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Verfahren zur Erzielung einer drehzahlunabhängigen Öffnungszeit bei
elektromagnetisch betätigten Treibstoff-Einspritzventilen Bei den schnell lautenden
Fahrzeugbrennkraftmaschinen, die nach dem Otto-Prinzip mit Vergaser arbeiten, zeigen
sich verschiedene Mängel, die man durch die Einspritzung des Kraftstoffes zu beseitigen
sucht. Davon seien einige hier aufgeführt.
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z. Durch das heute übliche große Verhältnis von Höchstdrehzahl zu
1lindestdrelizahl (Leerlauf) ist man zum Zwecke der Vermeidung von Vergaserlöchern
und zur Erreichung von hinreichender Verwirbelung des Gas-Luft-Gemisches zur Verwendung
von verhältnismäßig kleinen Lufttrichtern ini Vergaser gezwungen, die die Füllung
bei hohen Drehzahlen merklich drosseln und damit den Drehmomentenverlauf ungünstig
beeinflussen und die erreichbare Höchstleistung herabsetzen. Dieselbe :Minderung
des Drehmoments erfolgt bei geringen Drehzahlen durch unzureichende Verwirbelung.
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Bei der Verwendung von Vergasern ist man an eine bestimmte Vergasercharakteristik
gebunden. die einmal drehzahlabhängig ist und zum anderen nicht gestattet, die Maschine
zugleich auf Höchstleistung und ini Teillastgebiet auf iiiedri-sten Verbrauch einzustellen,
vielmehr niu13 man sich auch bei Verwendung umfangreicher Zusatzeinrichtungen, wie
Isonipensatorclüsen, Leerlaufdüsen, Bremsluftdüsen, Tc:illastnadeln, Beschleunigerpumpen
und Startvergasern, immer noch mit einer gewissen Zwischenlösunz für
die
günstigsten Gas-Luft-Zusammensetzungen in den verschiedenen Belastungs- und Drehzahlgebieten
begnügen.
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3-. Die heute üblichen Vergaser sind nicht lagerunempfindlich. Es
sind daher z. B. im Flugmotorenbau, besonders wenn die Forderung nach einwandfreiem
Arbeiten unter den verschiedenen Beschleunigungszuständen gestellt wird, umfangreiche
Zusatzeinrichtungen notwendig.
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Alle diese Mängel sind im .wesentlichen durch die Treibstoffeinspritzung
zu beseitigen, und somit gingen viele Bemühungen dahin, für schnell laufende Otto-Brennkraftmaschinen
ein befriedigendes Einspritzsystem zu finden. Dieses gilt im besonderen Maße für
Zweitaktmaschinen mit Gemischspülung, bei denen einmal der Brennstoffverwirbelung
eine erhöhte Bedeutung beigemessen werden muß und zum anderen mit einem bestimmten
aus der Art der Spülung sich ergebenden Gemisch- und damit Brennstoffverlust durch
die Auslaßschlitze gerechnet werden muß.
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Aber auch die direkte Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung der
üblichen Kolbeneinspritzpumpen stößt besonders bei höheren Drehzahlen auf große
Schwierigkeiten. Diese liegen einmal bei der Schwierigkeit einer hinreichenden Plungerschmierung,
zum anderen an den hohen Saugunterdrücken, die zu Dampfblasenbildung führen können
und dadurch eine gleichbleibende Dosierung erschweren. Außerdem ist die erforderliche
Herstellungsgenauigkeit für die geringen Plungerdurchmesser der geringvolurnigen
schnell laufenden Fahrzeugbrennkraftmaschinen ein wesentliches Hindernis für die
Herstellung solcher Einspritzpumpen. Demgemäß sind auch die Wiederherstellungskosten
bei normalem Betriebsverschleiß sehr hoch.
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Bei Verwendung von Hochdruck- oder Flüssiggasen mit einem Regler,
der die Gase auf einen bestimmten Unterdruck entspannt, und wobei dann die Gase
durch eine Düse dem Saugrohr zugeführt «-erden, sind im wesentlichen die gleichen
Schwierigkeiten, wie oben erwähnt. festzustellen.
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Es liegt nun nahe, die Einspritzung in (leg «reise vorzunehmen, claß
der unter Vordruck stehende Brennstoa lediglich durch geeignete Betätigung eines
Ventils dem Motor zu,-eführt wird. Der Vordruck kann hierbei in der Art des Treibstoffes
begründet sein, z. B. bei Hochdruck- oder verflüssigten Gasen, oder z. B. bei Hiis.i'en
Kraftstoffen in bekannter Weise durch eine beliebige Vordruckpunipe erst t.--reti"t
werden oder auch beides zugleich. z. B. bei der Verwendung verflüssigter Gase unter
höherem Vordruck als dein Dampfdruck des Gases entspricht. Diese Ventilbetätigung
kann auf beliebige Art geschehen, beispielsweise mechanisch durch Nocken und Stößel
oder auch, wie bereits bekanntgeworden, durch elektromagnetische Betätigung desselben,
beispielsweise durch Kontaktgabe längs eines bestimmten Kontaktbogens. Allen diesen
Konstruktionen haftet aber allgemein der Mangel an, daß der wirksame Öffnungsbogen
(bei mechanisch gesteuertem Ventil) bzw. Kontaktbogen (bei elektrisch gesteuertem
Ventil) sich über einen bestimmten Winkel des Umfanges erstreckt. Damit wird aber
die Öffnungszeit eines Einspritzvorganges und damit die Einspritzmenge bei unverändertem
Öffnungsbogen bzw. Kontaktbogen drehzahlabhängig, derart, daß bei Verdoppelung der
Drehzahl die Öffnungszeit eines Einspritzvorganges und damit die Einspritzmenge
sich auf die Hälfte verringern. Man hat versucht, diesen Mangel derart zu beseitigen,
daß man Öffnungsbogen bzw. Kontaktbogen verstellbar einrichtet, indem etwa durch
eine drehzahlabhängige Steuereinrichtung (beispielsweise Fliehkraftregler) selbsttätig
eine Verstellung herbeigeführt wird, die bei Verdoppelung der Drehzahl auch den
wirksamen Öffnungsbogen bzw. Kontaktbogen verdoppelt, so daß die Öffnungszeit und
somit auch die Einspritzmenge konstant bleiben. Weiterhin muß in diesem Fall eine
von dem Drehzahlversteller unabhängige Verstellmöglichkeit vorgesehen sein, um die
Einspritzmenge willkürlich bei Belastungswechsel der Maschine bemessen zu können.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren, bei elektrisch
betätigten Einspritzventilen beliebiger Konstruktion eine drehzahlunabhängige Öffnungszeit
des Ventils zu erreichen ohne Zuhilfenahme drehzahlabhängiger mechanischer V erstelleinrichtungen.
Dies soll dadurch erreicht «-erden, claß die Betätigung der elektrischen Einspritzventile
nicht in bekannter Weise unmittelbar durch zeitliche Kontaktgabe in einem Batterieventilstromkreis
erfolgt, sondern der. Stromstoß, der das Ventil .direkt oder unter Zwischenschaltung
eines geeigneten Verstärkers oder Relais indirekt betätigt, wird in dem Sekundärkreis
eines Transformator: induziert. Dieser Induktionsstromstoß kommt in bekannter Weise
durch rasche Veränderun@ des Stromes im Primärkreis des Transformators zustande.
w1,- sie beishieis@@-ei;e durch Üffnen oder Schließen eines Kontaktes (Unterbrechers)
iiti Priin-irstronilcreis, der aus Batterie, Primiirwicklung des Transiorniators
und Unterbrecher bestclit. erfol-t. Der zeitliche Verlauf des Induktion; tronies
ini Sekundärkreis ist dabei unabhän-ig von der Dauer des Kontaktschlusses im 1'riin'irkreis.
Auf
die Verhältnisse bei einer Brennkraftmaschine übertragen, bedeutet dies Drehzahlunabhängigkeit,
wenn beispielsweise der Kontakt in Form eines Unterbrechers durch die Nockenwelle
angetrieben wird. Der zeitliche Verlauf des Stromstoßes wird lediglich bestimmt
durch die verschiedenen elektrischen Kenngrößen im Primär- und Sekundärkreis, nämlich:
Ohmsche Widerstände, Selbstinduktion, Kapazität, Spannung am Unterbrecher und Übersetzungsverhältnis
des Transformators. -Durch geeignete Veränderung einer oder mehrerer dieser Größen
ist es möglich, den zeitlichen Verlauf des induzierten Stromstoßes im Sekundärkreis
etwa zum Zwecke der Veränderung der Öffnungszeit des Ventils und damit Regelung
der Einspritzmenge zu beeinflussen. Selbstverständlich ist -es möglich, wie bereits
durch andere Veröffentlichungen bekanntgeworden, mehrere Einspritzventile, beispielsweise
bei Mehrzylinderinotoren, durch einen Verteiler nacheinander mit dem Kontaktgeber,
in dem Falle der vorliegenden Erfindung also mit dem Sekundärl:reis des Transformators
bzw. dem hiervon gesteuerten Verstärker oder Relais, elektrisch zit verbinden.
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Es ist vorgeschlagen worden, - Einspritz-"-entile elektrisch dadurch
zu steuern, daß ein Kondensator über einen Wechselkontakt von einer Stromquelle,
beispielsweise von einem Sammler, aufgeladen und nach Umlegen des Kontaktes über
die Wicklung des Einspritzventils entladen wird. Bei diesem Vorschlag ist eine drehzahlunabhängige
Steuerung nicht erreicht, da die Öffnungsdauer des Ventils abhängig ist von der
Zeit, die die im Kondensator aufgespeicherte Strommenge, also die Ladung des Kondensators,
zum Abfluß benötig. Die Ladung ist beigegebener Kapazität des Kondensators abhängig
von der an den Kondensator angelegten Spannung, von @ler Laclestromstärke des Kondensators
und an Gier Zeitdauer der Aufladung des Kondensators, die eben abhängig ist von
der i )quer der Kontaktabe für den Aufladevoraün und damit von der Drehzahl der
.\laschille.
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lin (äe,,elisatz zu dieser Steuerung ist die Mach der Hrhndun- drelizahlunabhä
ngig, so ,lal,i dio Nachteile der .drelizalilabliiiligigeli Stettertni- vermieden
werden.
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Die :31>bildun@ zeit sinnbildlich die AnfIrclnunfür eine Vierzylinderbrennkraft-,naschilie
mit vier gesonderten Einspritzventilen I bis IV und mit direkter Betätigung der
Ventile durch den Induktionsstromkreis ohne Zwischenschaltung eines Verstärkers
oder Relais. Durch einen von der Nockenwelle des Motors gesteuerten Unterbrecher
U mit vier Nocken wird der Stromfluß im Primärkreis gebildet, aus der Batterie B
und der Primärwicklung des Transformators F geschlossen und unterbrochen. Zum Zwecke
der Verhinderung von Funkenbildung kann ein Kondensator C den Unterbrecher überbrücken.
An Stelle des Kondensators kann aber auch beispielsweise ein geeigneter Ohmscher
Widerstand treten. Im' Falle des Öffnens oder Schließens des Unterbrechers U induziert
die Veränderung in der Dichte des magnetischen Feldes einen Stromstoß in der Sekundärwicklung
S des Transformators. Über den ebenfalls von der Nockenwelle angetriebenen Verteiler
I% gelangt dieser Stromstoß wechselweise zu den vier Einspritzventilen I bis IV.
Die Beeinflussung der Energie des induzierten Stromstoßes zum Zwecke der Regelung
der Öffnungszeit und damit der Einspritzmenge kann beispielsweise durch einen veränderlichen
Ohrnschen Widerstand (in der Zeichnung mit R bezeichnet) erfolgen. Ebensogut können
aber statt dessen oder außerdem auch andere elektrische Größen des Primär- oder
Sekundärkreises in geeigneter Weise verändert werden.