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Gemischregler für Brennkraftmaschinen, insbesondere Flugmotoren Die
Reglung des einer Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffes in Abhängigkeit von
dem angesaugten Luftgewicht ist bekannt. Wird die Luft durch eine Düse angesaugt,
so ist der Wurzelwert aus der Druckdifferenz vor und hinter der Düse bei gleichbleibendem
Luftzustand ein Maß für das durchgesetzte Luftgewicht und kann daher zur Steuerung
des zuzuführenden Brennstoffgewichtes benutzt werden. Da der Ausfluß des Brennstoffes
aus der Düse nach einem ähnlichen Gesetz erfolgt wie der Durchfluß durch die Luftdüse,
kann, um das Mischungsverhältnis konstant zu halten, der Wirkdruck an der Luftdüse
mit dem Wirkdruck an der Brennstoffdüse über Kolben; die auf ein Gestänge, beispielsweise
einen Waagebalken, einwirken, ins Gleichgewicht gebracht werden. Zur Verämderung
des Mischverhältnisses muß dann der Drehpunkt des Waagebalkens verschoben werden.
Eine solche Einrichtung hat sich in der Praxis gut bewährt; es ergibt sich jedoch
der Fehler, daß Reibungskräfte zwischen Zylinderwand und Kolben entstehen. Wird
nun zur Ausscheidung der Reibungskräfte die Einrichtung so angeordnet, daß der Luftkolben
und der Brennstoftkolben auf eine gemeinsame Kolbenstange einwirken, so ist es nicht
möglich, das Mischungsverhältnis im Regler selbst zu verändern. Außerdem müßten
die beiden Kolbenflächen bei gegebenen höchsten Luft- und Brennstoffdrücken in beiden
Fällen in einem bestimmten Verhältnis stehen.
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Bei einem Gemischregler an Flugmotoren, beidem. für die Reglung des
Brennstoff-Luft-Gemisches sowohl der Wirkdruck der Ladeluft, der sich aus dem Druckunterschied
unmittelbar vor und kurz hinter einer in der Luftzufuhrleitung vorgesehenen Düse
ergibt, als auch der Wirkdruck der vorzugsweise im La-dergehäuse angeordneten Brennstoffdüse
verwendet wird, wird erfindungsgemäß die von der Brennstoffpumpe geförderte Brennstoffmenge
durch zwei an sich bekannte, in einem Gehäuse angeordnete, aneinander oder ineinander
verschiebbare Steuerkolben gesteuert, von denen der eine dem Wirkdruck
der
Luftdüse (Differenz der Drucke vor und hinter der Luftdüse), der andere dem Wirkdruck
der Brennstoffdüse (Differenz der Drucke, Brennstoffdruck in der Brennstoffdüse
und Ladedruck in der Nähe der Brennstoffdüse) unterworfen ist und jeder von ihnen
zusätzlich unter dem Einfluß der Irraft einer Feder veränderbarer Federkonstante
steht.
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Das Mischungsverhältnis ist dabei in der Weise änderbar, daß die Konstante
der unter dem Einfluß des Wirkdruckes an der Brennstoffdüse gespannten Feder, vorzugsweise
einer Blattfeder, durch Verschiebung ihrer :Auflager willkürlich veränderbar ist.
Die Konstante der Feder ist dabei abhängig von der Stellung eines die Lage der Drosselklappe
in der Luftzufuhrleitung regelnden, vom Flugzeugführer zu bedienenden Hebels. Sie
kann erfindungsgemäß durch Verschieben ihrer Auflager selbsttätig in Abhängigkeit
vom Luftzustand verändert werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
sowie aus den Zeichnungen, die zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise darstellen.
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Abb. i zeigt eine Ausführungsform, bei der das Steuerorgan unmittelbar
den Brennstoffdruck steuert.
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Abb. 2 zeigt eine Abänderung der Ausführungsform nach Abb. i.
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Abb.3 zeigt schaubildlich die Wirkungsweise des Reglers nach Abb.
i.
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Abb. 4. zeigt eine Ausführungsform, bei der das Steuerorgan über einen
Servomotor auf die Brennstoffpumpe einwirkt.
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Abb. 5 zeigt schaubildlich die Wirkungsweise des Reglers nach Abb.4.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. i ist vom Flugzeugmotor der Vereinfachung
halber nur ein Zylinder i dargestellt. In diesem Zylinder verschiebt sich der Kolben
:2 hin und her, welcher über eine Pleuelstange 3 mit der Kurbel d. einer Kurbelwelle
5. verbunden ist. Im Zylinder i ist ein Auslaßventil 6, welches bei Öffnung .den-
Zylinderraum über die Leitung 7 mit dein nicht dargestellten Auspuff in Verbindung
setzt, und ein Einlaßventil8 vorgesehen, welches die Zufuhr des Brennstoff-Luft-Gemisches
aus der Leitung 9 steuert. Mit der Kurbelwelle 5 ist mittels einer Flanschverbindung
io bzw. über ein geeignetes Getriebe eine Welle i i verbunden, «-elche den Läufer
12 eines als Lader wirkenden Kreiselgebläses trägt, dessen Spiralgehäuse 13 mit
der Leitung 9 derart verbunden ist, daß der Lader das Gemisch in die Leitung 9 drückt.
Der Lader saugt die Luft durch eine Zuleitung 14 an, in welcher sich eine Luftdüse
15 befindet. Vor der Luftdüse 15 ist die Drosselklappe 16 angeordnet, welche über
ein Gestänge 17 durch den Bedienungshebel iS geöffnet und geschlossen «-erden kann.
Vor der Düse 15 ist eine Anzapfstelle i9 und unmittelbar hinter der Düse 15 eine
Anzapfstelle 2o vorgesehen. Die Anzapfstelle icl steht über eine Leitung 21. mit
einem geschlossenen Raum -22 oberhalb einer 1Heinbrane a3 in ständiger Verbindung,
während die Anzapfstelle 2o mit einem gleichfalls geschlossenen Raum -.I unterhalb
dieser -.%Iembrane über eine Leitung 25 in Verbindung steht. Die Membrane ist ringsum
eingespannt und wirkt daher als Feder. An ihr ist eilte Stange 26 befestigt, welche
an dem Schieber 7 angreift und dadurch dessen Verschiebung in Abhängigkeit vom Wirkdruck
an der Luftdüse 15 bewirkt.
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An Stelle der Membrane 23 kann, wie Abb. 2 zeigt, auch ein Kolben
28 verwendet werden, welcher gleichfalls die -#"erstellung der Stange 26
und damit des Schiebers 27 in Abhängigkeit vom Wirkdruck an der Luftdüse bewirkt.
In diesem Falle ist der Kolben 28 mit einer zweiten Stange 29 versehen. welche die
Durchbiegung einer Feder 30 bei der Verstellung des Kolbens 28 hervorruft.
Die Auflager 31, 32 der Feder 30 sind nach rechts und links verschiebbar,
so daß durch Änderung der wirksamen Federlänge eine ;Änderung der Konstanten der
Feder 30 bewirkt werden kann. Der Zweck dieser Maßnahme wird später beschrieben
werden.
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Der Schieber 27 ist mit Öffnungen 33 versehen, welche den Durchtritt
des aus der Leitung 34 zutretenden Brennstoffes ins Innere gestatten. Ferner weist
der Schieber 27 eine Steuerkante 35 auf, durch welche der Brennstoffdruck in der
Weise geregelt wird, daß ein größerer oder kleinerer Querschnitt von Zuführungsöffnungen
36 .freigegeben wird, die in einer den Schieber -27 umgebenden Hülse 37 vorgesehen
sind. Der in das Innere des Schiebers 27 getrennte. Brennstoff geht dann durch die
Leitungen 38 und .Io zur Brennstoffdüse 39, welche beispielsweise iiii Spiralgehäuse
des Laders 13 angeordnet ist. Unter dem Druck des durch die Düse 39 eingespritzten
Brennstoffes steht auch die Leitung 41.
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Im Spiralgehäuse des Laders 13 ist ferner eine Anzapfung4-z angebracht,
durch welche der hier herrschende Druck hinter der Brennstoffdüse 3,9, also der
Gegendruck, beim Ausspritzen des Brennstoffes über eine Leitung 43 in eine Kammer
-#1. übertragen wird. Oberhalb der Kammer 44 befindet sich ein Kolben 45, oberhalb
dessen wiederum eine Kammer 46 angeordnet ist, welche über eine Zweigleitung 47
mit der Leitung 41 in Verbindung steht, in welcher, wie oben ausgeführt, der Brennstoffdruck
vor der Brenn-
Stoffdüse 39 herrscht. Der Kolben 45 steht also unter
dem Einfluß der Druckdifferenz vor und hinter der Brennstoffdüse 39. Am Kolben 45
ist eine Stange 48 angebracht, welche andererseits starr mit der den Schieber z7
umgebenden Hülse 37 verbunden ist, so daß bei der Änderung des Wirkdruckes an der
Brennstoffdüse eine Verstellung der Hülse 37 eintritt. Auf der der Stange 48 gegenüberliegenden
Seite des Kolbens 45 ist eine Stange 49 angeordnet, welche auf einer Feder So aufliegt
und diese je nach der Stellung des Kolbens 45 mehr oder weniger stark durchdrückt,
je nachdem die Auflager 5r, 52 verschoben sind. In gleicher Weise, wie die federnde
Membrane 23 bzw. die Feder 3o dem Wirkdruck an der Luftdüse das Gleichgewicht hält,
hält die Feder So dem Wirkdruck an der Brennstoffdüse 39 das Gleichgewicht.
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Der Leitung 34 wird der Brennstoff durch eine Brennstoffpumpe zugeführt,
welche in bekannter Weise als Zahnradpumpe 53 mit gegeneinanderlaufenden Zahnrädern
54, 55 ausgebildet ist.. Dieser Pumpe wird der Brennstoff durch eine Leitung 56
vom Brennstoffbehälter aus zugeführt. In bekannter Weise sorgt eine Rückleitung
57 dafür, daß der überschüssig geförderte Brennstoff wieder zur Saugseite der Pumpe
zurückgeführt wird, wobei die Menge der zurückgeförderten Brennstoffmenge durch
einen Kolben 58 bestimmt wird, welcher einerseits unter dem Einfluß des in der Leitung
41 herrschenden Druckes (das ist der Druck vor der Brennstoffdüse) und andererseits
unter dem Einfluß einer Feder 59 steht. Die Brennstoffpumpe fördert Brennstoff vom
Druck pp zur Drosselstelle 35I36 wo der Druck auf pp - d p = pD, den
Druck vor der Brennstoffdüse reduziert wird. Setzt man den Druck der Feder 59 gleich
f, so stellt sich in der Rückleitung 57 der Brennstoffpumpe folgender Druckgleichgewichtszustand
ein: pp = pp-d p -E- f oder d p = f = konstant, was in bekannter
Weise die Regelgenauigkeit erhöht.
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Wirkt ,auf die Membrane 23 bzw. den Kolben 28 die resultierende
Kraft dPl (vgl. Abb. 3), so wird der Schieber a7 um den Weg s1 aus der Ausgangsstellung,
also aus jener. Stellung, die den Wirkdrücken 0 an der Luftdüse und an der Brennstoffdüse
entspricht, nach unten verschoben. Die Drosselöffnungen -des Außenschiebers 37 werden
in der Ausgangsstellung von der Steuerkante 35 des Innenschiebers 27 gerade
vollständig abgeschlossen. Bedeutet tg a1 die Federkonstante der Membrane 23, so
gilt: d P1 = tg 2l # s1. Ist der Innenschieber um den Weg s1 nach unten gewandert,
so wandert der Außenschieber 37 unter dem Einfluß des Brennstoffdruckes, der dadurch
entstanden ist, daß durch die Bewegung des Innenschiebers die Brennstoffdrossel
geöffnet wurde und der Brennstoffdruck hinter dem Kolben 45 wirkt, um s1 - ds2 nach
unten, bis die Drosselöffnung wieder so groß ist, daß dem neuen Brennstoffdruck
in der betreffenden Stellung des Schiebers 37 durch die Feder So mit der Federkonstanten
tg e2 Gleichgewicht gehalten wird. Das Mischungsverhältnis A, ist in diesein Punkte
durch den Ausdruck gegeben:
Erhöht sich der Wirkdruck an der Membrane 23 durch Veränderung der Stellung der
Luftdrossel 16 auf dPi , so wandert der Schieber 27 um si aus der Ausgangsstellung.
Der Außenschieber 37 folgt unter dem Einfluß des durch Änderung des Drosselquerschnittes
vergrößerten Brennstoffwirkdruckes um den Wegs,"-As,", wobei As,', größer
als As,' ist"da jetzt ein größeres sekundliches Brennstoffgewicht um den
gleichen Wert d p = konstant zu drosseln ist.
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Das Mischungsverhältnis ist in - diesem Falle:
Das Gemisch ist also ärmer geworden, da s2 größer als d si ist. Diese Ungleichförmigkeit
läßt sich aber in kleinen Grenzen halten, da der Regelweg, also der Relativweg der
beiden Schieber gegeneinander, durch den diese Ungleichförmigkeit bedingt ist, sehr
klein ist.
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Die oben ausgeführten Rechnungen sind in Abb. 3 schaubildlich dargestellt.
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Die obengenannte Ungleichförmigkeit kann auch dazu benutzt werden,
um die Abweichung von einem angestrebten Mischungsverhältnis, die sich infolge der
Zusammendrückbarkeit. der Luft ergibt und beispielsweise bei Messungen durch ein
Venturirohr zu einer Anreicherung des Gemisches führt, auszugleichen. Durch entsprechende
Ausbildung des Brennstoffdrosselquerschnittes 36 in axialer Richtung hat man es
in der Hand, die Regelwege und damit die Ungleichförmigkeit des Reglers zu verändern
und so den Einfluß der Zusammendrückbarkeit der Luft mehr oder weniger auszugleichen.
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Wie schon oben erwähnt wurde, sind die Auflager 54 52
der Blattfeder So verschiebbar. Zu diesem Zweck ist das Auflager 5 r
an
einer Stange 6o, das Auflager 52 an einer Stange 61 befestigt. Die Stangen 6o und
61 greifen an den beiden Enden einer Stange 62 an, welche um einen festen Punkt
63 verschwenkbar ist. Die Verschwenkung der Stange 62 geschieht in Abhängigkeit
von der Bedienung des Hebels 18, dessen Schwenkpunkt 64 mit dem Punkt 63 beispielsweise
durch eine Welle 65 verbunden ist.
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Bei der Bedienung des Hebels 18 wird also die Stange t>3 verschwenkt
und dadurch vermittels der Stangen 6o, 61 die Auflager 5i, 52 in ihrer Entfernung
voneinander verschöben. Es ändert sich dadurch die freie Biegelänge der Feder 5o
und daher auch ihre Federkonstante tg a.,.
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Will man den Regler auch für Höhenbetrieb bei veränderlichem Zustand
der angesaugten Luft verwenden, so wird man zweckmäßig nicht die Membrane -23, sondern
den Kolben 28 gemäß Abb. -a verwenden. Man kann hier wiederum die Auflager
31, 32 der Blattfeder 30 verschiebbar anordnen und derart in
die Abhängigkeit des Luftzustandes bringen (beispielsweise kann ein von einer durch
den Luftzustand, beeinflußte Meßdose gesteuerter Kolben die Verschiebung in ähnlicher
Weise wie die der Auflager 51, 52 bewirken), daß die Federkonstante tg o:1 der Feder
30 jeweils dem Luftzustand angepaßt ist.
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Abb. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,
wobei die gleichen Bezugszeichen gleiche Teile wie in Abb. i betreffen. Diese Teile
brauchen nicht mehr beschrieben zu werden. Genau wie in Ausführungsbeispiel nach
Abb. i wirkt der Differenzdruck an der Luftdüse i 5 auf die Membrane 23 ein, welche
die Stange 26 trägt. An dieser ist ein Steuerkolben 66 angebracht, welcher mit einer
ihm umgebenden Hülse 67 zusammenarbeitet, welche in gleicher Weise wie die Hülse
37 gemäß Abb. i an der Stange 48 befestigt ist und unter dem Einfluß des Kolbens
45 steht. Der Raum unter diesem Kolben .-. ist durch die Leitung 43 unter den Druck
hinter der Brennstoffdüse 39 gesetzt, während der Raum 46 oberhalb des Kolbens 45
durch die Leitung 68 unter den Druck vor der Brennstoffdüse 39 gesetzt ist. Die
Hülse 67 wird in einem Zylinder 69 verschoben, welcher in bekannter Weise mit einer
Einlaßleitung 70 und zwei Auslaßleitungen 71, 72
für Drucköl versehen
ist, welche je nach der Stellung des Kolbens 66 und der Hülse 67 mit Leitungen 73,
74 in Verbindung gesetzt werden können, die mit den Räumen 75, 76
vor und
hinter einem Kolben 77 in Verbindung stehen. An dem Kolben 77 ist eine Kolbenstange
78 angebracht, welche auf den Kolben 58 einwirkt, der in der beschriebenen Weise.
die Menge des an die Sangseite der Brennstoffpumpe 53 zurückgeleitet;n Brennstoffes
steuert. Die Druckseite der Brennstoffpumpe 53 ist durch eine direkte Leitung 79
mit der Brennstoffdüse 39 verbunden.
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Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende (vergleicht auch
,ebb. 5) : Stellt sich an der 1lcml)rane 23 der Druck .-1P1 ein, so bewegt sich
der Steuerkolben 66 um den Weg s1 nach unten. Dadurch wird die Druckölleitung
70 mit der Leitung 73 und die Leitung 74 mit dem Ölauslaß 71 verbunden. Der
Kolben 77 wird also nach rechts verschoben und verschiebt dabei über die Stange
78 den Kolben 58 nach rechts. Da nunmehr nur ein geringerer Betrag des von der Punipe
53 geförderten Brennstoffes durch die Leitung 57 zurückfließen kann, erhöht sich
der Druck in der zur Düse 39 führenden Leitung 79. Da nun die Differenz der
Drucke vor und hinter der Brennstoffdüse 39 durch die Leitungen 43, 68 auf den Kolben
45 einwirkt, verschiebt sich dieser zusammen mit der Steuerhülse 67 gleichfalls
nach unten gegen die Feder 5o, bis der Kolben 66 und die Hülse 67 wieder. in der
ursprünglichen Lage zueinander stehen und damit die Druckölzufuhr zum Servomotor
77 wieder absperren. Es muß sich also auch die Hülse 67 um den Weg si nach unten
bewegen. Aus Abb. 5 ergibt sich:
In diesem Falle bekommt man also eine absolute Isodromregelung.
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Die Veränderung des 1Niischungsverhältnisses erfolgt wieder durch
Verändern der Federkonstante tg a.. auf tga.', beispielsweise durch Veränderung
der freien Biegelänge der Feder 5o.
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Selbstverständlich kann man in genau gleicher Weise wie bei der Ausführungsform
nach Abb. i den Einfluß des veränderlichen Luftzustandes durch eine Anordnung gemäß
Abb. 2 berücksichtigen.