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Regeleinrichtung für die Kraftstoffeinspritzpumpe von Verbrennungskraftmasclunen.
mit Lader Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere
für Luftfahrzeuge, die mit einem Zentrifugal- oder anderem Luftkompressor und Steuermitteln
für den Kraftstoff versehen sind, deren Wirksamkeit mindestens teilweise in Wechselbeziehung
zu der Drehzahl des Kompressors steht. Eine bekannte Begleiterscheinung der Wirkung
eines Zentrifugal-Luftkompressors ist, daß, wenn der Hauptluftstrom auf einen bestimmten
Wert gedrosselt wird (die sogenannte Pumpgrenze), ein plötzlich abfallendes oder
abreißendes Schwanken des gelieferten Druckes eintreten kann. Diese Erscheinung
ist als Pumpen bekannt. Sie hängt mindestens teilweise von der Dichte der den Kompressor
durchströmenden Luft ab. Gegenstand der Erfindung ist es, die Kraftstoffsteuerm.
ittel zu einem befriedigenden Ausgleichen der Wirkung der infolge wechselnder Temperatur
schwankenden Luftdichten heranzuziehen, Die Erfindung schließt ein Kraftstoffstenermittel
ein, durch das in befriedigender Weise die Bedingung n = c
- 1/i- erfüllbar ist; hierin bedeutet n die Umlaufzahl des Kompressors, T
die absolute Temperatur der in den Kompressor eintretenden Luft und c die Konstante.
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Die Erfindung kann auf verschiedene Weise ver--wirklicht werden. Wenn
das Steuermittel in einer Zentrifugalvorrichtung oder einer hydraulischen Vorrichtung
besteht, deren Wirkung auf n' abgestimmt ist und durch eine Feder gesteuert wird,
so wird die
Wirkung der Feder durch einen Bimetallstreifen oder
ein anderes dehn- oder deformierbares Mittel ergänzt, das auf Temperaturwechsel
unmittelbar von T abhängig anspricht und das an irgendeiiier geeigneten Stelle der
Einwirkung der Luft ausgesetzt werden kann; oder anstatt die Lufttemperatur unmittelbar
zur Veränderung der Wirkung eines Mittels zur Anpassung der Geschwindigkeit zu benutzen,
wird irgendein geeignetes indirekt arbeitendes Verfahren abhängig von der Funktion
nIll-T angewendet im Verhältnis der Kompressorauslaß- und -einlaßdrücke
P 2 : P 1.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. i ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Pumpe für flüssigen
Kraftstoff mit veränderlicher Fördermenge, die eine Ausführung der Erfindung darstellt;
Fig. 2 bis 4 sind schematische Teillängsschnitte, die drei andere Ausführungsformen
der Erfindung zeigen.
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Die in Fig. :i dargestellte Pumpe besteht aus einem drehbaren Körperteil
a, der in einem Gehäuse b angeordnet ist und gruppiert um seine Achse eine
Anzahl Bohrungen c besitzt, in-deren jeder ein entsprechender Kolben d verschiebbar
ist. Der Körperteil a kann in irgendeiner geeigneten Weise durch die nicht dargestellte
Kraftmaschine, die durch die Pumpe mit flüssigem Kraftstoff versorgt wird, angetrieben
werden. Die Kraftmaschine wird mit Luft beschickt durch einen Zentrifugal- oder
anderen Kompressor (ebenfalls nicht dargestellt), der durch die Kraftmaschine getrieben
wird. Während des Umlaufes des Körperteiles a werden die Kolben d in der
einen Richtung durch eine im Winkel verstellbare Taumelscheibe e und in der entgegengesetzten
Richtung durch Federn f
bewegt. Letztere sind in den Bohrungen c angeordnet
und dienen auch dazu, die Stirnfläche des Körperteiles a in Kontakt mit einem
Sitz g des Gehäuses b
zu halten. Der Sitz g besitzt eine Durchbrechung
h, die mit dem Flüssigkeitseinlaß i des Gehäuses b in offener Verbindung
steht, und eine andere Durchbrechung j, die mit dem Flüssigkeitsauslaß k des Gehäuses
in offener Verbindung steht. Um die oben beschriebene Pumpe in Übereinstimmung mit
den veränderlichen Drehzahlen zu steuern, kann der Körperteil a noch als
Zentrifugalpumpe wirken. Hierfür ist in dem Körperteil a eine Axialbohrung m vorgesehen,
die an ihrem einen Ende mit dem Einlaß i durch eine Durchbrechung n im Sitz
g in Verbindung steht und an ihrem anderen Ende mit einer Anzahl radialer
Bohrungen o im Körperteil. Die Flüssigkeit fließt vom Einlaß i durch die Bohrung
n und wird durch die Zentrifugalwirkung durch die Radialbohrungen o in das Innere
des Pumpengehäuses b
auf dem Umfang des Körperteiles a ausgeworfen. An einem
Ende des Pumpengehäuses b ist ein Zy-
linder p gebildet, der
geschlossene Enden besitzt. In diesem Zylinder p ist ein Kolben
q angeordnet, der durch eine Feder Y belastet ist. Auf der einen Seite
des Kolbens ist eine sich durch eine Bohrung des Gehäuses b am inneren Ende
des Zylinders erstreckende Kolbenstange s befestigt, die an die Taumelscheibe angelenkt
ist. Der innere Teil des Zylinders P, also der Teil nach der Kolbenstangenseite
zu, steht in freier offener Verbindung mit dem Auslaß k durch eine Bohrung
t im Gehäuse b, und dieser Teil des Zylinders steht außerdem mit dem anderen
oder äußeren Teil des Zylinders (der die Feder Y
enthält) durch eine verengte
Bohrung u in Verbindung. Das äußere Ende des Zylinders p ist mit einem kleinen
Kanal v versehen, der an seinem äußeren Ende von einem Sitz für ein Verschlußglied
w umgeben ist, das das eine Ende eines zweiarnügen Hebels x bildet. Letzterer ist
in seinem mittleren Teil auf dem äußeren Ende des Zylinders schwenkbar gelagert
und durch eine Feder y belastet, die das Bestreben hat, das Verschlußglied
w auf seinen Sitz zu drücken, Der Hebel x ist in einer Kammer z enthalten,
die nahe dem Ende des Gehäuses b gebildet oder befestigt ist und die mit
dem Pumpeneinlaß i in offener Verbindung steht. Die äußere Seite der Kammer z ist
durch eine Steuermembran 2 begrenzt, die in ihrer Mitte ein Widerlager-3 besitzt,
das gegen das eine Ende des Hebels x, das entgegengesetzt zum Verschlußglied w liegt,
stößt.
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Auf der äußeren Seite und teilweise begrenzt durch die Steuermembran
2 ist eine andere Kammer 4 vorgesehen, die mit der obenerwähnten Zentrifugalpumpe
durch eine Leitung5 in Verbindung steht. Auch die Steuermernbran 2 ist durch eine
Feder 6
belastet, die angeordnet und eingeschlossen in ein Widerlager
7, 8 ist, das auf der Steuerrnembran einerseits und der Kammer 4 andererseits
befestigt ist.
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Angenommen, die Taumelscheibe soll in ihrer maximalen Schrägstellung
sich befinden, d. h. in einer Lage, in der die Pumpe ihre maximale Förderleistung
abgibt. Die Taumelscheibe wird in dieser Lage so lange verbleiben, wie der Druck
in der Kammer 4 und damit die Wirkung auf die Steuermembran 2 unterhalb eines vorbestimmten
Wertes sich hält. Unter dieser Bedingung ist das Kanalverschlußglied w in seiner
Verschlußlage, und die Flüssigkeitsdrücke auf den beiden Seiten des Kolbens
q sind einander gleich. Sobald jedoch der auf die Membran 2 ausgeübte Druck
den vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Membran das Verschlußglied w von
seinem Sitz abheben.
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DerFlüssigkeitsdruckimäußerenTeildesZylindersp fällt dadurch ab, und
der Kolben q wird durch den Flüssigkeitsdruck in den inneren Teil des Zylinders
entgegen der Wirkung der Feder r hineinbewegt, was die Taumelscheibe c in
Richtung einer Verminderung der Pumpenförderleistung bewegt, bis eüi neuer Gleichgewichtszustand
erreicht ist.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß, da die Stellung der Taumelscheibe
c abhängt vom Flüssigkeitsdruck in der Kammer 4 und dieser Druck abhängt
von der Drehzahl der Pumpe, letztere durch die Geschwindigkeit der Kraftmaschine
gesteuert wird, die ja beide treibt, sowohl die Pumpe als auch den Luftkompressor.
Folglich ist die Wirkung der Pumpe in Wechselbeziehung gesetzt zu nI.
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In Ausführung der Erfindung, wie -sie in Fig. i veranschaulicht
ist, wird die Feder 6, die auf die Steuennembran 2 einwirkt, in ihrer Wirkung
ergänzt
durch einen biegsamen Bimetallstreifen io. Letzterer steht
mit der Steuermembran durch einen Stift ii in Verbindung und ist in einer Kammer
12 angeordnet, die nach der Atmosphäre hin geöffnet ist, so daß die erforderliche
Steuerbewegung der Membran nicht nur abhängig ist von der normalen Wirk,ung der
Flüssigkeit in der Kammer 4 und dem Einfluß der Feder 6, sondern ebenso auch
von der Temperatur der Atmosphäre, und zwar so, daß abnehmende Temperatur im Öffnungssinne
auf das Verschlußglied w einwirkt.
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Die Ausführung der Erfindung gemäß Fig. i hängt unmittelbar von der
Einwirkung der Temperatur der Atmosphäre ab. Ausdrücklich sei aber darauf hingewiesen,
daß auch von irgendeiner anderen Funktion itIll-T Gebrauch gemacht werden kann,
für die z. B. in Fig. 2 eine Ausführung gegeben ist. In diesem Beispiel ist eine
Pumpe für flüssigen Kraftstoff mit veränderlicher Förderleistung gleich der oben
beschriebenen teilweise dargestellt und mit denselben Bezugszeichen wie in Fig.
i bezeichnet unter Hinzufügung des Index i.
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Der Kanal v' in dem äußeren Ende des Zylinders Plwird gesteuert durch
einen Hebel x', derunterWechseleinfluß des Aus- und Einlaßdruckes des Kompressors
13 steht, welch letzterer durch die Kraftmaschine angetrieben wird und dazu dient,
an diese Luft zu liefern. Der Hebel x' ist inmitten seiner Enden an einer Membran
14 befestigt, die den Stützpunkt für ihn bildet und die die Unterteilungswand zwischen
zwei Kammern 15, 16 bildet. Die Kammer 15 ist mit einem Einlaß 17 versehen, an dem
ein Sitz gebildet ist für ein Verschlußglied wl an dem benachbarten Ende des Hebels
x'. Durch eine Leitung 18 ist die Kammer 15 an den Kanal v' im äußeren Ende des
Zylinders angeschlossen. Die Kammer 15 kann ebenso mit dem Pumpeneinlaß in Verbindung
stehen. Angeordnet innerhalb und gelenkig zwischen seinen Enden gelagert in einer
anderen Kammer 16 ist ein zweiter Hebel ig. Die Kammer 16 enthält außerdem eine
Druckfeder 2o, die auf ein Ende des zweiten Hebels ig, und eine luftleere Kapsel
21, die auf das andere Ende in Gegenrichtung zur Feder auf den zweiten Hebel ig
einwirken kann. Zwischen dem federbelasteten Ende des zweiten Hebels ig und dem
benachbarten Ende des ersten Hebels x' ist ein Widerlager 2? angeordnet, durch das
die Hebel unter Wirkung der Feder 2o das Verschlußglied wl auf seinen Sitz drücken
können und hierbei den Durchfluß der Flüssigkeit durch den Kanal v' drosseln. An
der Kammer 16 ist eine Unterkammer 23 befestigt, die auf der einen Seite
durch eine biegsame Membran 24 begrenzt ist, die als Unterteilungswand zwischen
der Kammer 16 und Unterkammer 23 dient. Die Unterkammer 23 kann durch
eine Leitung 25 mit dem Auslaß des Kompressors 13 in Verbindung stehen.
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Ein Stoßstück 26 ist zwischen der Membran 24 und dem ersten
Hebel x' in einer Stellung angeordnet, die näher dem Auflager dieses Hebels als
dem Widerlager 22 liegt. Die Anordnung ist derart, daß der Kompressorauslaßdruck
durch die Membran und das Druckstück 26 auf den ersten Hebel in Richtung
einer Öffnungsbewegung des Verschlußgliedes wl entgegen der Wirkung der Feder 2o
übertragen wird. Die Kammer 16 kann durch eine Leitung oder Verbindung
27 mit der Einlaßseite des Kompressors 13 verbunden sein, so daß die luftleere
Kapsel 21 zur Verminderung der Wirkung der Feder 2o auf den erstgenannten Hebel
x' dient, wenn der Kompressoreinlaßdruck fällt und umgekehrt.
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Das Widerlager 22 zwischen den Hebeln x' und ig ist mit einem
Glied 28 verbunden durch irgendeinen geeigneten Einstellmechanismus 29, wobei
das Widerlager in Richtung auf das Hebellager oder entgegengesetzt bewegt werden
kann, um in irgendeiner Weise die Forderung des erforderlichen Wertes von n/I/-T
zu erfüllen.
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Sobald der Hebel x' durch Veränderung des Verhältnisses zwischen dem
Kompressorauslaß- oder -einlaßdruck aus dem Gleichgewicht gerät, wird die Förderleistung
der Pumpe entsprechend eingestellt.
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Anstatt in der in Fig. 2 dargestellten Weise auf den Hebel x' einzuwirken,
können die Kompressorauslaß- und -einlaßdrücke auf zwei luftleere Kapseln einwirken,
die in entsprechendem Abstand von dem Drehpunkt des Hebels an diesen angreifen,
oder es können zwei Membranen oder Kolben auf den Hebel zur Einwirkung gebracht
werden, Außerdem kann man, da der erforderliche Kraftstoff dem atmosphärischen Druck
proportional ist, die Veränderlichen Kraftstoffmengenzuffuß, Atmosphärendruck und
Lufttemperatur zur Aufrechterhaltung des konstanten Wertes von nIV _T benutzen.
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Das Beispiel einer Einrichtung für diesen Zweck ist in Fig.
3 dargestellt. In diesem Beispiel findet eine Pumpe für veränderliche flüssige
Kraftstoffmengen Anwendung, die der in den oben beschriebenen Beispielen gleicht.
Ein Teil dieser Pumpe ist dargestellt und mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet
wie in Fig. i, nur mit dem Index ?-
Bei diesem Beispiel wird zum Steuern des
Flüssigkeitsstromes durch den Kanal V2 in das äußere Ende des Zylinders p2 ein Kolben
3o beweglich in der Zylinderkammer 31 angeordnet, die in einem Hohlkörper
32, gebildet ist. Der - Kolben 30 wird durch eine Stange
33 getragen, die sich durch beide Enden der Kammer 31 erstreckt und die mit
ihrem einen Ende einen Einlaß 72, durch den Flüssigkeit aus dem Kanal v2
in einen Teil des Hohlkörpers 32 eintreten kann, bildet, der gegenüber der
genannten Kammer abgeschlossen ist. Der genannte Kanal und der Einlaß sind miteinander
durch eine Leitung j82 verbunden. Der Kolben ist durch eine Feder 34 belastet, die
auf das dem Einlaß 171 entgegengesetzte Ende der Kolbenstange 33 einwirkt
und die das Bestreben hat, die Kolbenstange in Richtung eines Ab-
schlusses
des Einlasses zu verschieben. Die Wirkung der Feder 34 ist durch einen Bimetallstreifen
35 oder ein gleichwertiges Mittel ergänzt, das in Abhängigkeit steht zur
atmosphärischen Temperatur und das auf das gleiche Ende der Kolbenstange
33 einwirkt wie die Feder, und zwar so, daß es bei abnehmender Temperatur
im Öffnungssinne auf die Stange 33 einwirkt. Die Enden der Kammer 31 stehen
durch Kanäle 36 mit entgegengesetzten Seiten einer veränderlichen Öffnung
37 in Verbindung, die in dem
Körper 32 angeordnet
ist und durch welche der flüssige Kraftstoff von der Zuleitung 38, die mit
dem Pumpenauslaß zur Kraftmaschine verbunden ist, in Verbindung steht. Die beiden
Seiten des Kolbens 30
werden dadurch von verschiedenen Flüssigkeitsdrücken
beaufschlagt, die abhängen vor( der Durchflußgröße der Öffnung 37. Diese
Durchflußöffnung ist durch einen kegelförmigen Zapfen 39 veränderbar, der
axial unter der Wirkung einer Feder 40 und einer luftleeren Kapsel 41 verschiebbar
ist. Die Feder 40 wirkt auf den kegelförinigen Zapfen 39 in Richtung der
Verkleinerung des Durchflußquerschnittes der Öffnung 37 mittels eines Kolbens
4z, der mit dem Zapfen aus einem Stück oder mit ihm verbunden ist und der in der
Kammer 43 des Körpers 32 verschiebbar ist. Die Feder istim äußeren Endteil
dieser Kammer angeordnet. Das innere Ende der Kammer 43 ist durch einen verengten
Kanal 44 mit einem Raum 45 verbunden, durch den flüssiger Kraftstoff vom Einlaß
172 zu einem Auslaß 46 fließen kann, durch den der Körper mit dem Pumpeneinlaß in
Verbindung steht. Der kegelförinige Zapfen 39 ist mit Radialbohrungen 47
und einer axialen Bohrung 48 versehen, durch die das innere Ende der Kammer 43 mit
der veränderlichen Öffnung 37 durch Steuerung einer Stange 49 in Verbindung
gebracht werden kann, die mit der luftleeren Kapsel 41 verbunden ist. Die letztere
ist in einer Unterkammer 5o angeordnet, die am äußeren Ende der Kammer 43 liegt.
Die Unterkammer ist mit einer Öffnung 51 versehen, dufch die die Kapsel der Atmosphäre
ausgesetzt ist. Die mit der Kapsel 41 verbundene Stange 49 geht durch das äußere
Ende der Kammer 43 und tritt in eine Bohrung 52, im äußeren Ende des kegelfönnigen
Zapfens 39 ein. Das innere Ende dieser Stange dient zum Abschließen des benachbarten
Endes der axialen Bohrung 48 in dem Zapfen, wenn letzterer in eine entsprechende
Stellung unter Einfluß des Flüssigkeitsdruckes auf die Innenseite des Kolbens bewegt
ist.
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Ein anderes Verfahren zur Benutzung der Kraftstofffließmenge, des
atmosphärischen Druckes und der Temperatur zur Aufrechterhaltung eines konstanten
Wertes von nIll-T zeigt Fig. 4, in der gleichwertige Teile mit denselben Bezugszeichen
kenntlich gemacht sind unter Hinzufügung des Index 3.
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Bei diesem Beispiel wird eine Membran 303 angewendet, die zum
Teilen der Kammer 31' im Körper 323 in zwei Abteilungen dient. In ihrem Mittelpunkt
ist die Membran 303 mit einer axial angeordneten Stange 333 verbunden,
die durch die Enden der Kammer 313 geht und deren eines Ende denEinlaß 173, der
mit dem obengenannten Kanal in Verbindung steht, abschließen kann. Die Membran
303 ist durch eine Feder 341 belastet, deren Bestreben es. ist, die Stange
333 in Richtung eines Abschließens des Einlasses 173 zu bewegen. Außerdem
wirkt auf sie eine luftleere Kapsel 53 ein, die dem atmosphärischen Druck
ausgesetzt ist und die auf dasjenige Ende der Stange wirkt, das dem Einlaß entgegengesetzt
ist. Der durch die Leitung 383 von der Pumpe zugeführte flüssige Kraftstoff
fließt zur Kraftmaschine über ein federbelastetes Ventil 59, das in Abhängigkeit
zum Lieferungsdruck der Pumpe steht und das so gestaltet ist, daß die Öffnung zwischen
ihm und dem Sitz 60 in einer Weise veränderbar ist, die in Wechselbeziehung
steht zu dem auf das Ventil wirkenden Flüssigkeitsdruck. Der Zweck dieses Ventils
ist es, den Pumpenlieferungsdruck in lineare Funktion zu dem Flüssigkeitsmengenstrom
zu setzen. An einer Stelle'zwischen der Pumpe und dem Ventil steht die Leitung
383 mit einem verengten Nebenkanal 54 in dem Hohlkörper 323 in Verbindung.
Der genannte Nebenkanal steht mit einem Raum 55 im Körper durch eine veränderliche
Öffnung 373 in Verbindung. Der genannte verengte Kanal 54 und der Raum
55
sind durch Kanäle 363 mit der Kammer 313 mit entgegengesetzten Seiten
der Membran 303 verbunden'. Der genannte Raum 55 steht mit einer Öffnung
56
in Verbindung, durch die der Körper mit dem Pumpeneinlaß verbunden sein
kann. Der Durchgangsquerschnitt der Öffnung 373 ist durch eine Nadel
57 veränderlich, die axial durch eine Bourdonröhre 58 oder ein anderes
von der Atmosphärentemperatur abhängiges Glied axial verschiebbar ist. Hieraus ergibt
sich, daß die Membran 3o3 in Abhängigkeit vom atmosphärischen Druck und ebenso vom
Flüssigkeitsdruck steht, der direkt der Durchflußmenge des flüssigen Brennstoffes
von der Pumpe und umgekehrt dem Wurzelwert aus der Temperatur proportional ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Beispiele beschränkt,
sie kann in zahlreichen Ab-
wandlungen in anderer Weise ausgeführt werden,
sofern nur die Steuerung der Kraftstoffzufuhr in direkter oder indirekter Abhängigkeit
von nIV T steht.