-
Einrichtung zur Regelung der Gemischbildung bei Brennkraftmaschinen
Die Gemischbildung vermittels Vergaser hat den Verteil der ummittelbaren Anpassung
der Brennstoftnenge an die angesaugte Luftmenge, aber die bekannten Nachteile des
offenen Brennstoffniveaus, der Lageempfindlichkeit und der überreicherung des Gemisches
bei hoher Di#6hzahl. Auch sind die erzeugten zu gering, um insbesondere bei Einspritzung
in das Zylinderinnere eine genügende: Zerstäubung zu erzielen.
-
Die Beibehaltung der Vorteile. unter Vermeidung der Nachteile wurde
durch die Vexwendung von Brennsitoffpumpen mit veränderlicher Förderung versucht,
deren Regelung durch vom Ansaugelaiftdruck beeinfiußte Einrichtungen geschieht.
Für diz Lösung dieser Aufgabe ist folgendes zu beachten: I. Bei .den 1VIaschhen,
deren Leistungs,-(Füllungs-) Regelung dmwch Drosseln ewfalg.t, entsteht nach der
Drossel ein Unterdruck; welcher für die Füllung,des Zylinders, abgesehen. von' 'I"empezaituränderunb
n, bestimtuend ist. Dass in.den Zylinder gelangende Luftgewicht ist im allgemeinen
dem absor Tuten Luftdruck, wie er voir dem Eintritt in den Zylinder in der Ansawgeleitung
besteht, verhältnisgleich. Daher imuß auch bei einer von ihm -abgeleiteten Regelvonxlchtung
das Bremi.stoffgewicht diesem absoluten Druck er. gleich sein.
-
v 'hältaiis, II. Bei,denselben Maschinen kann vor- .oder nasch der
Drossel zwischen zwei in der Länge der Anlsaugeleifiing voneinander entfernten Punkten
ein DifTerentialdruck gemessen werden, welcher auch durch einen zwischen diesen
Punkten eingeführten konstantem Widerstand erhöht werden kamn.
-
Wird dieser Diffe:reli.tialdruck vOr der Drossel abgrnz@onnmen, so.
kann der eine Druck auch einsfach aus der Atmosphäre genommen und gegen den nach
einem Wieg der Luft im, der Ansaugeleitung, aber vor der Leistungsdrossel entnommenen
Druck abgewogeTi werden. Der so gemessene Unterdruck, d. h. alsio die Differenz
des Luftdruckes der Außenaitnvosphäre und des von der Ansaugeleitwng abgeleiteten
Druckes, ist der durchfließenden Luftmenge nicht verhältnisgleich, sflndern dem
Quadrat aus der Luftgeschwindigkeit, also dem Quadrat der Luftmenge. Würde die Brennstoffmenge
unmitöelbar durch diesen Druck .geregelt, so, bekommt die Maschine bei größerer
öffnung der Drossel zuviel, bei kleinerer zuwenig Brennstoff, es sei denn, daß irgendwelche
die quadratische übersetzeng
ermöglichende Vorrichtungen eingeschaltet
werden.
-
Für 'die Regelung bestehen also folgende vier Möglichkeiten z. Es
wird der Unterdruck aus. der Ansaugeleitung gemäß I zum Regeln des Brenns:toffes
benutzt. Dann kann dieses durch die unmittelbare Einwirkung auf die Förderregelung
einer Zumeßbrennstoffpumpe geschehen. Dies ist auch der heute durchweg gewählte
Weg. Die hierzu erforderliche Einrichtung ist verwickelt und wenig empfindlich.
-
a. Oder es wird nach 1 der Druck in der Ansaugeleitung verwendet,
um z. B. vermittels einer überströmvorrichtung von einem gleichbleibenden Druck
bei gleichbleibender Zulauföffnung so. viel wegströmen zu lassen, daß der richtige,
d. h. denn Luftdruck entsprechende Brennstoffdruck übrigbleibt.
-
Dies. kann nicht durch eine unmittelbare Belastung des dein Brennstoff
steuernden. Ventils geschehen, da der Brennstoffdruck ja nicht dem Luftdruck verhältnisgleich
ist, sondern sich nach dem Verhältnis einer Gleichung .zweiten Grades ändert, welche
dadurch gegeben ist, daß die Geschwindigkeit des in die Maschine ,eintretenden Brennstoffes
der Luftmenge, also dem absoluten Luftdruck, verhältnisgleich sein soll.
-
Dieses Druckverhältnis zwischen Luft und Brennstoff kann nur durch
überströmvorrichtungen hergestellt worden, welche bei der außerordentlichen Kleinheit
der Abmessungen der steuernden überströmorgane kaum noch mit Sicherheit herstellbar
sind.
-
3. Es wird nacli II der Differentialdruck zum Regeln verwendet und
wirkt auf die Fördereinrichtung einer Zumeßpu.mpe. Dann hat man, wie oben
gezeigt, nicht das richtige Verhältnis Zwischen Luft und Brennstoff, es sei
denn, daß sehr verwickelte übertragungsmechanismen, Kurvenscheiben o. dgl. eingefügt
werden, deren Wirksamkeit besonders in der Gegend der niedrigen Drucke sehr fraglich
ist, da die zur Verfügung stehenden, im Quadrat mit der Lufbgeschwindigkeit abnehmenden
Regelkräfte viel. zu ging zur richtigen Betätigung der Regelvorrichtung sind.
-
q.. Oder endlich' die Regelvorrichtung wird gemäß Il vom Differentialdruck
abgeleitet, aber mit ihr nicht die Brennstoffördermenge, sondern der Brennstoffdruck
geregelt. In diesem Fall ist der Brennstoffdruck dem Luftunterdruck- unmittelbar
verhältnisgleich. Es lamm also. gegen ihn ausgewogen. werden, was durch die Belastung
eines Brennstoffventils in entgegengesetzter Richtung der Wirkurig des Luftdruckes
geschehen, kaum.
-
Diese zuletzt dargelegten. Beziehungen bilden die Grundlage für die
Regeleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, indem die auch beim Vergaser
wirksame Strömungsenergie .der angesaugten Luft verwendet wird, um, auf ein überlaufve,ntil
in der Leitung des mit überschuß geförderten Brennstoffes wirkend, einen dem Quadrat
der angesaugten Luftmenge verhältnisgleichen Druck aufrechtzuerhalten, se daß die
aus einer gleichbleibenden Düse gespritzte Brennstoffmenge der Luftmenge unmittelbar
verhältnisgleich wird.
-
Zu 'diesem Zweck wird das überlaufventil belastet einerseits im Öffnungssinne
vom Druck des Bremistoffes und anderseits im Schließsinne 'entweder von einem doppelseitig
belastbaren Steuerkolben, der in bekannter Weise von den an zwei hintereinanderlüege:nden
Stellen in der Ansauge leiteng herrschenden Drücken beaaufschlagt wird, ,oder von
einer der Strömungsenergie der angiesaugten Luft verhältigen Druckgröße, die z.
B. durch eine schaufelförmige Prallfläche abgenommen wird.
-
Das stets gleiche Verhältnis von Luftgewicht zu Brennstoffmenge ergibt
sich bei .dieser Einrichtung aus folgender Erwägung Mit der je Zeiteinheit angesaugten
Luftmenge wächst deren Geschwindigkeit verhältnisgleich und der dadurch erzeugte
Lurftdruck quadratisch. Damrat wächst auch die Belastung des Üb>erlaufventils quadratisch
und ebenso der in der Leitung verbleibende Flüssigkeitsdruck, wodurch eine der Wurzel
aus diesem Druck entsprechende, der Luftgeschwindigkeit also wieder verhältnisgleiche
Einspritzgeschwindigkeit des Brennstofffes entsteht.
-
Nun ist es bei der Verwendung von Vergasern bekannt, daß bei höherer
Drehzahl infolge -der dann eintretenden stärkerein Luftverdünnung zuviel Brennstoff
und dass Gemisch dementsprechend zu fett wird. Um eine siolche überfettung bei der
neuen Einrichtung .zu vermeiden, wird das überlaurfverntil außer mit dem Druck der
strömenden Luft noch mit einer Zusatzkraft, z. B. einer Feder, etwa konstant inn
Schließsinnbelastet.
-
Während bei den üblichen Anordnungen jede Belastung der Steuerorgane
für die Brennstoffregelung ausgeschaltet oder gegenüber den anderen Kräften so.
verringert werden muß, daß sie vernachlässigt werden kann, genügt nunmehr für die
Brennstoffregelung eins einfaches Teller- ioder Kegelventil und zur Druckaufnahme
eine Membran mit einer Bewegung von einigen Zehntelmillimetern. Man kann auch jetzt
den Brennstoff mit beliebi-gem Duck zuführen, lohne auf die Einhaltung des
Zulaufidrurckes peinlich achten zu müssen, denn eben: dieser Druck wird durch die
neue Einrichtung bestimmt.
-
Abb. r zeigt schematisch. .die übliche Regleranordnung zeit Regelung
durch den Unterdruck
hinter der Dios-selklappie, Abb.2 das .entsprechende
Diagramm bei Vollast und Halblast. Abb.3 ist .eine schematische Darstellung der
neuen Anoirdnung; deren, entsprechendes Druckdiagramm in Abb. 4 gegeben ist. Abb.
5 veranschaulicht die Beeinflussung des Dmckdiagramms durch die Feder. Abb. 6 und
7 sind Anwendungsbeispiele ider neuen Eierich tung in schematischer Darstellung.
-
Am. das Ansaugrohr i (Abb. i) ist hinter der Drosselklappe 2 der Regler
3 angeschlossen, welcher die Fördermenge der Brennstioffpurnp!e 4 durch den Unterdruck
steuert, der ungefähr dein Landungsverlust im Zylinder entspricht. Abb. 2 zeigt
die auftretenden Unterdrücke, und nvar P"i, wenn. die Maschine mit voller Last,
also ohne Drasselung durch die Drosselklappe 2, und PlLi, wenn sie mit halber Lasst,
d. h. mit entsprechend eingestellter arbeitet. Der im ersteren Falle geringe Unterdruck
P" von etwa o,04 at fällt dabei für PI,i auf etwa o, 5 ,at unter .die atmosphärische
Linie.
-
.Wird dagegen: das Steuergerät 5 (Abt. 3) so .am. das Ansaugerohr
i angeschlossen, daß es vom: dein Unterschied des Unterdruckes; gesteuert wird,
welcher zwischen zwei hintereinaiderliegenden Stelleri.6 und 7 des AnsaugeKiohres
i herrscht, wobei letztere Stelle im engsten Querschnitt einer Einschnürung 8 des
Ansamgerobres i in Art eines Venturi,-rohres liegt, so .edrgeb.en sich Unterdruckverbältiusse,
wie .sie in Ab.b.4 dargestellt sind. In diesem Falle ist der größte Unterdruck P"ii
mit z. B. 0,05 ait bei Vollast an der Stelle stärkster Einsclmürung 7 vorhanden
umdsinkt, entsprechend- der Eigenschaft des Venturinohres, ,dahinter auf etwa
0,025 at. Da nun bei halber Last nur die halbe Luftmenge das Venturirlolir
8 durchströmt, ist die Geschwindigkeit der Luft dann auf die Hälfte gesunken, und
der durch sie erzea%-te Unterdruök P"li beträgt nur noch den vierten Teil, also
0,0125 a(.
-
Das Steuergerät 5 steuert durch das überströmventil 9 die Brennstüffpwmpe
4 in der Weise, daß es eine größere (oder kleinei.# ,Menge .'des geförderten Brennstoffes
durch die Rücklaufleitvag io in die Saugleitung i i der Pumpe zurücktreten läßt.
M halber Last sinkt infolgedessen auch -der Brennstoffdruck in der Druckleitung
i2 auf den vierten Teil, und dieser Druck läßt dann den Brennstoff wiederum nur
mit der halben Geschwindigkeit durch die Biohrung der Düse 13 austreten,
mit welcher er bei Vollast ausströmte. Infolgedessen ist die aus der Düse ausgespritzte
Brennsboffanenge der durch das Ansaugerohr strömenden Luftmenge stets verhältnisgleich,
Der Einfluß ;der Belastualgsfeder auf die Gestaltung des Druckes geht aus Abh. 5
hervor. Dort zeigt die ausgezogene KurveAB das Anwachsen des Brennsüoffcliuckes
p mit der Drehzahl. bei -gleichbleibender Stellung: der Luftdrossel. Zu diesem.
wachsendem Druckp wird ein gleichbleibender, durcheine Belastungsfeder erzeugter
Druck pe hinzugefügt, so: daß die endgültige gestrichelte Druckkurve CDs entsteht.
-
Die Exponeavtialkurve p AB würde nun allein eine der Wurzel
aus. diesem entspmcbende Kurve der Einspritzgeschwindigkeitv, die.darunter gezeichnete
Gerade EF,@erzeugen, die mit der Drehzahl verhältnisgleich wärmt.
-
Die Wurzel aus, dem Drücken p -;- pe jedoch erzeugt die endgültige,
in der Abh. i gestrichelte Kurve GH, die eine Krümmung nach unten zeigt, d.h. die
Eins.prit7geschwkidigkeit folgt .der D.rehzaM nicht verhältnisgleich, sondern nimmt
im Verhältnis etwas ab. Durch Wahl: der Federkraft ist es leicht, diese relative
Abnahme der B.rennstof%.nspritzung so einzustellen, daß sie genau der Aufrechterhaltung
eines. sgleichmäßigen Gemisches bei allen Drehzahlen entspricht.
-
Die Anwendung dieser Gemischbildung ist nun sowohl in Verbindung mit
gleichmäßig fördernden Pumpen, :beispielsweise Zahnradpumpen, möglich als auch in
Verbindung mixt solchen; die für jede Düse einen Kolben besitzen. Im ersten. Fall
ist es wieder entscheidend für die Ausführung, iöb es sich darum handelt, einen
mehrere Zylinder mit einem gleichmäßigen Gemischstrom versorgenden Vergaser zu ersetzen,
!oder ob. der Brennstoff jedem-Zylinder einzeln dicht vor dem Einlaßventil io,der
nach demselben zugeführt -,v-erden soll, wobei dann die Einspritzventile gesteuert
werden müssen. Es ist hierbei. für jede Pumpe nur ein überlaufvenitil notwendig.
Im zweiten Fall braucht keine Stewemwng der Einspritzv enti ile zu erfolgen. Es
ist jedoch für jede Düse ein besonderes überlaufventil nötig, ; Die Ausführung dieses
vom Strämungsdruck belasteten überlaufventils kann grundsätzlich auf zwei verschiedene
Artenerfolgen.
-
Entweder wird in an sich bekannter Weise eine Verengung in die Ansaugeleitung
eingeschaltet, z. B. ein. s#og. Venturirohr, und an dem' SteIl:e der größten Luftgeschwindiglnef
der dort entstehende Unterdruck abgenommen und unter einen Regelkülben oder -membran
geleitet, auf deren Oberseite der vor der. Verengung in der Ansaugeleitung herrschene
Luftdruck wirksam gemacht wird. Dieser Druck belastet dann, nötigenfalls vermehrt
um dem, Druck einer Feder, das Übersträmventil, sio. daß dieses Öffnet, sobald der
Flüssgkeitsdrurrk mal dem Vem>tilsitzqurerschmiitt größer wird als der beschriebene
Druckunterschied
auf dem Regelkolben mal dessen Querschnitt, vermehrt
um den Federdruck. Der Flüssigkeitsdruck bleibt also stets dem Druckunterschied
der strömenden Luft verhältnis= 5 gleich, und dies Verhältnis kann leicht sehr groß,
z. B. iooo : r, gemacht werden, so daß wenige Hundertstel at Druckschwankung, hermomgerufen:
,durch die Luftgeschwindigkeit, schlorr. mehrere at Überdruck in der Brennstoiffleiitung
bewirken. Die überla#u:fendc Flüssigkeit wird in den Tank ioder in die Pumpemsmugelleiltung
zunückgeleitet.
-
Oder .es wird, um jedes luftabdichtende Organ zu vermeiden, die Belastung
des übler-; laufventils idadur ch erreichst, daß der strömünden Luft ein .Hindernis,
eine Platte oder son.-stige Prallfläche entgegengest@ollt wird, welche den Luftstrom
ablenkt. Ein solcher Widerstand läßt sich leicht. so formen, daß :kein . wesentlicher
Verlust an Luftgeschwindigkeilt entsteht. Er ,1wnn auch bequem um einen ,Zapfen
schwingend und durch eine übersetzung wirkend ausgeführt werden.
-
Die Düse kann, wenn s.ic gesteuert ist, durch ein nach innen loder
außen öffnendes Ventil geschlossen werden. Wenn .sie nicht gesteuext ist, so kann
sie, besonders wenn die Einspritzung in den Zylinder erfolgt, durch einte nasch
außen öffnende Nadel v.de;r ein nach innen öffnendes federbiel:astcbes Rü.akschIagventil
geschlossen werden. Silc kann aber auch., besonders wenn sie in die Ansaqlgeleitunig
vor, dem Einlaßventil mündet, ganz soffen sein.
-
!Muß .die Düse bei gleichmäßig fördernder Pumpe gesteuert werden,
so. kann dies durch eine mechanische, von der Welle abgeleitete Steuerung geschehen,
am einfachsten durch Ableitung von der vorhandenün Steuerung dies Einlaßventils.
-
Äbl>.6 zeigt schematisch eine der Erfindung ,entsprechende Einrichtung
zur Gemischbildung biet Anwendung einer gleichmäßig fördea7n:den Pumpe 1, die vermittels
der Leitung it mit den vier gesteuerten Einspritzventilen d der Maschine a verbunden
ist.
-
In i'der Lufitansaugel-eiitumg b ist eine Verengung c leingesetzt,
von deren engster Stelle der Unterdruck unter den Reglerkolben f geleitet wird,
dex in denn R.eglerzyliiadieir 1. arbeitet. Ani einer zweiten SteRe, die in Strör
mumgsrichtung voir edler Verengung c lieget, ist die Ansaugeleitung b finit dem
Raum über dem Reglerkolben f verbunden. Durch einte Federg erhält der Kolben/ seine
Zusatzbelastung.
-
Der Kolben f drückt auf das. Überlaufventil hi, das, als Nadel ausgebildet,
die von der Pumpel kommende Leituingk abschließt; bis. der Pumpendruck spie abhebt,
wodua:ch ein Teil der Flüssigkeit nach: dem Brennstofftank i :zurückfließt.
Durch die Leitung in ist der Tank! mit der Saugseite der Pumpe l verbunden.
-
Werden die beiden Leitungen, durch welche der in der Ansa:ugeleitung
b herrschende Unterdruck über- und unterseits des Rieglerkolbens f wirksam wird,
an zwei Stellen der Ans:augeleitumg .abgezweigt, die in der Strömungsrichtung der
Luft mit einigem Abstand hintereinanderlmegen, so genügt der Druckab.-fall zwischen
-den Anzapfstellen für die Steuerung. Durch eine Querschnktsverminderung und Ansch:luß
des einen EnRnahmerohres an dieser Stelle, wie in der Abbildung dargestellt, läßt
sich die Druckdifferenz erhöhen.
-
Abb. 7 zeigt eine Einrichtung zur Gemischbildung, bei welcher die
Energie der strömenden Ansaugluft auf eine schaufelartige Pra.llfläche tt
wirkt, die vermittels des kleinen Heb.eliarmes w auf die. Nadel h drückt. Die Nadel
lt schließt die vlon einer periodisch während. des. betreifenden Ansaughubes fördernden
Kolbenpumpe kommende Leitung k ab; so daß in dieser, da Zeit überschuß gefördert
wird, ein dem Quadrat der L u,ftgeschivindigkeit entsprechender Druck entsteht.
Der überlaufende Brennstoff geht durch die Leitung x zurück zurr Pumpemsaugseite,
während der Rest des Brennstoffes durch die Düse,d eingespritzt wird, die eine kleine,
auf das Einlaßventil r im Zylinder a gerichtete Bohrung besitzt.
-
Die -ganze Vorrichtung ist in ein Gehäuse e eingebaut, das seinerseits
in eine öffnung ! der Ansaugeleitung b so hereingesteckt ist, daß der Luftstrom,
von der Schaufel a. umgelenkt, einen S-förmigen Weg beschr@ibem ruß.
-
Die Pumpe isst so eingestellt, daß sie etwa nach Beginn des Ansaugens
mit ihrem Druckhub beginnt' undetwas . vor dem Ende: des Ansaittgens aufhört. Während
ihres Druckhubes ist also das. Überlaufventil stets belastet, und zwar entsprechend
dem Quadrat der in der Zeiteinheit die Schaufes u passte,-r enden Luftmenge. Eine
Feder g dient anch hier dazu, die nötige Korrektur der Brennstofförderkurve zu erreichen.
Die Prallfläche kann auch rund ausgebildet sein und unmttelbatr auf die Nadel wirken.
Die Düsenöffnung kann, besonders wenn die: Einspritzung in den Zylinder selbst erfolgt,
durch ein .selbsttätiges Ventil abgeschlossen werden.
-
Durch die Zusatzbelastung mittels dien Feder g kamen auch die Ausgleichung
eines kions,tanten Widerstandes in der Einspritzlei:tunig n oder der Düse
d, z. B. eines federbelasteten Ventils, erfolgen. Der zum öffnen eines solchen
notwendige Druck würde dann durch die Feder g bestimmt werden, deren Kraft um so,
viel stärker sein müßte als die
lediglich zur Korrektur des Mischverhältnisses
nötige.
-
Da auf das überlaufventil nur die Strömungsenergie wirkt, goa kann
diese vor oder nach der Luftdrüssel abgenommen werden. Ebensko kann die Düse, wenn
sie vor dem Lufteinlaßventil. angebracht ist, an jeder Stellemor oder nach deT Luftdrossel
in die Ansaugeleitung eingesetzt werden.