DE744424C

DE744424C - Safety device on internal combustion engines to protect against knocking

Info

Publication number: DE744424C
Application number: DEA90665D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ewald Becker
Original assignee: Askania Werke AG
Current assignee: Askania Werke AG
Priority date: 1939-12-24
Filing date: 1939-12-24
Publication date: 1944-01-17

Description

Sicherheitsvorrichtung an Verbrennungsmotoren zum Schutz gegen Klopfen Die Erfindung betrifft ,eine Sicherheitsvorrichtung an Verbrennungsmotoren, welche die Aufgabe hat, den Motor gegen Klopfen zu schützen. Dne bekannten Sicherheitsvorrichtungen dieser Art benihen darauf, den eigentlichen Brennstoff mit einem Sonderbrennstoff zu mischen, der die Eigenschaft besitzt, ein Klopfen zu verhindern. Das Mischungsverhältnis der beiden Brennstoffe kann mit einem Mischventil verändert werden, und zwar nach Maßgabe der Abgaszusammensetzung.Safety device on internal combustion engines to protect against knocking The invention relates to a safety device on internal combustion engines, which has the task of protecting the engine against knocking. Dne known safety devices of this kind it is necessary to use the actual fuel with a special fuel to mix which has the property of preventing knocking. The mixing ratio the two fuels can be changed with a mixing valve, according to Provision of the exhaust gas composition.

Diese Sicherheitsvorrichtung hat also das Vorhandensein eines besonderen Brennstoffes zur Voraussetzung, außerdem ist ein zusätzliches Mischventil notwendig, das die ohnehin schon große Zahl von Einzelteilen an einem modernen Motorregler in unerwünschter Weisse vergrößert.So this safety device has the presence of a special one Fuel is a prerequisite, an additional mixing valve is also necessary, that is the already large number of individual parts on a modern motor controller enlarged in undesirable whiteness.

Diese Mängel können der Erfindung ge-` mäß dadurch behoben werden, daß der Abgassteuerwerteinem an sich bekannten Brenn--stoff-Luft-Gernischregler als Grenzimpuls überlagert wird, derart, daß das Gemisch beim Erreichen der Klopfgrenze von dem Abgassteuerwert im Sinne einer Anreicherung verändert wird. Da jeder moderne Motor mit einem Brennstoff-Luft-Gemischregler, gleich welcher Art im einzelnen, ausgerüstet ist, so sind im Gegensatz zu 'der bekannten Sicherheitsvorrichtung keine zusätzlichen Vorrichtungen notwendig. Es braucht vielmehr nur der Abgassteuerwert dem Gemischregler überlagert zu werden, um durch Eingreifen in die Gemischregelung, soweit notwendig, der Klopfgefahr vorzubeugen. Die hierdurch erzielte Vereinfachung in dem Aufbau der ganzen Regelanlage ist für %Luftfa:hrzeugmotoren von besonderem Wert, «-.eil bei diesen der Raum für die Unterbringung der Motorzubehörteile außerordentlich beschränkt ist und im übrigen auch die Gelvichtsfrage zu berücksichtigen ist. Die Praxis hat gelehrt, daß die praktische Brauchbarkeit häufig an der Raum- und Gewichtsfrage scheitert.According to the invention, these deficiencies can be remedied by that the exhaust gas control value of a known fuel-air Gernisch regulator is superimposed as a limit pulse in such a way that the mixture when the knock limit is reached is changed by the exhaust gas control value in the sense of an enrichment. Since everyone is modern Engine with a fuel-air mixture regulator, regardless of the type in detail, is equipped, so are in contrast to 'the known safety device none additional devices necessary. Rather, it only needs the exhaust gas control value to be superimposed on the mixture controller in order to intervene in the mixture control, if necessary, to prevent the risk of knocking. The resulting simplification in the structure of the entire control system is of special importance for aircraft engines Worth, «-.eil with these the space for the accommodation of the engine accessories extraordinarily is limited and, moreover, the question of weight must be taken into account. the Practice has taught that practical usability is often based on the question of space and weight fails.

Welcher Art der Gemischregler im :einzelnen ist, nach welchem Steuerwert die Gemischregelung also erfolgt, ist grundsätzlich für die Erfindung bedeutungslos -, denn nach dieser fällt dem Abgasimpuls nur die aufgabe zu, in die eigentliche Brennstoffregelung dann einzugreifen, wenn diese von sich aus beim ändern des Mischungsverhältnisses die Gefahrengrenze unterschreitet.Which type of mixture controller is: according to which control value the mixture control thus takes place is fundamentally irrelevant for the invention -, because after this, the exhaust gas pulse only has the task to, in then intervene in the actual fuel control when this on its own initiative changing the mixing ratio falls below the risk limit.

Es wäre nun denkbar, eine solche Sicherung des Motors auch auf andere Weise zu gewährleisten, z. B. durchAusbildung des eigentlichen Brennstoffreglers selbst, derart, daß dieser bereits von sich aus eine Unterschreitung der Gefahrengrenze verhindert. Praktisch ist dieser Weg, aber erfahrungsgemäß nicht gangbar, weil z. B. aus Gründen der Arbeits- und Verbrauchstoleranzen der Motoren und der Regler eine genaue Einhaltung dieser Grenze nicht gewährleistet «-erden kann.It would now be conceivable to secure the motor in this way to others as well Way to ensure z. B. by training the actual fuel regulator itself, in such a way that this already by itself means that the danger limit is not reached prevented. This path is practical, but experience has shown that it is not feasible because z. B. for reasons of work and consumption tolerances of the motors and the controller exact compliance with this limit cannot be guaranteed.

Es besteht nun die :Möglichkeit, diesem Umstand dadurch behelfsweise Rechnung-zu tragen, daß die untere Verbrauchsgrenze unter Berücksichtigung aller Toleranzen genügend hoch über dem unteren Grenzwert festgesetzt wird. Dann muß aber der Nachteil in Kauf genommen werden, daß der Motor ('hinsic'htlich seines Verbrauches) umwirtschaftlich arbeitet, sofern sich die Toleranzen nicht gerade im Sinne einer Herabsetzung der Grenze auswirken.There is now the: possibility of proving this circumstance as a makeshift Take into account that the lower consumption limit taking into account all Tolerances are set sufficiently high above the lower limit value. But then you have to the disadvantage must be accepted that the engine (in terms of its consumption) works economically, provided that the tolerances are not exactly in the sense of a Effect lowering the limit.

Eine Sicherung mit Hilfe eines Abgasimpulses beseitigt nicht nur diese Schwierigkeiten, sondern hat auch den Vorzug, daß die Fertigungstoleranzen der einzelnen Konstruktionselemente sogar noch erweitert werden können, was eine. Vereinfachung und Verbilligung der Herstellung bedeutet.Securing with the help of an exhaust gas pulse does not only eliminate this Difficulties, but also has the advantage that the manufacturing tolerances of each Construction elements can even be expanded, which is a. simplification and cheaper production means.

Bei :Motoren mit im Arbeitstakt zwangläufig Besteuerter Zündung richtet sich bekanntlich der Zündzeitpunkt u. a. auch nach dein Brennstoff -Luft-Verhä'.tnis, so daß also mit einer Änderung dieses Verhältnisses eine Verlagerung des Zündzeitpunktes einhergehen soll. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, den Zeitpunkt der Zündung beim Eingreifen des Abgasimpulses in die Regelung, 'd. h. beim Unterschreiten der unteren Gefahrengrenze, nach Maßgabe des -eänderten Brennstoff-Luft-Verhältnisses selbsttätig zu verstellen. Es wäre also die übliche Einstellvorrichtung eines vom Motor angetriebenen Zündmagneten vom Abgassteuerwert in dem unterhalb der Gefahrengrenze liegenden Bereich zti steuern.With: Engines with inevitably taxed ignition in the work cycle As is well known, the ignition timing, among other things. also according to your fuel-air ratio, so that with a change in this ratio there is a shift in the ignition point should go hand in hand. For this reason, it is advisable to check the timing of the ignition when the exhaust gas pulse intervenes in the regulation, 'd. H. when falling below the lower risk limit, depending on the changed fuel-air ratio to be adjusted automatically. So it would be the usual adjustment device of one of the Engine driven magnetos from the exhaust gas control value in the one below the hazard limit control lying area zti.

Gelegentlich kann es erwünscht sein, z. B. in Gefahrenfällen, die Sicherung durch den Abgassteuerivert auszuschalten. so daß also die Gefahrengrenze unterschritten «-erdei kann. Demgemäß wird zweckmä l:')ig eine Hilfseinrichtung vorgesehen. die gestattet, den Abgassteuerwert jederzeit unwirksam zu machen.Occasionally it may be desirable, e.g. B. in dangerous situations that Switch off the fuse through the exhaust gas control. so that the danger limit fallen below «- you can. Accordingly, an auxiliary device is expediently used intended. which allows the exhaust gas tax value to be made ineffective at any time.

Handelt es sich um einen mittelbar wirkenden Regler, der finit einem Druckmittel betrieben wird, so braucht zu diesem Zweck die den Kraftschalter dieses Reglers speisende Druckmittelleitung nur ein möglichst bequem zugängliches Absperrventil zu erhalten, das etwa im Gefahrenfalle von dem Führer schnell in Schließstellung zu bringen und damit die untere Grenze zu beseitigen ist.Is it an indirectly acting controller, the finite one Pressure medium is operated, the power switch needs this for this purpose The pressure medium line feeding the regulator only has a shut-off valve that is as conveniently accessible as possible to get that in the event of danger from the driver quickly in the closed position to bring and thus the lower limit is to be eliminated.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. Die Ladeleitung 2 des ?Motors i ist in üb- licher Weise mit einer Drosselklappe 3 und außerdem mit einer Brennstoffeinspritzdüse q. versehen. Diese ist an eine Brennstoffpumpe 5 angeschlossen, die über Zahnräder 6 und ,-von der Kurbelwelle des Motors angetrieben wird. Die Regelung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses erfolgt hier durch Änderung der eingespritzten Brennstoffmenge, und zwar in der Weise, daß die wirksame Fördermenge der Pumpe mittels einer Einstellstange 8 verändert wird. Diese Einstellstange wird in bekannter Weise nach Maßgabe der sog. Ladewichte, d. h. dem spezifischen Gewicht der Ladeluft, gesteuert. Zu diesem Zweck ist, wie an sich bekannt, ein aus mehreren einzelnen Dosen bestehendes Wichtedosensystein g vorgesehen, das in eine mit der Ladeleitung 2 verbundene Kammer i o eingebaut ist. Jede Änderung der Ladewichte hat ein Ansprechen des Dosensystems und damit eine Hubbc-,vegung der Einstellstange 8 zur Folge.The drawing illustrates an embodiment of the subject matter of the invention. The charging line 2 of the engine i is in the usual way with a throttle valve 3 and also with a fuel injector q. Mistake. This is connected to a fuel pump 5, which is driven by the crankshaft of the engine via gears 6 and 6. The regulation of the fuel-air ratio takes place here by changing the amount of fuel injected, specifically in such a way that the effective delivery rate of the pump is changed by means of an adjusting rod 8. This adjusting rod is controlled in a known manner in accordance with the so-called charge weights, ie the specific weight of the charge air. For this purpose, as is known per se, a weight box system g consisting of several individual boxes is provided, which is installed in a chamber io connected to the charging line 2. Any change in the loading weights results in the can system responding and thus a lifting movement of the adjusting rod 8.

Handelt es sich um einen Luftfahrzeuginotor, so kann mit dem Dosensystem g noch eine Höhendose i i vereinigt -werden, die gleichfalls auf die Einstellstange S arbeitet und deren Innenraum mit der Atmosphäre kommuniziert. Es besteht die Möglichkeit, dem eigentlichen Steuerwert des Dosensystems 9, 11 weitere Berichtigungswerte zu überlagern. Nach dem dargestellten Beispiel ist, wie bereits vorgeschlagen, das Gegenlager 12 "als Gewindering mit Aufn- und Innengewinde ausgebildet, so daß eine zusätzliche Axialverlagerung sowohl durch Drehen des Ringes i2 als auch durch Drehen des inneren Teiles 13 möglich ist. Dieser hat einen Steuerarm 14. an dem über einen Lenker 15 ein Weltrohr 16 angreift, dessen Innendruck und dessen Hub eine Funktion der Abgastemperatur sind. Die Wellr ohrdose 16 steht mit einem Temperaturfühler i; in Verbindung, so daß in an sich bekannter Weise jede Änderung der Temperatur der Abgase gesetzmäßige Änderung des Druckes in der Dose 16 verursacht.If it is an aircraft engine, the can system g still a height socket i i -be united, which is also on the adjustment rod S works and its interior communicates with the atmosphere. There is the possibility the actual control value of the can system 9, 11 to further correction values overlay. According to the example shown, as already suggested, the Counter bearing 12 "designed as a threaded ring with female and male threads, so that a additional axial displacement both by turning the ring i2 and by turning of the inner part 13 is possible. This has a control arm 14 on which one Handlebar 15 attacks a world tube 16, the internal pressure and stroke of which have a function the exhaust gas temperature. The corrugated ear socket 16 is equipped with a temperature sensor i; in connection, so that in a known manner any change in temperature the exhaust gas causes a lawful change in the pressure in the can 16.

Ferner ist auch bekannt. einen entsprechenden Zwischenring in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung zu verstellen, so daß der eigentliche Steuerwert des Dosensystems 9, 11 auch noch laufend: in. Abhängigkeit von der Abgaszusammnensetzung beeinflußt wird.It is also known. a corresponding intermediate ring depending on to adjust the exhaust gas composition, so that the actual control value of the Can system 9, 11 also still ongoing: depending on the exhaust gas composition being affected.

Mit diesem Regler wird das Brennstoff-Luft-Gemisch selbsttätig nach der Ladewichte, nach der Abgastemperatur und gegebenenfalls nach der Abgaszusammensetzung und der Höhe verändert. Bei ,einer solchen Änderung kann das Brennstoff-Luft-Gemisch unter die eingangs genannte Gefahrengrenze heruntergebracht, d. h. ein zu armes Gentisch ,eingestellt werden. Hier -setzt nun die Erfindung ein, nach der einer solchen Gefahr wirksam begegnet werden soll. Die lÜerzu'vorgesehene Einrichtung bestellt im wesentlichen aus einem an sich bekannten Abgasanalysator und einem von diesem gesteuerten Verstellglied, das zwecks Beeinflussung der Brennstoffpum:pen-,einstellstange. 8 in die von der Wichtedose 9 verursachte Regelung im Sinne einer Sicherung gegen Unterschreitung der genannten Grenze angreift.With this regulator, the fuel-air mixture is automatically adjusted the loading weights, according to the exhaust gas temperature and, if applicable, according to the exhaust gas composition and the height changed. Such a change can result in the fuel-air mixture brought down below the risk limit mentioned at the beginning, d. H. too poor Gentisch, to be discontinued. This is where the invention comes into play, according to which one such danger should be effectively countered. The moreover-intended facility ordered essentially from an exhaust gas analyzer known per se and one of this controlled adjusting element, which is used to influence the fuel pump: pen-, adjusting rod. 8 in the regulation caused by the weight box 9 in the sense of a safeguard against Attacking below the specified limit.

Der Abgasanalysator leitet mittels eines Rohres i S einen Teil der durch die Auspuffleitung i9 strömenden Abgase durch eine Filterkammer F in eine Kammer 2o, in der ein Widerstandsdraht -i frei ausgespannt ist. Von dieser Kammer führt eine Leitung 22 wieder zurück in das Auspuffrohr i9. Neben der Kammer 2o ist eine zweite mit seinem Vergleichsgas gefüllte Kammer 23 vorgesehen, die ebenfalls einen frei ausgespannten Widerstandsdraht 2q. aufnimmt. Die beiden Drähte 21 und 2¢ sind zusammen mit zwei weiteren Widerständen 25 lind 26 in bekannter Weise zu einer Wheatstonschen Brückenschaltung vereinigt und stehen unter der Spannung einer Stromquelle 27. Mit Hilfe :eines Abgleichtviderstandes 28 kann die wirksame Länge der beiden Widerstände 21 und 24 so eingestellt werden, daß der Draht 21 zunächst eine geringere Temperatur als der Vergleichsdraht 2q. hat. Solange die Zusammensetzung des Brennstoff-Luft-G:emisches 'und damit auch die Auspuffgase sich oberhalb der Gefahrengrenze befindet, enthalten die Abgase unverbrannte Kohlenoxyd- und Wasserstoffgase. Diese Bestandteile verbrennen durch die Beheizung von Seiten des Drahtes 21 und auf Grund der Katalytwirkung und erhöhen infolgedessen die Drahttemperatur (Wärmetönung), so daß der Draht 21 die gleiche Temperatur annimmt wie der Draht 2¢. Dies bedeutet, daß unter normalen bzw. zulässigen Betriebsbedingungen die Brückenschaltung im Gleichgewicht ist und deshalb kein Strom fließt.The exhaust gas analyzer conducts part of the by means of a pipe i S exhaust gases flowing through the exhaust line i9 through a filter chamber F into a Chamber 2o, in which a resistance wire -i is freely stretched. From this chamber leads a line 22 back into the exhaust pipe i9. Next to the chamber 2o is a second chamber 23 filled with its reference gas is provided, which likewise a freely stretched resistance wire 2q. records. The two wires 21 and 2 ¢ together with two further resistors 25 and 26 are closed in a known manner a Wheatstone bridge circuit and are under the tension of a Current source 27. With the help of a balancing resistor 28, the effective length of the two resistors 21 and 24 are set so that the wire 21 first a lower temperature than the reference wire 2q. Has. As long as the composition of the fuel-air-G: emisches' and thus also the exhaust gases are above the The exhaust gases contain unburned carbon dioxide and hydrogen gases. These components burn due to the heating on the part of the wire 21 and due to the catalytic effect and consequently increase the wire temperature (heat tint), so that the wire 21 assumes the same temperature as the wire 2 [. This means, that under normal or permissible operating conditions the bridge circuit is in equilibrium is and therefore no current flows.

Sobald das Brennstoff-Luft-Gemisch zu arm wird, vermindert sich der Anteil des Kohllenoxyd- und Wasserstoffgases in den Abgasen, und das Gleichgewicht der Brücke wird gestört. Es fließt infolgedessen durch die Leitungen 29 und 30 und damit auch durch eine Erregerspule 31 ein Strom, so daß deren Anker32 verstellt wird. Die Ankerbewegung wird dazu benutzt, um die Steuerung der Brennstoffpumpeneinstellstange 8 im Sinne einer Rückführung bis zu der Gefahrengrenze zu berichtigen.As soon as the fuel-air mixture becomes too poor, the proportion of carbon dioxide and hydrogen gas in the exhaust gases is reduced and the equilibrium of the bridge is disturbed. As a result, a current flows through lines 29 and 30 and thus also through an excitation coil 31, so that its armature 32 is adjusted. The armature movement is used to correct the control of the fuel pump adjusting rod 8 in the sense of a return to the danger limit.

Nach dem dargestellten Beispiel wirkt der Anker 32 nicht unmittelbar, sondern über einen an sich bekannten Strahlrohrve:rstärker, dessen Strahlrohr 33 durch eine Leitung 3.1 mit einem Druckmittel gespeist und um .eine Achse 3 5 nach Maßgabe des Abgassteuerwertes verschwenkt wird. Dabei ist nun aber dafür gesorgt, daß der Abgassteuerwert sich immer nur in einer Richtung auswirken kann. Das Strahrohr 33 vermag nämlich aus der dargestellten Mittellage nur eine Abwärtsschwenkung auszuführen, weil ein Anschlag 36 eine Aufwärtsbe«#egung verhindert.According to the example shown, the armature 32 does not act directly, but via a known jet pipe amplifier whose jet pipe 33 fed by a line 3.1 with a pressure medium and around .eine axis 3 5 after Is pivoted according to the exhaust gas control value. But now it is ensured that the exhaust gas control value can only have an effect in one direction. The jet pipe 33 is only able to swivel downwards from the center position shown, because a stop 36 prevents upward movement.

Jeder Ausschlag des Strahlrohres 33 nach unten bedingt eine Steigerung des Druckes unterhalb des Kolbens 37 eines Servomotors 38, so daß der Kolben gegen den Widerstand einer Feder 39 eine Aufwärtsbewegung :erfährt. Durch diese wird das Dosensystem 9, 11 als Ganzes axial verstellt, in der Weise, daß die Brennstoffpumpeneinstellstange 8 die geförderte Brennstoffmenge für die notwendige Anreicherung des Gemisches zwecks Einhaltung der Gefahrengrenze erhöht.Every downward deflection of the jet pipe 33 causes an increase of the pressure below the piston 37 of a servo motor 38, so that the piston against the resistance of a spring 39 an upward movement: experiences. Through this it becomes Can system 9, 11 axially adjusted as a whole, in such a way that the fuel pump adjusting rod 8 the amount of fuel delivered for the necessary enrichment of the mixture for the purpose Compliance with the risk limit increased.

Um das Dosensystem als Ganzes bequem axial verlagern zu können, ist, wie bereits vorgeschlagen, das Dasengegenlager 12 mittels eines Gewindes drehbar in die Wandung des Gehäuses io eingesetzt, so daß sich durch Drehung des Gegenlagers die gewünschte Verstellung ergibt. Dementsprechend: greift der Kolben 37 des Servomotors 38 mittels edles Lenkers 4.o an einem Arm ', i an, der an dem Dosengegenlager 12 befestigt ist.In order to be able to easily move the can system as a whole axially, as already proposed, the counter bearing 12 rotatable by means of a thread inserted into the wall of the housing io, so that by rotating the counter bearing results in the desired adjustment. Correspondingly: the piston 37 of the servomotor engages 38 by means of a noble handlebar 4.o on an arm ', i, which is attached to the can counter bearing 12 is attached.

Der Kolben 37 des Servomotors 38 steuert nicht nur die Brennstoffpump eneinstellstalige 8, sondern auch die Zündmaschine 4.2 in der Weise, daß bei mageren Gemischen die Zündung, wie gewünscht, weiter vorverlegt wird. Jeder Ausschlag des Strahlrohres 33 wirkt also nicht nur auf eine Zurückführung auf die Gefahrengrenze, sondern gibt auch, solange die Gefahrengrenze noch nicht wieder erreicht ist, die erwünschte Veränderung des Zündzeitpunktes.The piston 37 of the servo motor 38 not only controls the fuel pump eneinstellstalige 8, but also the blasting machine 4.2 in such a way that with lean Mixing the ignition is brought forward as desired. Every rash of the Jet pipe 33 does not only act to reduce the danger limit, but also gives as long as the danger limit has not yet been reached again desired change in ignition timing.

In die zum Strahlrohr 33 führende Druckmittelleitung 3q. ist ein Hahn 4.3 neingebaut, der bequem zugänglich anzuordnen ist, damit durch einen einfachen Handgriff jederzeit der Abgassteuerwert durch Ausschalten der Verstärkerenergie unwirksam gemacht werden kann, wenn es, aus welchen Gründen auch immer, erwünscht ist, vielleicht nur vorübergehend die Gefahrengrenze aufzuheben.In the pressure medium line 3q leading to the jet pipe 33. is a rooster 4.3 built in, which is easily accessible to arrange, so by a simple Handle the exhaust gas control value at any time by switching off the amplifier energy can be made ineffective if, for whatever reason, so desired is, perhaps only temporarily, to remove the danger limit.

Claims

P, ITENT CLAIMS: z. According to the state of the exhaust gases, especially according to the exhaust gas composition. working safety device on internal combustion engines for protection against knocking, characterized in that the exhaust gas pulse is a per se known fuel-air mixture controller is superimposed as a limit pulse such that the mixture when the knock limit is reached by the exhaust gas pulse in the sense of enrichment is changed.

2. Device according to claim i for internal combustion engines with in the work cycle positively controlled ignition, characterized. that the timing the ignition when the safety device is activated in accordance with the changed The fuel-air ratio is automatically variable.

3. Apparatus according to claim i, characterized by an auxiliary device for rendering the safety device ineffective. Device according to claim 3 with an indirectly acting, pressure-operated regulator, whose power switch is controlled by the exhaust gas pulse and whose servomotor acts on the control of the fuel supply, characterized in that in the pressure-medium line leading to the power-switch there is a conveniently accessible shut-off valve for operating the To distinguish the subject matter of the application from the state of the art, the following publications have been considered in the granting procedure: German patent specification ..... Vr. 273 239; French patent specifications - 383 683, 827 559; British patent specifications... - 500207, 378 182.