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Regelvorrichtung für Einspritzbrennkraftmaschinen, insbesondere für
Ottomotoren Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für Einspritzbrennkraftmaschinen,
insbesondere Ottomotoren, bei welcher sowohl die Bewegung der Drosselklappe als
auch über eine Membran der Saugrohrunterdruck auf das Regelgestänge der Einspritzpumpe
einwirkt. Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei derartigen Regelvorrichtungen
in das Regelgestänge bewegliche Raumflächen einzuschalten, welche den Einfluß der
Impulsgräßen und die zu erwartende Kraftstoffeinspritzmenge korrigieren. Es ist
auch bekannt, das Regelgestänge von Einspritzbrennkraftmaschinen durch den Unterdruck
zu beeinflussen, der in einer venturirohrartigen Verengung der Saugleitung entsteht.
Nun haben Regler mit einseitiger Membranbeaufschlagüng entweder durch den Saugrohrunterdruck
oder durch den Venturirohrunterdruck den Nachteil, daß sie nur auf einem Teil ihrer
Regelstrecke günstig arbeiten, auf einem anderen Teil aber nicht. Zur Vermeidung
dieses Mißstandes beaufschlagt eine viel gebrauchte Regelvorrichtung ihre Membran
durch den Unterdruck, welchen sie einem Venturirohr entnimmt, in dem sich eine Drosselklappe
befindet. Bei offener Drosselklappe dürfte hierbei eine fast ausschließliche Membranbeaufschlagung
durch den Venturirohrunterdruck, bei geschlossener Drosselklappe eine solche mittels
fast reinen Saugrohrunterdrucks stattfinden. Diese Konstruktion vermeidet zwar die
Nachteile der obengenannten teils versagenden Regelvorrichtungen, aber nur in ungenügender
Weise. Der maximale Saugrohrunterdruck betrage z. B. 39ommHg bzw. 53.,1o-2 kg/em2.
Einer
Luftgeschwindigkeit von zoo m/sec im Venturirohr entspricht ein maximal erreichbarer
Venturirohrunterdruck von 6,1o-2 kg/cm2. Der maximale Venturirohrunterdruck beträgt
hier trotz hoher Luftgeschwindigkeit nur i i % des maximalen Saugrohrunterdrucks.
Das hat-schwerwiegende Folgen. Bekanntlich ist die Betätigung üblicher Membranen
mit Reibungsverlust behaftet. Ein solcher Verlust kann in einen meist erwünschten
geschwindigkeitsabhängigen und unerwünschten geschwindigkeitsunabhängigen aufgeteilt
werden. Zu letzterem- gehört der Walkverlust einer Membran, deren Wandstärke sich
aus Festigkeitsgründen nach dem maximal auftretenden Unterdruck bemißt. Bei Bergabfahrt
eines Fahrzeugs können bei geschlossener Drosselklappe Saugrohrunterdrücke von etwa
o;8 kg/cm2 auftreten. Eine hierfür ausgelegte, entsprechend stark bemessene Membran
benötigt zu ihrer Betätigung eine entsprechend große Walkarbeit, welche - bei nunmehriger
Membranbeaufschlagung durch den Venturirohrunterdruck - einen erheblichen Anteil
von dessen Arbeitsvermögen schluckt. Als Nothilfe kann als dritte Regelgröße die
Regelstangenhubbegrenzung zusätzlich benutzt werden. Eine sehr hochwertige Regelung,
wie sie insbesondere Einspritzottomotoren benötigen, ist damit nicht zu erzielen,
noch dazu als eine gleichmäßige, mit der Drosselklappenstellung sich stetig ändernde
Luftdurchsatzverteilung auf die beiden Hälften des durch die Drosselklappe geteilten
Venturirohrs nicht zu erwarten ist.
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Ferner haben die beweglichen Raumkurven bekanntet Regelvorrichtungen
den Nachteil, daß deren Austausch nicht ohne Lösung von beweglichen Gestängegliedern
möglich ist. -Durch die Erfindung sollen die genannten Nachteile vermieden werden.
Es wird daher für eine Regelvorrichtung für Einspritzbrennkraftmaschinen, insbesondere
Ottomotoren, bei welcher sowohl die Bewegung der Drosselklappe als auch über eine
Membran der Saugrohrunterdruck auf das Regelgestänge der Einspritzpumpe einwirkt,
vorgeschlagen, außerdem eine an sich bekannte, von einem Venturirohrunterdruck beaufschlagte
Membran vorzusehen, deren wirksame Oberfläche so viel größer ist als diejenige der
vom Saugrohrunterdruck beaufschlagten Membran, daß die Regelkräfte der beiden Membranen
gleich groß oder etwa gleich groß sind, und welche über ein Verbindungsgestänge
im gleichen Sinn auf das Regelgestänge einwirkt, das mittels Rollen feststehende
Raumflächen abtastet, um den Einfluß der Drehzahlabhängigkeif der Impulsgrößen und
die zu erwartenden Regelwerte für Kraftstoffmenge, Zündzeitpunkt usw. zu korrigieren.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. i bis 5 erläuternde Kennfelder, Fig. 6 die Ausführung eines Reglers
nach der Erfindung für einen Einspritzottomotor.
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Im Kennfeld der Fig. i ist mit der Drehzahl als Abszisse und dem mittleren
Effektivdruck als Ordinate das gemessene Verbrauchsgebirge eines bewährten Viertaktottovergasermotors
gezeigt. Ausgezogen sind die Linien gleichen Brennstoffverbräuchs (g/Ps - h) eingezeichnet,
gestrichelt die Leistungshyperbeln, mit angekreuzten Strichen die durch »Schleppen«
ermittelte Linie des mittleren Reibungsdrucks; ' strichpunktiert die errechnete
Linie für den notwendigen mittleren Arbeitsdruck bei Fahrt im dritten Gang.
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Fig. 2 zeigt über gleichem Kennfeld wie Fig. i durch Messung ermittelte
Linien gleicher Drossel= klappenstellung des Vergasers dieses Motors.
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Fig. 3 zeigt über gleichem Kennfeld den gemessenen Saugrohrunterdruck
in mm Quecksilbersäule.
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In Fig. 4 sind neben der gemessenen Linie größten mittleren Arbeitsdrucks
mittels aus Fig. i entnommener Werte mit für allgemeine Betrachtungen hinreichender
Genauigkeit errechnete Linien gleichen Luftdurchsatzes eingetragen, welche zugleich
Linien gleichen Venturirohrunterdrucks sind. Eine dem Quadrat- der Luftgeschwindigkeit
proportionale Venturirohrunterdruckzumessung von i o bis 4oo min Wassersäule ist
dabei vorgenommen worden.
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Der Regler nach der Erfindung wird durch das Zusammenwirken der Drosselklappenbewegung
mit den vom Saugrohr- und Venturirohrunterdruck beaufschlagten Membrankräften gesteuert.
Seine Brauchbarkeit kann an Hand der Kennfelder i bis 5 beurteilt werden.
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In Fig.2 streben die Linien gleicher Drosselklappenstellung von der
linken oberen Kennfeldecke aus besenförmig auseinander. Jeder dieser Linien wird
eine bestimmte Drosselklappenregelkraft zugeordnet. Ein eindeutiges Zusammenwirken
der Mernbrankräfte mit den Drosselklappenregelkräften erfordert für die einzelnen
Kennfeldpunkte von Fig. i resultierende Regelkräfte geeigneter Größenordnung und
Größenfolge. Die Eindeutigkeit ist bei nicht zu spitzwinkligem Schnitt der Linien
gleicher Drosselklappenstellung mit solchen gleicher Membrankraft gegeben. Die geeignete
Größenanordnung ist durch das Auftreten maximaler Membrankräfte im Kennfeldbereich
häufigster Motorenbelastung. bestimmt.
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Ein brauchbares Kennfeld kann mit Hilfe von den Fig. t bis 4 entnommenen
Werten aufgestellt werden. Durch Multiplikation mit einem konstanten Faktor werden
in Fig.4 die Membrankräfte des Venturirohrunterdrucks auf annähernd gleiche Größenordnung
gebracht wie die entsprechenden Membrankräfte des Saugrohrunterdrucks in Fig.3.
Nach Überdeckung der beiden Fig. 3 und 4 werden in den Schnittpunkten der Kennlinien
die ihnen zugeordneten Membrankräfte addiert und der Wert ihrer Summe daselbst im
Kennfeld eingetragen. Anschließend wird ein neues Kennfeld gleicher addierter .
Membrankraftlinien gezeichnet (vgl. Fig.5). In letzteres Werden aus Fig.2 entnommen
die Linien gleicher Drosselklappenstellung eingetragen sowie aus Fig. i entnommen
die Linien des notwendigen mittleren Arbeitsdrucks bei Fahrt im direkten Gang. Ein
solches Kennfeld zeigt Fig. 5.
Die Übertragung der Regeleigenschaften
des Kennfeldes (Fig.5) in eine technische Ausführung geschieht, erläutert an Hand
von Fig. 6, folgend: Der Saugrohrunterdruck beaufschlagt die Membran i. Die Membran
2 wird vom Venturirohrunterdruck beaufschlagt und besitzt einen größeren Durchmesser
(Multiplikation mit einett konstanten Faktor) als Membran i und ist deshalb imstande,
Kräfte gleicher Größenordnung wie Membran i abzugeben. Die Kräfte der Membranen
i und 2 werden - mittels des Verbindungsgestänges 3 addiert. Die Verwendung zweier
getrennter, verschieden großer Membranen, deren größere vom Venturirohrunterdruck
beaufschlagt ist, und die Vermeidung einer Differenzenbildung der Membrankräfte
bringt folgenden Vorteil: "Wie aus Fig. 5 ersichtlich, können die addierten Membrankräfte
niemals auf einen Wert absinken, welcher die Gefahr des Überwiegens der Walkverluste
der Membranen in sich birgt. Die Auslastung der Membranen ist im Betriebsbereich
häufigster Motorenbelastung hervorragend; ihre geringste Auslastung beträgt immer
noch 25 °/m der maximalen und liegt noch dazu im Betriebsbereich technisch uninteressanter
Motorenbelastung, im Bereich der linken oberen Kennfeldecke von Fig. 5. Das sinnvolle
Zusammenarbeiten beider Membranen wirkt sich auf die Auslegung der Membranabmessungen
sowie auf ihre jeweilige Wandstärkenbemessung günstig aus. Die Luftgeschwindigkeit
im Venturirohr kann infolge der Durchmesservergrößerung von Membran 2 so niedrig
bemessen werden, daß bei hoher Motordrehzahl und Vollast keine Beeinträchtigung
des Liefergrades eintritt.
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Der Bedienungshebel 15 ist einerseits mit der Drosselklappe 16 durch
eine Gestängeverbindung, anderseits mit dem Rahmen 12, welcher in den Gehäuseständern
13 dreh- und verschiebbar gelagert ist, gelenkig verbunden, wobei bei Betätigung
des Bedienungshebels 15 sowohl der Rahmen 12 gedreht als auch - eine Folge der veränderten
Drosselklappenstellung - die addierten Membrankräfte geändert werden. Letztere versuchen
nun mittels des Hebels 4 unter Zwischenschaltung des Druckstiftes 5, des an der
Drehscheibe 7 angelenkten Winkelhebels 6, des einendseitig auf dem Drehzahlkorrektor
io abgestützten Drehzahlkorrektorhebels 8 und der Stange i i den Rahmen 12 entgegen
der Wirkung der Feder 14 so lange zu verschieben, bis sich ein Gleichgewichtszustand
einstellt. Der Drehzahlkorrektorhebel 8 und der Drehzahlkorrektor io erfüllen hierbei
die Aufgabe, jeder Drosselklappenstellung in Verbindung mit den jeweils bestehenden
addierten Membrankräften eine zugeordnete Axialverschiebung des Rahmens 12 zuzuweisen.
Hierzu ist in die Übertragungsglieder zwischen dem Hebel 4 und dem Rahmen 12 der
Drehzahlkorrektorhebel3 dazwischengeschaltet. Er stützt sich, eine Notwendigkeit
für die Kraftschlüssigkeit dieser Verbindung, z. B. in irgendeinem Punkt der Oberfläche
des Drehzahlkorrektors io auf und kann bei reibungsfreier Abstützung nur Abstützkräfte
in Richtung der Normalen dieser Oberfläche aufnehmen. Eine Richtungsänderung dieser
Normalen hat im Zusammenwirken mit den Kräften des Hebels 4 und der Feder 14 eine
Axialverschiebung des Rahmens 12 zur Folge. Durch eine geeignete Oberflächengestaltung
des Drehzahlkorrektors io ist eine zweckmäßige Einflußnahme möglich. Die starke
Krümmung der Oberfläche des Drehzahlkorrektors io in Fig. 6 ist eine Folge der endlichen
Länge der Übertragungsglieder und nicht funktionsgefährlich. Zur Erzielung einer
fast reibungsfreien Abstützung in Richtung der Bewegungskomponente der addierten
Membrankräfte ist der Drehzahlkorrektorhebel 8 mit einer Rolle 9 versehen. In senkrechter
Richtung hierzu ist eine solche Rollenlagerung nicht notwendig, da die in diese
Richtung fallende Bedienungskraft durch den Fahrer eine kräftige und genaue Regelgröße
darstellt. Die Wegabhängigkeit der wirksamen Oberflächen der Membranen i und 2 kann
in der Oberflächengestaltung des Drehzahlkorrektors io Berücksichtigung finden.
-Die Einhaltung des der Motordrehzahl und: der Drosselklappenstellung zugeordneten
Drehmoments wird durch Betätigung der Einspritzpumpe 21 und der Zündverstellung
22 gewährleistet. Hierbei führen die Abtasthebel 17 und 18, welche am Rahmen 12
angelenkt sind, bei Verschiebung und Verdrehung des letzteren eine räumliche Bewegung
aus und tasten mit Hilfe ihrer Abtastrollen die ruhend angeordneten Übertragungsflächen
i9 und 2o ab, auf welchen optimale, im Beharrungszustand auf dem Motorprüfstand
ermittelte Verbrauchs-bzw. Zündgebirge abgebildet sind. Ihre Erhebungen sind den
Regelstangenhüben der Einspritzpumpe 21 und der Zündverstellung 22 angepaßt. Die
Abtasthebel 17 und i8 betätigen mittels Gestängeverbindung diese Apparate. Die ruhende
Anordnung der Übertragungsflächen i 9 und 2o bzw. des. Drehzahlkorrektors io besitzt
den Vorteil, daß ohne Lösung der beweglichen Gestängeglieder ein Austausch der Abtastflächen
bei Verwendung der Regelvorrichtung für eine andere Motorbauart möglich ist.
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Um die im Beharrungszustand auf dem Motorprüfstand ermittelten optimalen
Verbrauchswerte auch im Fahrbetrieb erreichen zu können, ist folgendes vorgesehen:
Bei Leerlauf des Motors ist erstens aus Gründen der schlechten Gemischdurchwirbelung
im Brennraum die Zufuhr eines fetten Brennstoff-Luft-Gemisches notwendig, ebenso
für Vollast bei niederer Drehzahl aus Gründen der Vermeidung der Klopfgefahr. Zweitens
soll bei raschem.Gasgeben oder Beschleunigen aus Gründen eines erhöhten Drehmoments
bzw. guten Übergangs ebenfalls fettes Brennstoff-Luft-Gemisch gefahren werden. Drittens
soll bei rascher Gaszurücknahme mageres Brennstoff-Luft-Gemisch und bei annähernd
geschlossener Drosselklappe und hoher Motordrehzahl brennstofffreie Luft dem Motor
zugeführt werden. Die reiche Gemischeinstellung für Leerlauf und für Vollast bei
niedriger Drehzahl ist sowieso bei der Aufstellung der Übertragungsfläche i9 berücksichtigt.
Reiches Gemisch beim raschen Gasgeben
über kürzere Zeit auch bei
anderen Motorbetriebszuständen ist durch den mit 3 i bezeichneten Flüssigkeitsdämpfer
gewährleistet; er ist mit dem Verbindungsgestänge 3 gekoppelt. Bei raschem Gasgeben
wird durch ihn' die Membranbewegung verzögert, und der Motor erhält brennstoffreicheres
Gemisch und somit zusätzlichen Beschleunigungsbrennstoff. Bei raschem Gaszurücknehmen
erfolgt durch den Flüssigkeitsdämpfer 3 r eine Rückgangsverzögerung der Membranbewegung,
der Motor erhält armes Brehnstoff-Luft-Gemisch. Die. Übertragungsfläche i9 kann
so ausgelegt sein, daß bei geschlossener Drosselklappe und hoher Motordrehzahl keine
Brennstofförderung durch die Einspritzpumpe-:2i stattfindet. Erst im Bereich der
Leerlaufdrehzahl soll eine entsprechende Brennstofförderung stattfinden. Bei sinkender
Motordrehzahl und geschlossener Drosselklappe wandert -der Rahmen 12 nach links,
die auf seiner Achse befestigte Anschlagscheibe 23 betätigt über den Winkelhebel
24 und Gestänge die Leerlaufförderung der Einspritzpumpe 21.
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In Fig:6 oben ist der Anschluß ,der Regelvorrichtung der Erfindung
an den Motor 25 gezeigt. Letzterer ist durch die Verbindungspfeifen 29 mit dem Saugrohr
26 verbunden. Die Brennstoffeinspritzdüsen tragen die Bezeichnung 3o. Die Drosselklappe
16 ist dem Saugrohr-26 vorgeschaltet und dieser wiederum das Luftfilter 28, welches
dafür sorgt, daß das ihm vorgeschaltete Venturirohr 27 od. dgl. im Bereich beruhigter
Strömung liegt. Die Membran i ist am Saugrohr- 16, Membran :2 am Venturirohr 27
angeschlossen. Wie bekannt, besteht an sich die Möglichkeit, die Verbindungspfeifen
29 so abzustimmen, daß sich im bestimmten Motordrehzahlbereich durch Luftschwingungen
in denselben eine gute Füllung des Motors ergibt. Mit Hilfe dieser Abstimmung und
durch geeignete Ausbildung der Motorsteuerorgane für den Ladungswechsel kann ein
günstigerer Brennstoffverbrauch oder eine Leistungssteigerung des Motors, im beschränkten
Umfang beides, erzielt werden. Das Saugrohr 26 besitzt ein großes Volumen. Aus der
Entwicklungsarbeit von Strömungsmaschinen ist es bekannt, daß es mit gutem Wirkungsgrad
möglich ist, Druck in Geschwindigkeit umzusetzen, aber nicht umgekehrt. Die vom
Strömungsstandpunkt aus gesehene ungünstige großvolumige Ausbildung des Saugrohrs
26 ermöglicht es aber, eine gegenseitige Störung der Luftschwingungen in den einzelnen
Verbindungspfeifen 2,9 zu vermeiden.
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Bei Zweitaktottomotoren mit einer Spülstromsteuerung wird die im Überstromkanal
vorhandene Regulierklappe mit der den Lufteintritt in den Kurbelkasten steuernden
Drosselklappe durch ein Gestänge gekoppelt. Die Verbindungspfeifen 29 münden in
diesem Fall in den Ansaugstutzen der Kurbelkästen.
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Ist der Motor mit einer durch Fliehgewichte betätigten Zündzeitpunktverstellung
versehen, so kann an Stelle der Abtastung des Zündzeitpunktgebirges eine solche
eines Zündzeitpunktkorrekturgebirges treten. Bei Dieselmotoren tritt an Stelle einer
Zündzeitpunktverstellung eine Spritzverstellung.
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Die Regelvorrichtung kann auch mit üblichen zweidimensionalen Übertragungsgliedern
versehen sein.