 40 in der Aufladeleitung 12 geöffnet, einen Teil der vom Aufladeverdichter
geförderten Luft wieder abzulassen. Gleichzeitig stößt das Gelenk 41 des Hebels
27 am Gehäuse des Kolbens 3o an, so daß die Rückführung aufgehoben ist.
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Will dann der Rufladedruck noch weiter steigen, so läßt der Schieber
28 immer so viel Druckmittel zum Kolben 30 zutreten, daß die Klappe 40 so
weit geöffnet wird, daß der Druck wieder auf den Wert sinkt, welcher der Abschlußstellung
des Schiebers 28 entspricht.
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An Stelle der Klappe 40 in der :lufladcleitung 12 kann das Gestänge
39 auch eine vor dem Aufladeverdichter t r angeordnete Saugdrosselung beeinflussen.
Das Gestänge 39 kann ferner eine Verstellung der Leitschaufeln der Turbine t o oder
eine Verstellung der Laufradschaufeln der Abgasturbine bzw. der Schaufeln des Gebläses
oder beider bewirken.
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Die Regelvorrichtung kann auch bei Brennkraftmaschinen angewendet
werden mit hydraulischer oder pneumatischer Leistungsübertragung oder mit direktem
Antrieb, z. B. so, daß in der Ausführung nach Fig.3 der Generator 2 mit dem Servomotor
3 und dem Widerstand 4 in Wegfall kommt.
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Die Reihenfolge der versch:edeneti Vorgänge in Fig. t stellt lediglich
ein Beispiel dar. Es ist auch möglich, daß die Leistung der Brentikraftmaschine
im ganzen Bereich von C-o konstant bleibt, so daß eine Verminderung der Brennstoffmenge
und der Belastung nur dann eintritt, Nvenn die Aufladegruppe nicht mehr normal arbeitet.
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Zur Herabsetzung des Rufladedruckes sind verschiedene Mittel verwendbar:
die Herabminderung der Belastung (dies stellt das einfachste, aber umwirtschaftlichste
Mittel dar, das Abblasen von Abgasen oder Gebläseluft, die Saugdrosselung vor dem
Gebläse, das Verstellen der Turbinendüsen, dic Verstellung von Turbinen- oder Gebläseschaufeln.
der vorzeitige Abschluß der Ladeperiode, z. B. durch Längsverschiebung der Steuerwelle
bei veränderlichem Nockenprofil o. dgl. Bei den bekannten Ausführungen hat der Fahrer
diese Verstellungen entsprechend dem Barometerstand oder dem Rufladedruck vorzunehmen,
wodurch seine Aufmerksamkeit übermäßig in Anspruch genommen wird; der Vorteil des
Erfindungsgegenstandes besteht nun darin, daß der Fahrer seine volle Aufmerksamkeit
auf den Fahrweg richten kann.