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Regelung von Zweitakt-Brennkraftmaschinen Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf Zweitakt-Brennkraftmaschinen im Ottoverfahren mit großem Drehzahlbereich,
insbesondere auf Zweitaktfahrzeugmotoren, die mit Benzineinspritzung ausgerüstet
sind und denen die Spülluft durch ein Spülluftgebläse zugeführt wird.
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Vergleicht man den normalen Viertaktmotor ohne Aufladegebläse mit
einem Zweitaktmotor mit Spiilgebläse bei gleichem Hubvolumen, so zeigt sich folgendes:
Bei Viertaktfahrzeugmotoren ohne @@ufladegebläse vermindert sich die vom Kolben
jeSaughub angesaugteLuftmenge mit zunehmender Drehzahl durch den infolge der Strömungswiderstände
der Finlaßventile zunehmenden Unterdruck im Zylinder. Deshalb nimmt beim Viertakt-Ottomotor
das Motordrehmoment insbesondere bei höheren Drehzahlen stark ab. Bei großer Steigerung
der Drehzahl drosselt sich der Viertaktmotor allmählich immer mehr von selbst ab.
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Man war bis jetzt der Meinung, daß auch bei Zweitaktmotoren mit Spülluftgebläse
mit höheren Drehzahlen infolge einer Verschlechterung der Spülung weniger Luftgewicht
im Zylinder bleibt als bei niedrigen Drehzahlen. Es hat sich jedoch durch Versuche
gezeigt, daß bei höheren Drehzahlen nicht weniger, sondern mindestens gleich viel
oder mehr Luftgewicht pro Umdrehung im Zylinder bleibt, so daß man denselben mittleren
Druck bzw. dasselbe Motordrehmoment bei niedrigen und bei hohen Motordrehzahlen
fahren kann.
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Außerdem hat sich gezeigt, däß man mit einem Zweitaktmotor mit Spülluftgebläse
und guter Spülmethode bei gleichem Hubraum und gleicher Drehzahl
annähernd
das doppelte Drehmoment und die doppelte Leistung hat wie mit einem Viertaktmotor
ohne Aufladegebläse. Der Zweitaktmotor hat etwa den gleichen mittleren Druck, jedoch
die doppelte Anzahl von Arbeitshüben wie ein Viertaktmotor.
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Ersetzt man also einen normalen Viertaktfahrzeugmotor durch einen
Zweitaktmotor mit gleichem Hubraum und gleicher Drehzahl in demselben Fahrzeug,
so bedeutet dies, daß der Zweitaktmotor das doppelte Drehmoment hat und besonders
auch bei hohen Drehzahlen die doppelte Leistung.
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Die Einfachheit und Billigkeit von Zweitaktmotoren, insbesondere mit
Steuerung der Spül-und Auslaßkanäle des Arbeitszylinders durch den Arbeitskolben,
ermöglicht es, Zweitaktmotoren mit verhältnismäßig großem Hubraum zu bauen. Ein
Fahrzeugmotor mit einem Hubraum von beispielsweise 2 1, der als Viertaktmotor eine
Leistung von ungefähr 6o PS hat, kann als Zweitaktmotor i2o PS ergeben. Diese verdoppelte
Leistung wäre viel zu groß und würde das Fahrzeug dieser üblichen Literklasse gefährden.
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Aus diesem Grunde nutzt man nach vorliegender Erfindung wohl bei niedrigen
Drehzahlen die mögliche Leistung bzw. das mögliche Drehmoment des Zweitaktmotors
voll aus, verringert jedoch bei höheren Drehzahlen die mögliche Leistung bzw. das
mögliche Drehmoment durch einen künstlichen Regeleingriff, und zwar vermindert man
beim Zweitaktbenzineinspritzmotor die Leistung bzw. das Drehmoment durch Abnahme
sowohl der Spülluftmenge als auch der Kraftstoffeinspritzmenge.
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Bei Verwendung eines Zweitaktfahrzeugmotors an Stelle eines gleich
großen V,iertaktfahrzeugmotors wird sich daher bei niedrigen Drehzahlen eine Verdoppelung
der Motorleistung und des Motordrehmomentes ergeben, wodurch das Beschleunigungs-
und Steigvermögen des Fahrzeuges doppelt so gut wird. Dadurch wird in den meisten
Fällen ein Herunterschalten in stärker untersetzte Getriebegänge vermieden. Andererseits
ergibt sich bei sinkender Motordrehzahl bei einem derart geregelten Zweitaktmotor
ein stark ansteigendes Motordrehmoment, so daß sich ein stabiles Fahrverhalten des
Fahrzeuges gegenüber zunehmenden Fahrwiderständen ergibt.
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Die Regelung der Abnahme der Spülluftmenge und der Einspritzmenge
mit zunehmender Drehzahl erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch eine
besondere, drehzahlabhängige Regeleinrichtung. Dies kann beispielsweise ein Fliehgewichtsregler
sein. Es ist jedoch ebenfalls möglich, einen pneumatischen Regler, beispielsweise
einen vom Spüldruck belasteten Kolben, zu verwenden, der gegen den Widerstand einer
Feder zunehmend verschoben wird. Auch kann ein hydraulischer Regler, wie z. B. ein
Oldruckregler, oder ein elektrischer oder ein magnetischer Regler, dazu verwendet
werden, der mit zunehmender Drehzahl einen zunehmendeh Ausschlag aufweist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Motorregler selbst,
der als ein Leerlauf- und Enddrehzahlregler Ader als ein Geschwindigkeitsregler
ausgebildet sein kann, dazu verwendet, mit zunehmender Drehzahl die Einspritzmenge
und die Spülluftmenge zu vermindern.
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Hierbei ist unter Geschwindigkeitsregler ein Drehzahlregler verstanden,
dessen Regelfeder vom Bedienungshebel mehr oder weniger vorgespannt wird. Mit dem
Bedienungshebel wird also die jeweilige Regeldrehzahl gewählt. Die Einstellung des
Gestänges zur Drosselklappe und zur Einspritzpumpe erfolgt dann im Regelvorgang
unmittelbar von der Reglermuffe aus.
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Dabei ist für die Erfindung besonders kennzeichnend, daß der Motorregler
die Verstellung der Spülluft und des damit gekoppelten Kraftstoffes durch direkte
Betätigung so vornimmt, daß er durch die feste Zuordnung von Spülluft und Kraftstoff
in jeder Stellung auch das Verhältnis der in den Zylinder strömenden Spülluft zum
eingespritzten Kraftstoff bestimmt. Die Auslegung dieses Verhältnisses wird hierbei
erfindungsgemäß so vorgenommen, daß, ausgehend von irgendeinem Belastungszustand,
bei Erhöhung der Belastung prozentual zum Ausgangswert mehr Spülluft als Kraftstoff
gegeben wird, so daß also das Verhältnis der in den Zylinder strömenden Spülluft
zum eingespritzten Kraftstoff mit steigender Belastung ansteigt und entsprechend
mit fallender Belastung abfällt.
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Zum Zweck der Drehmomentregelung wird nun erfindungsgemäß der Motorregler
mit einer zusätzlichen Feder für abnehmendes Drehmoment, kurz Drehmomentfeder genannt,
versehen. Es kann auch eine Drehmomentfeder mit so großem Federweg vorgesehen werden,
daß sie die Einspritzmenge und die Spülluftmenge bis zur Nullast bei der Enddrehzahl
abnehmen läßt. Damit ersetzt diese Drehmomentfeder auch die Enddrehzahlfeder.
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Die Absenkung des Drehmomentes wird also erreicht, indem der Regler
durch die Wirkung der Drehmomentfeder das Verstellorgan der Spülluft auf kleinere
Spülluftmengen und gleichzeitig gekoppelt damit das Regelorgan der Kraftstoffeinspritzung
auf kleinere Kraftstoffmengen verstellt.
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Bei Schleudergebläsen wird erfindungsgemäß vorteilhaft eine Drosselklappe
im Ansaugrohr des Gebläses als Verstellorgan für die Spülluft verwendet. Bei statischen
Gebläsen dagegen, wie es Kolbenpumpen oder Rootsgebläse darstellen, muß im Ausbau
der Erfindung eine andere Art der Spülluftregelung gefunden werden, damit die erfindungsgemäß
gekoppelte Betätigung des Verstellorgans der Spülluft mit dem Regelorgan der, Kraftstoffeinspritzung
zusammen möglich wird. Hier wurde die Anwendung einer Abblaseleitung mit eingebauter
Drosselklappe oder die Anwendung einer Kurzschlußleitung mit eingebauter Drosselklappe
als geeignet erfunden (s. spätere Beschreibung der Abbildungen), weil damit bei
festgehaltener Stellung .des Verstellorgans der Spülluft und Änderung der Drehzahl
das Spülluftgewicht pro Motorumdrehung praktisch konstant bleibt.
Der
Zweitaktfahrzeugmotor eignet sich für eine Regelung des Verlaufes der Leistung und
des Drehmomentes mit zunehmender Drehzahl gemäß der vorliegenden Erfindung deshalb
besonders gut, weil er bei gleichem Hubraum trotz der doppelten Leistung durch dieselben
Abmessungen der laufenden Teile wie beim Viertaktmotor keine größeren Reibungsverluste
aufweist.
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Im folgenden werden die Erfindungsgedanken an Hand von Schaubildern
und Abbildungen beschrieben. Es zeigt Abt). i verschieden geregelte Verläufe des
Motordrehmomentes über der Motordrehzahl für einen Zweitakt- und einen Viertaktmotor
von je 2 1 Hubraum, Abb.2 die Leistungskurven, die zu den Drehmomentkurven nach
Abb. i gehören, Abb. 3 einen schematischen Schnitt durch einen Zweitaktmotor mit
Schleudergebläse, Einspritzpampe und einem Leerlauf- und Endregler mit einer zusätzlichen
Drehmomentfeder für mittlere bis hohe Drehzahlen, Abb.4 einen Leerlauf- und Drehmomentregler
mit nur einer Leerlauffeder und einer Drehmomentfeder, Abt>. 5 ein Schaubild des
Verlaufes der Spülluftmengen bei vier verschiedenen Bedienungshebelstellungen unter
Verwendung eines Reglers nach Abt). 3, Abb. 6 ein Schaubild des Verlaufes der Spülluftmengen
für vier verschiedene Bedienungshebelstellungen bei Verwendung eines Geschwindigkeitsreglers
nach Abb. 7, Abt). 7 das Spülluftgebläse, die Einspritzpumpe und einen Geschwindigkeitsregler
mit zusätzlicher I)rehmomentfeder vor Erreichen der Enddrehzahl, Abt). 8 einen Geschwindigkeitsregler
mit nur einer Drehmomentfeder, die auch die Enddrehzahl regelt, Abt). 9 die Drehmotnentregelung
bei einem Rootsgebläse durch Steuerung der Spülluft mittels Abblaseleitung und einer
darin angeordneten Drosselklappe, Abb. io die Drehmomentregelung bei einem Rootsgebläse
durch Steuerung der Spülluft mittels Kurzschlußleitung und einer darin angeordneten
Drosselklappe, Abb. i i eine Anordnung entsprechend Abb. 9 mit einer zweiten Drosselklappe
in der Spülluftleitung des Zylinders, die mit der ersten Drosselklappe in der Abblaseleitung
gekoppelt ist, Abb. 12 eine Anordnung entsprechend Abb. io mit einer zweiten Drosselklappe
in der Ansaugleitung des Gebläses, die mit der ersten Drosselklappe in der Kurzschlußleitung
des Gebläses gekoppelt ist.
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In Abb. i und 2 sind für einen 2-1-Zweitaktfahrzeugmotor für den Drehzahlbereich
von o bis .I000 U/min verschiedene Verläufe des Motordrehmomentes in mkg und der
dazugehörigen Leistung in PS eingezeichnet.
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a1 ist der gestrichelt gezeichnete Verlauf eines ohne Drosselung möglichen,
über den ganzen Drehzahlbereich gleich großen Motordrehmomentes von 22 mkg. In Abb.
2 ist a. der gestrichelt gezeichnete Verlauf der dazugehörigen Motorleistung in
PS: Diese nimmt bis zu derEnddrehzahl von4oooU/min linear bis zu 120 PS zu. Ein
solcher Verlauf ist aber für einen Fahrzeugmotor unerwünscht, weil damit bei geringen
Änderungen des Fahrwiderstandes starke Geschwindigkeitsänderungen eintreten. Das
Fahrzeug muß außerdem für die Spitzenleistung 120 PS ausgelegt sein und gehört damit
'in eine entsprechend hohe Leistungsklasse. Durch das damit bedingte erhöhte Gewicht
des Fahrzeuges ergibt sich dann aber kein Vorteil mehr hinsichtlich erhöhter Beschleunigung.
Auch der Kraftstoffverbrauch ist entsprechend der Spitzenleistung unnötig hoch.
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Um diesen Mängeln abzuhelfen, wendet man bei den üblichen Viertaktmotoren
bekanntermaßen den überdimensionierten Motor an, den man durch fest eingebaute,
unveränderliche Drosselung, wie z. B. eine Luftdüse im Vergaser, bei höheren Drehzahlen
nicht voll ausnutzt. Beim Zweitaktmotor mit Spülluftgebläse würde erfahrungsgemäß
bei Einbau einer verengenden Luftdüse in der Spülluftleitung das Drehmoment im gesamten
Drehzahlbereich um ein nahezu konstantes Maß herabgedrückt werden, wodurch der Nutzen
des überdimensionierten Motors größtenteils wegfallen würde.
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Bei Anwendung der vorliegenden Erfindungsgedanken bleibt das Drehmoment
bei niedrigen und mittleren Drehzahlen voll erhalten, während es nach hohen Drehzahlen
zu durch eine Drehmomentregelung wunschgemäß vermindert wird.
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b1 in Abb. i zeigt den' Verlauf eines durch einen Drehmomentregler
mit zunehmender Drehzahl abnehmend geregelten Motordrehmomentes, das bei der Enddrehzahl
eine Abnahme von beispielsweise 30% des bei niedrigen Drehzahlen auftretenden Motordrehmomentes
aufweist.
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Die Kurve b. in Abb. 2 zeigt den Verlauf der dazugehörigen Motorleistung.
Diese erreicht ihren Größtwert von 8o PS kurz vor der Enddrehzahl von 4000 U/min.
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In vielen Fällen ist ein noch stärker abnehmendes Drehmoment vorteilhafter.
Die Kurve cl in Abb. i zeigt einen Drehmomentverlauf mit einer 5o%igen Abnahme bis
zur Enddrehzahl. Die Kurve c. in Abb. 2 zeigt den Verlauf der dazugehörigen Leistung.
Die größte Leistung wird ,hier bei etwa 3000 U/min erreicht. Die Leistung
sinkt dann trotz weiterer Steigerung der Drehzahl wieder ab bis zur Enddrehzahl.
Beim Überschreiten der Enddrehzahl stellt der Endregler die Einspritzmenge und die
Spülluftmenge und damit das Motordrehmoment und die Motorleistung rasch auf Null
ab.
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Zum Vergleich zeigt die Kurve e1 in Abb. i den Verlauf des Drehmomentes
eines Viertaktmotors ohne Aufladung mit gleichem Hubraum und gleicher Drehzahl,
der bei der Enddrehzahl dasselbe Drehmoment wie ein nach der Kurve cl geregelter
Zweitaktmotor hat. Die Kurve e. in Abb. 2 zeigt die dazugehörigeLeistung desViertaktmotors,
die hier annähernd 55 PS beträgt. Die Abb. i zeigt
die große Überlegenheit
des Drehmomentes des Zweitaktmotors gegenüber dem des gleich großen Viertaktmotors.
Auch bei starker Abnahme des Drelinionientes durch den Drehmomentregler mit zunehmender
Drehzahl ist diese Überlegenheit insbesondere bei niedrigen und mittleren Drehzahlen
vorhanden. Dabei kann die Abnahme des Drehnionientes mit zunehmender Drehzahl so
weit geführt werden, daß der Drehzahlregler die Spülluftinetige und Kraftstoffmenge
vollständig abstellt und somit <las Drehmoment Null erzeugt wird. Die Kurve d,
in Abb. t zeigt den Verlauf eines derart geregelten Drehmomentes und die Kurve da
in Abb. 2 den Verlauf der dazugehörigen Leistung. Durch die vorgeschlagene Ausbildung
des Reglers wird zugleich die höchst erreichbare Drehzahl bestimmt, und es erübrigt
sich die eigentliche Enddrehzahlfeder, wie sie z. B. in Abt>. 3 zu sehen und mit
1, bezeichnet ist.
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Die Abb.3 und d zeigen einen schematischen Schnitt durch einen Zweitaktmotor
mit Schleudergebläse und einem Leerlauf- und Enddrehzahlregler, der gleichzeitig
als Drehmomentregler ausgebildet ist und ein abnehmendes \'fotordrehmoment mit zunehmender
Drehzahl gemäß der vorliegenden Erfindung einregelt.
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a in Abb. 3 ist der Arbeitszylinder und b der Arbeitskolben, der 'liier
.die Spül- und Auslaßkanäle des Arbeitszylinders steuert. c ist die Kraftstoffeinspritzpumpe
und d die Einspritzdüse. e ist die hier als Stößel ausgebildete Regelstange der
Einspritzpumpe und f deren Feder. g ist ein Nocken zum Verschieben der Regelstange.
1i ist ein hier als Schleudergebläse ausgebildetes Spülluftgebläse. i ist ein Kegelritzel
auf der Laufradwelle des Gebläses, das von deni Kegelrad k der Kurbelwelle finit
starker Übersetzung angetrieben wird. l ist eine Drosselklappe in der Gebläsesaugleitung.
in ist der in Vollaststelhing gezeichnete Bedienungshebel. 11 ist das Bedietiungshebelgestänge
und o ein Doppelhebel, der in der l\litte voni .13edienungshebel und oben von der
Reglerinttffe bewegt wird. p ist ein Gestänge zwischen Doppelliel>el o und Drosselklappe
/, und q ist ein Gestänge zwischen der Drosselklappe und dein Nocken g. r ist die
Muffe des Leerlauf- und Enddrehzahlreglers und s die vorn Motor angetriebene Reglerwelle.
t sind die Fliehgewichte. fit ist eine weiche Leerlauffeder, die für die Einregelung
der Leerlaufdrehzahl schwach vorgespannt ist. v ist eine Drehmomentfeder und zu,
ein beweglicher Federteller, der von der für die Enddrehzahl vorgespannten Enddrelizahlfeder
@@ nach links gegen eine Schulter angepreßt wird.
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l:insliritzpumpe und Drosselklappe sind hier der Einfachheit halber
in zwangsläufiger Verbindung gezeichnet. Es könnte auch jeweils ein getrenntes Gestänge
vom Doppelhebel o zum Nocken g der Einspritzpumpe und zur Drosselklappe l geführt
werden. An Stelle des Einspritzpumpennockens g kiiniite auch die Regelstange e direkt
verstellt werden und statt dessen die Bewegung der Drosselklappe über einen Nocken
vorgenommen werden. Die Stellung des Reglers entspricht nach der Zeichnung einer
höheren Drehzahl etwa vor Erreichen der Enddrehzahl. Durch die Fliehkraft der Fliehgewichte
t wurde die Reglermuffe r nach rechts verschoben und die l)relimonientfeder
v, die ohne wesentliche oder überhaupt ohne Vorspannung im Sinne der Erfindung zwischen
der Reglermuffe und dem Federteller zu angeordnet ist, um einen gewissen Betrag
zusammengedrückt. Dadurch hat die Reglermuffe r das obere Ende des Doppelhebels
o nach rechts und dessen unteres Ende nach links verschoben. Dadurch wurden die
Drosselklappe L und der Nocken g aus ihrer Vollaststellung um einen gewissen Winkel
in Richtung auf ihre Stopstellung zu verdreht, so daß die Einspritzmenge und die
Spülluftmenge erfindungsgemäß gleichzeitig durch die Wirkung dieser Drelimomentfeder
um einen bestimmten Betrag vermindert sind. Bei weiterer Steigerung der Drehzahl
wird diese Drehmomentfeder noch mehr zusammengedrückt, bis ihre Spannung beim Erreichen
der Enddrehzahl die Vorspannung der Enddrelizahlfeder y überschreitet und diese
rasch zusammengedrückt wird. Dadurch werden die Drosselklappe und die Nockenwelle
in ihre Stopstellung gebracht und damit die Spülluftmenge und die Einspritzmenge
auf Nulllast eingeregelt.
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Bei jeder Bewegung des Doppelhebels o, sei es von der Muffe r bei
der Leerlauf-, Drehmoment-oder Enddrehzahlregelung oder sei es bei Verstellung des
Bedienungshebels in, wird also erfindungsgemäß das Spülluftgewicht pro Umdrehung
und das Gewicht des eingespritzten Kraftstoffes gleichzeitig und im gewünschten
Verhältnis zueinander eingestellt. Dabei muß nach den Gedanken der Erfindung der
Regler und der Bedienungshebel, solange der Klotor selbst antreibt, das Verhältnis
von Spülluft zu eingespritztem Kraftstoff so einstellen, daß dieses Verhältnis mit
zunehmendem Spülluftgewieht pro Umdrehung ansteigt und mit abnehmendem Spülluftgewicht
pro Umdrehung absinkt, so daß also <las Mischungsverhältnis des ini "Zylinder
zur Verbrennung gelangenden Luftgewichtes pro Unidrehung zu dem dazu eingespritzten
Kraftstoffgewicht auf dem gewünschten, annähernd konstanten Wert bleibt.
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Diese Einhaltung des Mischungsverhältnisses ist z. B. beim Enddrehzahlregler
nicht unbedingt notwendig, aber die Erfindung legt Wert darauf, daß bei allen Funktionen
das Gemisch einwandfreie Verbrennung ermöglicht.
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Eine Ausnahme bildet der Fall polier Drehzahlen bei Stopstellung des
Bedienungshebels, also bei angetriebenem' Motor, wie es beim Bergabwärtsfahren im
Kraftfahrzeug oder bei völliger Gaswegnahme aus hoher Geschwindigkeit der Fall ist.
Hier wird unter Beibehaltung einer gewissen Spülluftmenge der Kraftstoffnocken so
weit verdreht, daß kein Kraftstoff mehr eingespritzt wird. Dadurch wird Kraftstoff
gespart und das Knallen im Auspuff verhindert.
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Die Ahb. d, zeigt einen Leerlauf- und Drehmomentregler mit nur einer
Leerlauf feder und einer
Drelnnomentfeder. r ist wieder die Reglermuffe
und is wieder die Leerlauffeder. Bei der Leerlaufregelung lebt die -Muffe r nach
links von der Drehmomentfeder ü ah. -- ist eitle lange Drehmomentfeder mit so großem
Federweg, daß oberhalb der Leerlaufdrehzahl die Muffe r mit zunehmender Drehzahl
bis zum Erreichen der Enddrehzahl die Drosselklappe l und die Nockenwelle g trotz
Volllaststellung des Bedienungshebels in ihre Stopstellung verdreht und dadurch
den Motor auf Nulllast einstellt, da die Einspritzmenge und Spülluftmenge auf die
der Nullast entsprechenden geringen Werte abgesunken sind. Die Drehmomentfeder wirkt
dadurch bei der Enddrehzahl auch als Enddrehzahlfeder und hat die Wirkung eines
Enddrehzahlreglers. Die Drehmomentfeder kann zum Erzielen jedes gewünschten Drehmomentverlaufes
über der Drehzahl mit entsprechend veränderlicher Steigung gewickelt werden.
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:\ticl liier wird erfindungsgemäß das Verhältnis Spiilltift zti Kraftstoff
vom Regler und vom Bedientitigshel>el aus im richtigen Verhältnis zueinander eingestellt,
wie bei .A11>.3 beschrieben.
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Die @\1>li. 5 -zeigt in einem Schaubild den durch \"erwendung
eines Leerlauf- und Enddrehzahlreglers mit -zusätzlicher Drehmomentfeder v nach
_\ltü.3 erzielten Verlauf der Spülluftmeiigen bei verschiedenen Stellungen des Bedienungshebels.
Diese Dreliniomentfeder wurde bis zum Erreichen der 1?tidcirelizalil so stark zusammengedrückt,
daß sie <hie Spülluftmenge bei Vollast um den Betrag a" durch allmähliches Schließen
der Drosselklappe, litt vorliegenden Beispiel auf ein Drittel ihrer (@rößtmenge,
verringert hat. Bei den Teillaststellungen des Bedienungshebels wird eilte geringere
SpülltiftliiMistinenge durch teilweises Schließen der l)rosselklappe voni Bedienungshebel
eingestellt. Mit zunehmender Drehzahl wird die Drehmomentfeder um' denselben Betraf;
zusammengedrückt und schließt die Drosselklappe noch mehr. Gleichzeitig wird die
Nockenwelle noch weiter in Richtung auf ihre Stopstellung zu verdreht. Bei kleineren
Teillasten bewirkt die Drehmomentfeder bereits ein volles Abstellen des Motors bei
einer bestimmten Drehzahl unterhalb der Enddrehzahl, so daß dabei die Enddrehzahlfeder
nicht mehr zur Geltung kommt. Die Leerlauffeder stellt bei Unterschreiten der Leerlaufdrehzahl
eine zusätzliche kleine Spülluftmenge, hier vom Betrag b2, außer einer geringen
Einspritzmenge ein, die für den Leerlaufbetrieb ausreicht.
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Die Abb. 6 zeigt den Verlauf der Spülluftmenge für einen Geschwindigkeitsregler
nach Abb. 7 bei verschiedenen Bedienungshebelstellungen über dem Drehzahlbereich.
Auch liier hat die Drehmomentfeder v bei der höchsten Drehzahl und Vollaststellung
des Bedienungshebels die Drosselklappe des Spülluftgebläses so weit geschlossen,
daß die Spülluftmenge um den Betrag a= auf annähernd ein Drittel ihres Größtwertes
vermindert ist.
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Die Abb.7 zeigt einen Geschwindigkeitsregler mit Drehmomentfeder.
Dabei ist c2 eine Drehzahlfeder, die über den beweglichen Federteller d2 von dem
Bedienungshebel m über das Gestänge f2 und den Doppelhebel e2 für verschiedene Drehzahlen
je nach dem Ausschlag des Bedienungshebels vorgespannt wird. Zwischen diese Drehzahlfeder
c2 und die Reglermuffe r ist wieder eine zusätzliche Drehmomentfeder v und der bewegliche
Federteller w geschaltet.
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Bei zunehmender Drehzahl wird diese Drehmomentfeder v wieder zunehmend
zusammengedrückt und schließt dadurch die Drosselklappe des Spülluftgebläses zunehmend
und dreht die Nockenwelle der Regelstange zunehmend in Richtung auf deren Stopstellung.
Bei Erreichen der eingestellten Drehzahl wird die Drehzahlfeder c2 rasch zusammengedrückt,
und dadurch werden die Drosselklappe und die Nockenwelle in ihre Stopstellungen
gedreht.
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Die Abb.8 zeigt einen Geschwindigkeitsregler mit nur einer Drehmomentfeder
g, Diese Drehmomentfeder wird auch für die höchste Drehzahl von dem Bedienungshebel
nicht oder nur wenig vorgespannt, so daß sie mit zunehmender Drehzahl zunehmend
zusammengedrückt wird und die Drosselklappe des Spülluftgebläses zunehmend schließt
und gleichzeitig die Nockenwelle der Regelstange zunehmend auf ihre Stopstellung
dreht; bis diese bei Erreichen der eingestellten Drehzahl erreicht wird. Bei Einstellen
der Feder auf geringere Drehzahlen wird diese vom Bedienungshebel weniger weit nach
links geschoben, so daß die Reglermuffe einen größeren Weg bis zur Anlage an diese
Drehmomentfeder nach rechts macht und dadurch die Drosselklappe und die Nockenwelle
schon bei geringsten Drehzahlen um einen bestimmten Betrag in Richtung auf ihre
Stopstellungen zu bewegt. Die Wirkung eines derartigen Reglers ist dieselbe wie
bei dem Regler nach Abb.4 mit Leerlauffeder und Drehmomentfeder.
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Auch hier wird, diesmal allein vom Regler aus, beim antreibenden Motor
das Verhältnis Spülluft zu Kraftstoff bestimmt, und zwar erfindungsgemäß so, daß
mit steigendem Drehmoment des Motors oder damit gleichbedeutend mit steigendem Spülluftgewicht
pro Umdrehung das Verhältnis des Spülluftgewichtes pro Umdrehung zum eingespritzten
Kraftstoffgewicht pro Umdrehung ansteigt und mit fallendem Drehmoment bzw. fallendem
Spülluftgewicht pro Umdrehung abfällt. Das Verhältnis Spülluft zu Kraftstoff soll
bei steigendem Spülluftgewicht proUtadrehung bis zur Erreichung des kritischen Spüldruckes
'ansteigen und dann erst etwa konstant bleiben.
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Beim angetriebenen Motor, also beim Bergabwärtsfahren des Fahrzeuges,
soll der Regler wieder, wie oben geschildert, unter Beibehaltung geringster Leerlaufspülluft
den Kraftstoff völlig abstellen.
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Bei dem Geschwindigkeitsregler betätigt die Reglermuffe die Drosselklappe
und die Nockenwelle allein. Bei dem Leerlauf- und Endregler betätigt sie diese Regelorgane
in Verbindung mit dem Gashebel.
In den folgenden Abb.9 bis 1a ist
gezeigt, wie die Regelung der Spülluft nach den Gedanken der Erfindung bei statischen
Gebläsen, also z. J3. bei Kolbenpumpen oder Rootsgebläsen, vorgenommen werden muß,
um die gekoppelte Betätigung von Spülluft und Kraftstoff anwenden zu können. In
allen Fällen wird dabei die Luft nach dem Verteilerprinzip geregelt.
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Abb. 9 zeigt mit b3 ein statisches Gebläse, hier ein Rootsgebläse,
das die Spülluft des Motors liefert. Die Regelung der zum Zylinder durch die Spülluftleitung
u, strömenden Spülluft wird hier durch die Abblaseleitung a3 und die darin eingebaute
Drosselklappe m2 vorgenommen. Die Regelbewegung ist hier wieder so zu denken, daß
ein Geschwindigkeitsregler mit Drehmomentfeder oder ein Leerlauf- und Enddrehzahlregler
mit Drehmomentfeder bzw. der Bedienungshebel entsprechend den Abb. 3, 4, 7 oder
8 über einen Doppelhebel am Gestänge p angreift und damit gleichzeitig den Nocken
g und die Regelstange e der Einspritzpumpe c sowie die Drosselklappe m2 verstellt.
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Die Wirkung der Abblasedrosselklappe ist derart, daß in der gezeichneten
Stellung »Stop« sehr viel von der geförderten Gebläseluft ins Freie und gerade nur
so viel Gebläseluft als Spülluft durch die Leitung u, zum Zylinder strömt, als für
die Stopstellung, also z. B. für Leerlauf, notwendig ist. Bei Bewegung der Drosselklappe
in Richtung »Voll« wird jeweils weniger Gebläseluft abgeblasen und mehr Luft als
Spülluft zum Zylinder geschickt, bis schließlich in der Stellung »Voll« die Abblaseleitung
a3 ganz geschlossen ist und alle Gebläseluft als Spülluft zum Motor strömt, so daß
das höchste Drehmoment des Motors erzeugt wird.
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Abb. io zeigt, wie die Spülluftregelung bei statischen Gebläsen, hier
wieder ein Rootsgebläse b3, auch durch eine Kurzschlußleitung geregelt werden kann.
Dabei verteilt sich die Gebläseluft je nach Stellung der Drosselklappe m, auf die
Kurzschlußleitung k, und die . Spülluftleitung u,. Ist die Drosselklappe m, in der
Kurzschlußleitung k" wie auf der Abb. io dargestellt, geöffnet, so strömt sehr viel
Gebläseluft durch die Kurzschlußleitung zurück in den Ansaugraum des Gebläses und
nur gerade so viel Gebläseluft als Spülluft durch die Spülluftleitung ui zum Zylinder,
wie z. B. bei Leerlauf benötigt wird.
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Bei Bewegung des Gestänges p von dem gedachten Doppelhebel aus entsprechend
Abb. 3, 4, 7 oder 8 und damit bei Bewegung der Drosselklappe m, in Richtung »Voll«
wird die Kurzschlußleitung k, immer mehr geschlossen, so daß immer weniger Luft
durch die Kurzschlußleitung k, und immer mehr Luft durch die Spülluftleitung u,
zum Zylinder strömt, wodurch sich das Drehmoment des Motors erhöht. Wird die Drosselklappe
m, schließlich in die Stellung »Voll« gebracht, so strömt die volle Gebläseluft
als Spülluft zum Zylinder, und der Motor hat sein höchstes Drehmoment.
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Abb. i i zeigt, wie zur Vermeidung einer im Querschnitt zu großen
Abblaseleitung a3 noch zusätzlich zur Abblaseklappe m2 erfindungsgemäß eine zweite
Drosselklappe s, in die Spülluftleitung u, eingebaut wird, die so mit der Drosselklappe
m2 gekoppelt ist, daß bei Öffnung der einen Leitung die andere geschlossen wird
und umgekehrt.
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Die auf Abb. i i gezeigte Stellung der Drosselklappen entspricht wieder
der Stopstellung. Die Abblaseklappe m$ ist ganz geöffnet und läßt die Gebläseluft
weitgehendst durch die Abblaseleitung a3 ins Freie strömen, während gleichzeitig
die Drosselklappe s, die Spüljuftleitung ui bis auf einen Spalt geschlossen hat,
so daß nur ein geringer Teil der Gebläseluft als Spülluft in den Zylinder strömen
kann, wie dies z. B. bei Leerlauf oder auch bei Drehmomentregelung bis auf Nullast
gemäß den Kurven dl und do auf Abb. i und a notwendig ist.
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Bei zunehmender Schließung der Drosselklappe m2 in Richtung »Voll«
wird die Drosselklappe s, zunehmend geöffnet und damit die Spülluft zum Zylinder
gesteigert, bis schließlich in der Stellung »Voll« die Drosselklappe m. ganz geschlossen
und die Drosselklappe s, ganz geöffnet und der Motor auf höchstes Drehmoment eingestellt
ist.
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Anstatt der beiden Drosselklappen m2 und s, kann auch erfindungsgemäß
eine einzige Drosselklappe treten, die an der Verzweigungsstelle der Abblase- und
Spülluftleitung so angebracht wird, daß bei Schließung der einen Leitung die andere
geöffnet wird und umgekehrt. An Stelle dieser einen Klappe kann auch ein entsprechender
Schieber treten.
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Die Anwendung einer Drosselklappe s, in der Spülluftleitung u, ist
auch bei Benutzung einer Kurzschlußleitung entsprechend Abb. io denkbar und wäre
dann gegebenenfalls mit der dort gezeigten Drosselklappe m, zu einem Organ zu vereinigen.
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Die Abt). 1a zeigt eine erfindungsgemäße Weiterentwicklung
der Spülluftregelung entsprechend Abb. io. Um einen zu großen Querschnitt der Kurzschlußleitung
k, zu vermeiden, kann zur Steigerung der Kurzschlußströmung noch eine zweite Drosselklappe
n, in der Ansaugleitung 1,
des Gebläses angebracht werden, die so mit der
Drosselklappe m, gekoppelt wird, daß bei Schließung der einen die andere geöffnet
wird und umgekehrt.
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In der gezeigten Stellung, die wiederum der Leerlaufstellung oder
der völligen Abregelung durch die Drehmoment- oder auch Enddrehzahlregelung entsprechen
kann, ist die Drosselklappe n, bis auf einen Spalt geschlossen. Der damit auftretende
Unterdruck im Saugraum o, des Gebläses bewirkt eine Steigerung der Kurzschlußströmung,
so daß nur wenig Gebläseluft als Spülluft zum Zylinder strömt. Der entstehende Unterdruck
kann und soll dabei gering sein. Er kann nur so groß sein, wie es die geringen Widerstände
in der Kurzschlußleitung k, mit der voll geöffneten Drosselklappe m, bedingen. Der
durch die Widerstände
bedingte Unterdruck zieht sich stets von dem
Spülluftdruck in der Spülleitung icl, der über dem Außendruck liegt, ab. Der Unterdruck
im Saugraum o, soll auch nicht groß sein, damit an der Klappe n1 kein kritisches
Druckverhältnis auftreten kann, weil sonst eine unerwünschte Drehzahlabhängigkeit
das erfindungsgemäße Verteilerprinzip der Spülluftregelung zu stark stören würde.
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Bei Schließung der Kurzschlußklappe ml und damit Öffnung der Drosselklappe
itr wird wieder die Kurzschlußströmung verringert und die Spülluftmenge, die zum
Zylinder strömt, vergrößert. In der Stellung »Voll« der Drosselklappe m1 ist die
Kurzschlußleitung ganz geschlossen und die Ansaugleitung Il des Gebläses durch völlige
öffnung der Drosselklappe n, ganz geöffnet, so daß alle Gebläseluft als Spülluft
zum Zylinder strömt und volles Drehmoment des Motors eingestellt wird.
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Auch hier können durch geeignete Anordnung die Drosselklappen für
und n, zu einem einzigen, leide Leitungen steuernden Organ ' zusammengefaßt werden.
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Durch die mit den Abb.9 bis 1a erläuterte Steuerung der Spülluft bei
statischen Gebläsen . nach dem Verteilerprinzip ist also, wie eben gesagt, die Möglichkeit
gegeben, die Steuerung der Spülluft und des Kraftstoffes in zwangsläufiger Koppelung
vorzunehmen. Dabei muß die Koppelt»>g z. 13. durch entsprechende Form des
Kraftstoffnockens g auf Abb. 3, 4, 7, 8, 9 und io so ausgelegt sein, daß erfindungsgemäß,
ausgehend von irgendeinem Drehmoment des Motors, bei Einstellung eines höheren Drehmomentes
ein steigendes Verhältnis des Spülluftgewichtes pro Umdrehung zum Kraftstoffgewicht
pro Umdrehung und bei Einstellung eines kleineren Drehmomentes ein fallendes Verhältnis
Spülluft zu Kraftstoff erzielt wird. Diese Forderung muß eingehalten werden, gleic'lrgültig
ob die Einstellung des Drehmomentes durch einen Leerlauf-, Enddrehza'hl-, Gesc@hwirndigkeitsregler
oder von dem Bedienungshebel selbst vorgenommen wird.
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Anstatt der gezeigten Gestängeverbindung zwischen Drosselklappen und
Regelstange der Einspritzpumpe können auch andere Gestängeverbindungen mit dem gleichen
Endzweck angewandt werden. So kann z. B. die Regelstange der Einspritzpumpe direkt
von einem Doppelhebel o, wie er auf Abb.3, 4, 7 gezeigt ist, betätigt werden und
dann die Koppelung von der Regelstange aus über einen Nocken zur Drosselklappe vorgenornmen
werden, oder es können auch getrennte Gestänge vom Doppelhebel o zum Nocken der
Regelstange und zur Drosselklappe geführt werden. Hierbei kann auch die Bewegung
der Drosselklappe über einen Nocken erfolgen.
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An Stelle der auf den Abbildungen als Beispiel gezeigten Kraftstoffeinspritzung
durch eine Plungerpumpe kann auch eine umlaufende Förderpumpe angewandt werden,
oder es kann auch das sogenannte Einblaseverfahren mittels Luft oder ein pumpenloses
Verfahren zur Anwendung kommen. In allen Fällen müßte der Motorregler die Drehmomentverstellung
unter gleichzeitiger Betätigung des Spülluftorgans und des Kraftstoffregelorgans
vornehmen.
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Es ist auch möglich, die Drehmomentregelung nicht erst bei mittleren
Drehzahlen, sondern schon bei kleinen Drehzahlen, also bei Leerlaufdrehzahl, allmählich
beginnen, aber erst bei höheren Drehzahlen voll zur Auswirkung kommen zu lassen.