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d Einrichtung zur Regelung der Brennstoffeinspritzung bei Erennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine -Einrichtung zur Regelung der Brennstoffeinspritzung
bei Brennkraftmaschinen,insbesonderebei schnelllaufenden Brennkraftmaschinen,--
und bezweckt bei hohen Maschinengeschwindigkeiten von 6ooo Umdrehungen und mehr
in der Minute sowie bei Drehzahländerungen bis herab auf zooo und 5oo Umdrehungen
in der Minute die Erzielung einer selbsttätigen Einstellung der für jede Drehzahl
optimalen Brennstoffmenge und damit auch der günstigsten Luftbrennstoffmischung.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die gleichzeitige Anwendung
mehrerer für sich bereits bekannter Einzelmaßnahmen gelöst, indem die Brennstoffliefermenge
einerseits durch eine in Abhängigkeit -vom Druck in der Saug- bzw. Ladeleitung der
Brennkraftmaschine erfolgende elektromagnetische Regelung des Einspritzzeitpunktes
und andererseits in Abhängigkeit von der Maschinengeschwindigkeit beeinflußt wird.
Gemäß der Erfindung wird demnach bei Brennkraftmaschinen, bei denen die Einspritzung
des Brennstoffes in die Ansauge- bzw. Ladeleitung über ein elektromagnetisch gesteuertes
Einspritzventil erfolgt, die durch dieses Ventil gebildete Einrichtung zur Regelung
der Brennstoffeinspritzung dadurch ergänzt, daß in an sich bekannter Weise die durch
das Einspritzventil einzuspritzende Brennstoffmenge durch ein Stellglied, das durch
eine auf den Saugunterdruck der Ansaugleitung oder den Differenzdruck vor und hinter
der Drossel in der Ladeleitung ansprechende Meßdose beeinfiußt wird, verändert und
die Speisung des Einspritzventils mit Brennstoff durch eine in Abhängigkeit von
der Maschinengeschwindigkeit angetriebene Pumpe bewirkt wird.
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Auf diese Weise wird bei den neuzeitlichen sehr rasch laufenden und
in weiten Grenzen
ihre Drehzahl ändernden Brennkraftmaschinen,
wie sie beispielsweise auf Flugzeugen verwendet werden, für alle Drehzahlen der
höchste Wirkungsgrad sowohl bei einer durch Änderung des äußeren Widerstandes wie
auch bei einer durch -Änderung der Brennstoffmenge hervorgerufenen Ände rung der
Drehzahl gewährleistet. Außerdem wird erreicht, daß die Maschine äußerst schnell
ohne Verzögerung wieder anläuft. Diese vorteilhaften Wirkungen der Regeleinrichtung
gemäß der Erfindung sind gerade dadurch bedingt, daß das augenblickliche Üffnen
und Schließen sowie genaue Üffnungszeiten des Einspritzventils selbst bei höchstenDrehzahlen
durch die nicht mechanische, sondern elektromagnetische Steuerung dieses Ventils
gesichert sind und gleichzeitig die Liefermenge des Ventils sowohl durch die Maschinendrehzahl
wie auch durch den Druck in der Saug- bz#%v. der Ladeleitung der Maschine entsprechend
beeinflußt wird. Dabei ist diese Beeinflussung der Liefermenge durch Maschinendrehzahl
und` Ladeleitungsdruck stets im ganzen Ausmaß der jeweiligen Änderung dieser Größen
dadurch ermöglicht, daß die Öffnungszeiten des Einspritzventils durch dessen elektromagnetische
Steuerung auch bei hohen Drehzahlen voll und genau eingehalten werden.
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Im Falle der Ladung der Maschine durch einen Verdichter können bei
gleicher Wirkungsart von Verdichter und Pumpe Drosselklappen in den Saugleitungen
oder in den Druckleitungen der Pumpe und des Verdichters erfindungsgemäß derart
miteinander gekuppelt sein, daß sie in wechselseitiger Abhängigkeit steuerbar sind.
Ferner können beivolumetrischerWirkungsweise vonPumpe und Verdichter eine Drosselklappe
in der Saugleitung des Verdichters und ein Hahn in einer die Druck- und die. Saugseite
der Pumpe verbindenden Rückströmleitung vorgesehen und miteinander -durch ein Verbindungsglied
auf gemeinsame Einstellung gekuppelt sein.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise
in mehreren Ausführungsformen. Fig. i ist eine schematische Gesamtdarstellung einer
ersten Ausführungsform der Einrichtung. Fig. 2 ist ein die Verfahrensvorgänge erläuterndes
Schaubild. Fig. 3 zeigt die Anwendung der Einrichtung gemäß Fig. i bei einer durch
einen Verdichter aufgeladenen Brennkraftmaschine. Fig. q. und 5 geben weitere vorteilhafte
Abänderungen der Einrichtung nach der Erfindung wieder.
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Gemäß Fig. i ist am Ende der Leitung i, in der das Saugventil e der
Brennkraftmaschine liegt, zwecks Regelung der Luftzufuhr eine feststehende, mit
Schlitzen q. versehene Buchse 3 vorgesehen, die von einer um einen bestimmten Winkel
drehbaren und ebenfalls mit Schlitzen 6 ausgestatteten I Buchse 5 umgeben ist, an
der ein Steuer-Nebel 7 sitzt. In den Boden der Buchse 3 ist das Einspritzventil
8 eingeschraubt, das elektromagnetisch gesteuert ist und dessen Anschlußklemmen
9 mit dem von der Maschine angetriebenen Stromverteiler sowie mit einer Stromquelle
verbunden sind. Der Brennstoff wird in das Einspritzventil 8 fortlaufend durch eine
von der Maschine angetriebene Pumpe io, beispielsweise eine Zahnrad- oder Kapselpumpe,
gedrückt, die den Brennstoff durch das Rohr i i aus einem nicht dargestellten Behälter
ansaugt. Ein Rohr 12 stellt die ständige Verbindung zwischen der Saugleitung i der
Maschine mit einer blasebalgartigen Manometerkapsel oder Meßdose 13 her, die sich
verlängert oder zusammenzieht, je nachdem der Unterdruck in der Leitung i ab- oder
zunimmt. Die Veränderung der Länge der Meßdose 13 wird durch eine Steuerstange 1q.
auf einen Winkelhebel 15 übertragen, der den Hub und damit die Liefermenge des Einspritzventils
8 entsprechend ändert. Man kann mittels des Winkelhebels 15 auch die Einspritzdauer
durch Einwirkung auf den die Erregungszeit des Ventilelektromagneten bestimmenden
Schalter oder auch den Einspritzdruck durch Einwirkung auf ein in einem Nebenschlußweg
zur Pumpe io liegendes Ventil beeinflussen.
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Wie die Änderungen des Unterdruckes in der Saugleitung der Maschine
und des Einspritzdruckes erfolgen, ist aus Fig. 2 ersichtlich, in welcher die Linie
A-P den atmosphärischen Druck darstellt. Mit der Erhöhung der Maschinendrehzahl
zz wächst der Unterdruck gemäß der Linie C-D, wenn die Änderung der Drehzahl gemäß
der Leistungskurve vor sich geht, d. h. bei gleichbleibend geöffneter Ansaugleitung
der äußere Widerstand sich verringert. Werra nun die Drehzahländerung gemäß der
Ausnutzungskurve vor sich geht, d. h. eine allmähliche Drosselung in der Ansaugleitung
bei gleichbleibendem äußeren Widerstand erfolgt, so nimmt der Unterdruck vom Punkte
D an, der dem höchsten Unterdruck bei vollgeöffneter Saugleitung entspricht, stark
zu, und zwar gemäß der Linie D-E. Diese Änderungen des Unterdruckes sind praktisch
linear in dem Abschnitt X innerhalb der Grenzen der normal angewandten Drehzahlen
von 400 oder 5oo Umdrehungen aufwärts, und zwar bei sämtlichen Brennkraftmaschinen.
Die Linie F-G steltt die Änderung des Einspritzdrucks dar, der praktisch proportional
der Änderung der Fördermenge der Pumpe io, d. h.
der Änderung der
Maschinendrehzahl ist. Die Linien des Schaubildes von Fig.2 entsprechen tatsächlichen
Verhältnissen, da sie auf Grund von Versuchen an einer mit der Regeleinrichtung
nach der Erfindung versehenen Brennkraftmaschine erhalten wurden.
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Die Arbeitsweise der Regeleinrichtung ergibt sich nun wie folgt: Die
Maschine arbeite mit der Maximaldrehzahl unter der dieser entsprechenden Last, somit
mit größter Luft-und Treibstoffmenge. Die Einspritzung erfolgt unter einem effektiven
Druck, der die Summe aus dem Druck G und dem Unterdruck D darstellt. Wird nun die
Belastung bei gleichbleibend geöffneter Ansaug- bzw. Ladeleitung vergrößert, so
daß die Maschinendrehzahl allmählich abnimmt (Leistungskurve), so nimmt der effektive
Einspritzdruck ebenfalls ab, und zwar proportional zur Maschinendrehzahl, bis er
schließlich die Summe aus dem Druck F und dem Unterdruck C darstellt. Wenn die Einrichtung
so eingestellt ist, daß sie eine gleiche Menge an Luft. und Brennstoff bei den beiden
Grenzdrehzahlen liefert, so wird diese Liefermenge sich während der ganzen Drehzahländerung'
in der Leistungskurve- konsfänt erhalten.
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Betrachtet man nunmehr wiederum die Maschine unter der der Maximaldrehzahl
entsprechenden Last, somit bei Zuführung der größten Luft- und Treibstoffmenge.
Wenn die Abnahme der Maschinendrehzahl bei gleichbleibendem äußerem Widerstand durch
allmähliche Drosselung in der Ansaug-bzw.Ladeleitung erfolgt (Ausnützungskurve),
so wird der effektive Einspritzdruck weniger abnehmen als im vorigen Fall, und zwar
von GD auf FE, wogegen die Duftmenge.wegen der Drosselung mehr abnimmt. Man
hätte also dann ein Gemisch, das sich nach und nach in dem Maße, wie die Maschinendrehzahl
abnimmt, allmählich anreichert und somit eine allmähliche Erhöhung des spezifischen
Verbrauches. Hier setzt nun die Wirkung der Meßdose z3 ein, die mit zunehmendem
Unterdruck die Brennstoffmenge derart verringert, daß das Mischungsverhältnis. wenn
die Wirkung der Meßdose für die beiden äußersten Stellungen zweclcmäßig eingeregelt
worden ist, auch für den ganzen Verlauf der Ausnutzungskurve konstant bleibt.
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Fig.3 zeigt die Anwendung der Einrichtung nach Fig. z bei einer Brennkraftmaschine
mit Ladung durch einen Verdichter, der an die Ladeleitung 26 angeschlossen ist.
Die Meßdose oder Manom@eterkapsel 13 ist hier in einer Kammer-25 eingeschlossen,
die durch das in die Lufteintrittskammer 28
mündende Rohr 27 in unmittelbarer
Verbindung mit der Austrittsleitung 26 des Verdichters steht. Die Arbeitsweise bleibt
die gleiche wie bei der Einrichtung nach Fig. r, lediglich die absoluten Werte der
Unterdrücke, die jetzt zu Drücken werden, verändern sich. Es ist so, als ob in dem
Schaubild nach Fig.2 die Linie A-B des atmosphärischen Druckes nach unten verschoben
würde.
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Bei den Einrichtungen nach Fig. r und 3 -ist als Pumpe für die Brennstoffzufuhr
eine Zahnrad- oder - Kapselpumpe, somit eine Pumpe mit volumetrischer Wirkungsweise,
vorgesehen, die eine zur Maschinendrehzahl und damit zur Luftmenge proportionale
Liefermenge ergibt, wenn die Luftdrossel voll geöffnet ist. Im Falle der Einrichtung
nach Fig.3, wo die Maschine mittels eines Verdichters aufgeladen wird, empfiehlt
es sich. zur Erzielung einer günstigen Wirkungsweise auch einen Verdichter der volumetrischen
Art, z. B. ein Rootsches Gebläse, zu verwenden, weil sich dann mit der Änderung
der Maschinendrehzahl die Liefermenge des Verdichters w'le der Pumpe in analoger
Weise ändert.
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Wenn die Maschine jedoch mittels eines Verdichters mit Fliehkraftwirkung
geladen wird, geht die Änderung der Luftmenge mit der Drehzahl nicht mehr nach einem
linearen Gesetz vor sich und als Folge davon bestünde kein konstantes Verhältnis
von Luft zu Treibstoff mehr bei den verschiedenen Maschinendrehzahlen. In diesem
Falle muß auch als Brennstoffpumpe eine Fliehkraftpumpe ge-. wählt werden, damit
eine der Änderung der Luftzufuhr analoge Änderung der Brennstoffzufuhr erhalten
wird. Ferner wird es, wenn das Aufladegebläse und die Brennstoffpumpe von der gleichen
Art sind und daher Liefermengen ergeben, die bei einer durch eine Änderung des äußeren
Widerstandes bedingten Drehzahländerung der Maschine nach analogen Gesetzen veränderlich
sind, keine Schwierigkeiten bereiten, mittels entsprezhender und passend angeordneter
Drosselorgane, analoge Änderungen der Liefermengen auch dann zu erhalten, wenn die
Maschinendrehzahl sich infolge Änderung der Brennstoffmenge ändert.
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Eine nach diesen Richtlinien gebaute: Regeleinrichtung ist in Fig.
q. in einem Ausführungsbeispiel für den Fall der Anordnung der Drosseleinrichtungen
vor der Pumpe und dem Verdichter dargestellt. Nach Fig. q saugt der Kreiselverdichter
3o die Luft aus dem Rohr 31 und fördert- sie unter Druck durch das Rohr 26" zur
Maschine 33, während die Kreiselpumpe zoa den Brennstoff aus einem nicht dargestellten
Behälter durch das Rohr i i, ansaugt und ihn unter Druck -durch das Rohr36 zum Einspritzventi12r,
fördert, das auf dem Knie des Rohres 26,t
sitzt. Der Verdichter
30 und die Pumpe ioa werden von der Kurbelwelle der Brennkraftniaschine im
erforderlichen Übersetzungsverhältnis angetrieben. Die Drosseleinrichtungen 38 und
39 für Luft und Brennstoff'. die z. B. durch Hähne, Klappen oder Ventile gebildet
werden, sind an den Saugrohren 31 und i i" angeordnet und werden von den miteinander
durch eine Zugstange 42 verbundenen Hebeln 40 und 4i in wechselseitiger Abhängigkeit
gesteuert.
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Wenn bei der Einrichtung nach Fig. 4 in der Praxis wegen des Unterschiedes
der physikalischen Beschaffenheit von Luft und Brennstoff die Änderungsgesetze für
die Liefermenge des Verdichters und der Pumpe nicht ganz der Theorie entsprechen,
so wird der Fehler allmählich mit der Änderung der Drehzahl sich ändern und mit
gleichen oder ähnlichen Mitteln, wie sie bei Fig. i und 3 angegeben lvorden sind,
leicht zu berücksichtigen sein, indem man etwa eine dem Ladedruck der Luft und dem
Einspritzdruck des Brennstoffes unterworfene Manometerkapsel oder Meßdose verwendet.
Ferner können die miteinander gekuppelten Drosseln 38 und 39 für Luft und Brennstoff
statt vor auch nach dem Verdichter 30 und der Pumpe ioa in den Druckleitungen
26, und 36 angeordnet sein.
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Fig.5 zeigt eine Regeleinrichtung, bei welcher der Pumpe statt einer
Drossel ein Nebenschlußventil zugeordnet ist. Hier saugt der Verdichter 3o, die
Luft aus dem Rohr 31, und fördert sie unter Druck durch das Rohr 26, -zur Maschine
33,. Die Pumpe io, saugt den Brennstoff durch das Rohr i i, an und fördert ihn unter
Druck durch das Rohr 36, zu dem Einspritzventil2i, Als Luftdrossel dient eine Klappe
A, die in dein Rohr 31, eingebaut ist und von dem Hebel 4o, gesteuert wird.
Die Regelung der Pumpe erfolgt durch einen Hahn 39,, der durch den Hebel 41, gesteuert
wird und über den ein Teil der Flüssigkeit aus dem Austrittsrohr 36, nach dem Saugrohr
i i, zurückströmen kann, um die Liefermenge der Pumpe zu verringern. Die Hebel 40,
und 41, sind miteinander durch die Zugstange 42, verbunden. Die Aufkeilwinkel der
beiden Hebel, die Winkelverschiebungen der Klappe und des Hahnes und ihre Öffnungsgesetze
müssen experimentell festgelegt werden, um ein gleichbleibendes Verhältnis von Luft
zu Brennstoff bei den verschiedenen Füllungsgraden zu erhalten.