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Pneumatischer Regler für Brennstoff-Einspritzpumpen von Fahrzeugmotoren
Die Entwicklung der Verbrennungsmotoren mit Brennstoffeinspritzung, insbesondere
der Fahrzeugdieselmotoren und der Fahrzeugmotoren mit Benzineinspritzung, führt
zu Einspritzmotoren mit immer höheren Drehzahlen.
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Die Regelung der Drehzahl, insbesondere der Leerlauf- und Enddrehzahl,
soll hier durch einen pneumatischen Kolben- oder Membranregler mit Hilfe des Unterdruckes
in der Saugleitung erfolgen. Um die Unterdruckwirkung der Saugleitung zu steigern,
wird der pneumatische Regler zweckmäßig an eine diffusorartige Düse in der Saugleitung
angeschlossen.
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Solche Regler sollen an Hand der Abb. i bis 6 beschrieben «-erden.
Es zeigt Abb. i eine Darstellung eines solchen Reglers mit Zylinder und Kolben,
Abb. z eine Darstellung eines solchen Reglers mit Zylinder und Kolben und einer
Drosselklappe in der Saugleitung für die Verstärkung der Wirkung der Leerlauf regelung,
Abb. 3 eine Darstellung der Regelung der Brennstoffhöchstmenge durch eine in das
Reglergestänge eingeschaltete Kurve, Abb. 4. ein Schaubild mit dem Verlauf der Brennstoffhöchstmenge
über den Drehzahlbereich des lfotors, Abb. 5 eine schematische Darstellung eines
Reglers mit zwei Kolben von entgegengesetzter Regeltendenz,
Abb.
6 und 6 a eine Darstellung eines Fliehgewichtreglers in Verbindung mit einer weiteren
Regelung der Brennstoffmenge durch einen an die Saugleitung angeschlossenen pneumatischen
Regler.
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Die Abb. i zeigt einen Kolbenregler, der die Leerlauf- und Enddrehzahl
regelt: Er hat einen durch drei Federn belasteten Kolben und kann mit zunehmender
Drehzahl stets nur eine abnehmende Brennstofthöchstmenge einstellen, entsprechend
den Zylinderfüllungen mit Luft.
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Von .der Düse a,der Saugleitung b des Einspritzmotors führt
ein Rohr c in den Zylinder d des Kolbenreglers. Der Kolben eist in der Stellung
bei der Leerlaufdrehzahl gezeigt" d. h. noch ohne Hub für die Leerlaufregelung.
Beim Unterschreiten dieser Leerlaufdrehzahl und sinkendem Unterdruck wird der Kolben
e rasch durch die Kraft der weichen Leerlauffeder f nach rechts geschoben in die
in Abb. a gezeigte Stellung. Mit Hilfe der Kolbenstange g und des Doppelhebels h
wird dadurch die Regelstange i der Brennstoffpumpe k nach rechts in
der Vollastrichtung verschoben, d. h. mehr Brennstoff gegeben. Die größte Brennstoffmenge
wird dabei durch den Anschlag m der Regelstange i der Brennstoffpumpe k bestimmt.
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Bei einer Steigerung der Drehzahl von der Leerlaufdrehzahl von 4oo
bis zu einer mittleren Drehzahl von i6oo Umdrehungen soll sich im vorliegenden Beispiel
die Brennstoffhöchstmenge nicht ändern. Dies wird erzielt durch die Anlage des Kolbens
gegen .die vorgespannte Zwischenfeder n.
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Bei einer Steigerung der Drehzahl von i6oo bis 3000 wird die
kurze harte Zwischenfeder n allmählieh durch den wachsenden Unterdruck in der Saugleitung.
zusammengedrückt und ergibt in demselben Mäße eine allmähliche Verringerung der
Brennstöffhöchstmenge.
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Bei überschreiten der Enddrehzahl von beispielsweise 3000 wird die
ebenfalls vorgespannte weiche-Enddrehzahlfeder o plötzlich stark zusammengedrückt,
so daß bei dem üblichen Ungleichförmigkeitsgrad von 4% bereits bei 3120 Umdrehungen
jede Brennstoffzufuhr, auch bei Vollaststellung des Gashebels, abgestellt ist.
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Der Regler besitzt also eine Feder für die Leerlaufdrehzahl, eine
Feder für die Änderung der Brennstoffhöchstmenge und eine Feder für die Enddrehzahl.
Werden die beiden Federn n und o von Abb. i zu einer einzigen Feder zusammengefaßt,
so wird dadurch erreicht, daß die vom Gashebel einstellbare Brennstoffhöchstmenge
mit zunehmendem Unterdruck zunächst allmählich abnimmt, so daß der Einspritzmotor
mit infolge der Abdrosselung verringerter Ansaugeluftmenge der Zylinder auch weniger
Brennstoff erhält und der Motor sich bei hohen Drehzahlen von selbst abdrosselt.
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Bei Einspritzmotoren, bei denen eine besonders niedrige Leerlaufdrehzahl
verlangt wird, kann unter Umständen der bei der Ausführung nach Abb. i zur Verfügung
stehende Unterdruck bei dieser niedrigen Leerlaufdrehzahl nicht mehr genügen. Auch
bei niedersten Leerlaufdrehzahlen erhält man bei pneumatischen Leerlauf- und Endreglern
eine wesentlich bessere Reglerwirkung, wenn man beispielsweise in der Saugleitung
eine vom Gashebel betätigte Drosselklappe zur Verstärkung des Unterdruckes bei der
Leerlaufdrehzahl vorsieht.
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In Abb. 2 ist ein solcher Regler für sehr niedrige Leerlauf- bzw.
Mindestdrehzahlen gezeigt. Die in Abb. i gezeigte Reglerausführung ist ganz übernommen;
dazu hin ist jedoch in der Saugleitung b eine Drosselklappe p angebracht, die vom
Gashebel l
durch das Gestänge q betätigt wird. In dem Gestänge ist eine weiche
und schwache Zug- und Druckfeder r eingebaut.
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In der gezeichneten Leerlauf- bzw. Stopstellung des Gashebels
l ist die Drosselklappe p geschlossen, wobei die unter Druck stehende Feder
r einem Unterdruck in der Saugleitung von beispielsweise o,2 Atm. standhält. In
dieser Drosselklappe ist eine kalibrierte Öffnung t angebracht, durch die bei der
Leerlaufdrehzahl die gesamte Saugluft bei einem bestimmten Unterdruck in der Saugleitung
von beispielsweise o,o5 Atm. strömen kann. Bei der Leerlaufdrehzahl hat der Kolben
dabei die in Abb. i gezeigte Stellung ahne Leerlaufhub. Bei Unterschreiten der Leerlaufdrehzahl
schiebt dieLeerlauffeder f den Kolben e in die in Abb. 2 gezeichnete Endstellung
nach rechts, wodurch größtenfalls die durch den Anschlag m bestimmte größte Brennstoffhöchstmenge
für die dabei mögliche Luftfüllung der Zylinder eingestellt werden kann. Da jedoch
die Belastung .der Drosselklappe bzw. der Feder y bei zunehmendem Gashebelausschlag
in der Richtung der Vollaststellung zunehmend entlastet wird, so würde dabei bei
mittleren Gashebelausschlägen der Unterdruelt in der Saugleitung bei niederen und
mittleren Drehzahlen so gering; daß die Leerlaufregelüng in Kraft treten, d. h.
dabei als Drehzahlregler wirken würde; da sie durch ihren vollen zur Verfügung stehenden
Hub schon bei Teilbelastungen durch den Gashebel volle Brennstoffhöchstmenge einregeln
würde.
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Wenn diese Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlregelung bei niederen und
mittleren Drehzahlen unerwünscht ist, so muß mit zunehmendem Gashebelausschlag der
Leerlaufhub des Kolbens e ausgeschaltet werden. Dies erfolgt in Abb. 2 beispielsweise
durch den Doppelhebel s, der im Zylinder d gelagert ist und vom Gashebel so bewegt
wird, daß er mit zunehmendem Gashebeläusschlag die Leerlaufwirkung des Kolbens rasch
aufhebt.
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Die Brennstoffhöchstmenge bleibt dabei bis zu der Drehzahl von 2ooo
im vorliegenden Beispiel durch den Anschlag m dieselbe. Die Zwischenfeder n und
die Feder o für die Höchstdrehzahl haben die gleiche Ausführung und Wirkung wie
bei der Abb. i. Die Drosselklappe hat so großen Flußduerschnitt, daß bei voller
Öffnung durch den Gashebel keine Füllungsverminderung der Zylinder durch sie stattfindet.
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Die bisher beschriebenen Regler können mit zunehmender Drehzahl stets
nur eine Abnähme der Brennstoffhöchstmenge einstellen und umgekehrt. In solchen
Fällen jedoch, in denen für einen bestimmten Drehzahlbereich auch eine Zunahme der
Brennstoffhöchstmenge
mit zunehmender Drehzahl gefordert wird,
genügen diese Regler nicht. Während die bisher beschriebenen Regler einen Verlauf
der Brennstoffhöchstinengen entsprechend dem Kurvenzug 1-2-3-d-5 voll Abb.4 bei
den verschiedenen Drehzahlen bei Vollaststellung des Gashebels einstellen, soll
nunmehr ein Verlauf nach der Kurve 11-12-2-3--1-5 erzielt werden.
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Dies wird durch die in Abb. 3 gezeigte Ausführung der Übertragung
der Bewegung des Kolbens des Reglers von Abb. i oder 2 auf die Regelstange der Einspritzpumpe
unter Verwendung einer Kurve erreicht.
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Von der ILolbenstange g des Reglers wird das Kurvenstück 1r bewegt,
im vorliegenden Beispiel mit zunehmender Drehzahl stets nach links und umgekehrt.
Mit der Kurve arbeitet der Schwinghebel v zusammen, der mit seinem linken Ende auf
der Kurve aufliegt und mit seinem rechten Ende im Gasliebelgestänge zu gelagert
ist. An einer bestimmten Stelle der Schwinghebellänge ist die Regelstange i: der
Brennstoff-Einspritzpumpe angeschlossen. Bewegungen der Gestänge nach oben ergeben.
eine Zunahnie der Brennstoffhöclistinenge und umgekehrt. Das Gashebelgestänge ist
in seiner obersten Stel-, hing, d. 1i. in Vollaststellung gezeichnet.
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Die Brennstoffmenge wird also stets durch das Zusammenwirken von Gashebel-
und Schwingliebelstellung bestimmt, die Brennstoffhöehstmenge bei Vollaststellung
des Gashebels nur durch die Schwinghebel-, also die Kurven- bzw. die Kolbenstellung,
die von dem Unterdruck in der Saugleitung, d. h. von der Drehzahl abhängig ist.
Der Regler hat dabei die in Abb. i oder 2 gezeigte Ausführung, nur mit dein Unterschied,
daß die Zwischenfeder )i ohne Vorspannung eingelegt ist, so daß der Kolben auch
schon von der Leerlaufdrehzahl von 4oo iin vorliegenden Beispiel an nach Abb. d.
eine allmähliche Bewegung mit zunehmender Drehzahl ausführt, die zur Regelung der
Brennstoffhöchstmenge im Drehzahlbereich von d.oo big 3000 mit zuerst zunehmenden
und dann wieder abnehmenden Brennstoffhöchstmengen ausreicht. Für die Regelung der
Leerlaufdrehzahl und der Enddrehzahl stellen lange weiche Federn mit plötzlichen
großen Hüben zur Verfügung.
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Bei verschiedenen Drehzahlen liegt der Schwingliebel v an verschiedenen
Stellen der Kurve auf, die in Abb. 3 durch Angabe der dazugehörigen Drehzahlen gekennzeichnet
sind. Durch die Verwendung solcher Kurven und deren beliebige Gestaltung ist eine
sehr feine Regelurig der Brennstoffhöchstmenge möglich.
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Eine weitere Möglichkeit, eine mit zunehmender Drehzahl beliebig zu-
und abnehmende Brennstoffhöehstmenge zu erzielen, besteht in der Verwendung und
Zusammenfassung zweier Kolbenregler, die entgegengesetzte Regeltendenzen haben.
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Ein solcher Doppelkolbenregler ist in Abb. 5 gezeigt. Der obere Zylinder
x bzw. der obere Kolbenregler hat genau dieselbe Ausführung und Wirkung wie der
in Abb. i gezeigte Regler, d. h. er regelt die Leer lautdrelizahl, die Abnahme der
Brennstoffhöchstmenge Voll 2000 bis 3000 Umdrehungen und die Enddrehzahl.
Er kann also mit zunehmender Drehzahl stets nur eine abnehmende Brennstoffhöchstmenge
einstellen und umgekehrt.
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Im Gegensatz hierzu dient der untere Kolbenregler mit dem Zylinder
v dazu, mit zunehmender Drehzahl in einem bestimmten Drehzahlabschnitt, beispielsweise
von d.oo bis 16oo Umdrehungen, eine ebenfalls zunehmende Brennstoffhöchstmenge einzuregeln.
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Dies wird dadurch erzielt, daß der Kolben dieses unteren Reglers in
dem Drehzahlbereich von .Ioo bis 16oo durch den dabei allmählich zunehmenden Unterdruck
ebenso allmählich durch Zusammendrücken der harten Feder a.i von seiner rechten
Endstellung nach links in die bei 16oo Umdrehungen erreichte und in Abb. 5 gezeigte
linke Endstellung sich bewegt. Diese Kolbenbewegung nach links hat zur Folge, daß
auf dem Wege über den Umkehrhebel b1 und den Doppelhebel h die Regelstange
i der Brennstoff-Einspritzpumpe ebenfalls nach links geschoben wird, d. h.
mehr Brennstoff eingespritzt wird.
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In allen Fällen, in denen keine scharf bestimmte Höchstdrehzahl gefordert
wird; kann bei den oben beschriebenen Reglerausführungen statt der Zwischenfeder
it und der Feder o für eine bestimmte Höchstdrehzahl nur eine einzige harte Feder
verwendet werden, die zuerst eine allmähliche und dann eine immer schneller «-erdende
Kolbenbewegung mit zunehmender Drehzahl ergibt, so daß ein allmähliches Abdrosseln
der Brennstoffhöchstmenge, d. h. der Brennstoffmenge überhaupt, statt eines plötzlichen
Abstellens der Brennstoffzufuhr eintritt.
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Es kann jedoch auch ein solcher pneumatischer Regler mit einem Flieligewichtsregler
zusammenarbeiten. Dieser Fliehgewichtsregler kann dabei ein Drehzahlregler, beispielsweise
ein Leerlauf- und Endregler sein. Dabei übernimmt der pneumatische Regler die Regelung
der veränderlichen Brennstoffhöchstmenge.
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Vorteilhaft wird der pneumatische Regler aber für die Regelung sowohl
der veränderlichen Brennstoffhöchstmenge als auch der Enddrehzahl verwendet, während
der Fliehkraftregler die Regelung der Leerlaufdrehzahl übernimmt. Denn die Fliehkraftregler
eignen sich besonders für niedere Drehzahlen und die pneumatischen Regler für mittlere
und hohe Drehzahlen.
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Eine solche Regelung ist in Abb. 6 gezeigt. Der pneumatische Kolbenregler
cl ist an die Saugleitung b des Einspritzmotors angeschlossen; dl ist der F lieligewichtsregler,
der mit Hilfe des Doppelliebels ei mit dem pneumatischen Regler cl zusammenarbeitet.
Der Fliehgewichtsregler soll hier nur als Leerlaufregler dienen, während der pneumatische
Regler die Höchstdrehzahl regelt. Mit der Regelung der Höchstdrehzahl kann auch
die Regelung der Brennstoffhöchstmenge in Abhängigkeit von dem Unterdruck in der
Saugleitung geregelt oder durch allmähliches Vermindern der Brennstofihöchstmenge
die Maschinendrehzahl nach oben gemeinsam mit der Luftfüllung der Zylinder beschränkt
werden.
In Abb: 6 ist der Kolben e des pneumatischen Reglers c1
beispielsweise durch die einzige Feder f1 in seine rechte Endstellung geschoben.
Ist diese Feder nur für die Regelung der Höchstdrehzahl bestimmt, so gibt sie bei
dem dazugehörigen Unterdruck' in der Saugleitung plötzlich nach, d. h. bei einem
vorgeschriebenen Ungleichförmigkeitsgrad von q. % und der Enddrehzahl von 3000 würde
bei der geringen Drehzahlsteigerung von 3ooo auf 3120 Umdrehungen der im quadratischen
Verhältnis hierzu steigende Unterdruck diese weiche Feder zusammendrücken. Die Feder
hat unterhalb der Enddrehzahl von dooo den Reglerkolben e dauernd gegen den Anschlag
c2 gepreßt. Bei dieser Bewegung der Feder stellt der Kolben e mit Hilfe des Doppelhebels
e1, des daran angelenkten Doppelhebels h und der Regelstange i auch bei der gezeichneten
Volllaststellung des Gashebels L jede Brennstofförderung der Einspritzpumpe k ab:
Es kann jedoch auch die Feder f1 des pneumatischen Reglers so bemessen werden, daß
sie schon von niederen oder mittleren Drehzahlen an bei zunehmender Drehzahl durch
den zunehmenden Unterdruck- allmählich zusammengedrückt wird. Dabei entspricht die
dadurch hervorgerufene Verminderung der Brennstoffhöchstmenge den mit zunehmendem
Unterdruck sich vermindernden Zylinderfüllungen mit Luft. Bei sehr hohen Drehzahlen
drosselt sich die Saugluft von selbst stark ab, wobei ebenfalls auch die Brennstoffhöchstmenge
sich stark verringert, so daß der Motor sich bezüglich Luftfüllung und Brennstoffmenge
von selbst abdrosselt, also seine Höchstdrehzahl von selbst beschränkt.
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Eine weitere Möglichkeit des pneumatischen Reglers cl, der mit einem
Fliehgewichtsregler zusammenarbeitet, ist in Abb. 6 a gezeigt. Hierbei dient der
pneumatische Regler sowohl zur Änderung der Brennstoffhöchstmenge in Abhängigkeit
des Unterdruckes bzw. der Drehzahl als, auch zur Festlegung einer bestimmten Enddrehzahl.
Es sind dazu für den Kolben e zwei Federn angeordnet, deren eine, f1, für die Drehzahl
dient und deren andere, t1, für die Brennstoffhöchstmenge. Der pneumatische Regler
wirkt dabei genau wie in Abb. 6 mit dem Flehgewichtsregler dl zusammen.
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Durch den zunehmenden Unterdruck wird die Feder ti von mittleren Drehzahlen
an allmählich zusammengedrückt und vermindert dadurch die Brennstoffhöchstmenge
ebenso. Bei der zugelassenen Höchstdrehzahl von beispielsweise 3000 wird
die Feder f1 rasch zusammengedrückt, so daß sie bei 312o Umdrehungen jede Brennstoffeinspritzung
auch bei Vollaststellung des Gashebels abgestellt hat.
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Der Fliehgewichtsregler dl dient hier beispielsweise nur als Leerlaufregler.
Demnach haben dessen . große Fliehgewichte g1 je nur eine weiche Feder hl für die
Festlegung derLeerlaufdrehzahl. DieReglermuffe il wirkt ebenfalls auf den Doppelhebel
e1, somit können beide Regler unabhängig voneinander zur Wirkung kommen. Der Fliehgewichtsregler
kann im Bedarfsfalle auch zu einer Regelung der veränderlichen Brennstoffhöchstmenge
bei niederen bis mittleren Drehzahlen herangezogen werden. Die Fliehgewichte g1
sind in Abb. 6 in der Stellung beim Erreichen oder Überschreiten der Leerlaufdrehzahl
gezeichnet. Beim Unterschreiten derselben gehen diese Gewichte nach innen und verschieben
dadurch die Reglermuffe nach rechts in der Vollastrichtung.
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Alle oben beschriebenen Regler eignen sich für Einspritzmotoren mit
höchsten Drehzahlen.