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Regeleinrichtung für Einspritzbrennkraftmaschinen Es sind Einrichtungen
bekannt zum, Regeln der zur Einspritzung gelangenden Brennstoffmenge bei Brennkraftmaschinen
mit stark veränderlicher Drehzahl, insbesondere bei Fahrzeugdieselmotoren, mit Hilfe
eines mit dem Fördermengenverstellglied der Einspritzanlage gekuppelten Servomotors,
dessen bewegliches Organ beeinflußt wird von dem Unterschied zwischen .einer daran
angreifenden, mit der Bewegung dieses Organs sich ändernden Rückführkraft und einer
dieser entgegengesetzt wirkenden Regelkraft, die ausgeübt wird durch den Unterdruck
im Luftansaugrohr der Maschine, der sich abhängig von der Einstellung eines willkürlich
betätigbaren Drosselgliedes im Luftansaugrohr sowie abhängig von der jeweiligen
Maschinendrehzahl ändert.
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Diese Regeleinrichtungen haben alle den Nachteil, daß die Brennkraftmaschine
im Bereich der unteren Drehzahl (Leerlaufdrehz.abl) sehr leicht zum Stillstand kommt,
und zwar besonders dann, wenn der Abfall von einer hohen Drehzahl auf eine niedere
rasch erfolgt. Dies tritt z. B.. dann ein, wenn bei einem Fahrzeugmotor die vom,
Fahrer beeinflußbare Drossel im Luftweg (Ansaugstutzen) von diesem so betätigt wird,
daß sie plötzlich, ihre Leerlaufstellung einnimmt.
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Eine solche Verstellung der Luftdrossel bewirkt folgende Einzelvorgänge:
Zunächst steigt der Unterdruck im Ansaugrohr der Maschine plötzlich an. Dadurch
wird das bewegliche Organ des Servomotors ruckartig gegen die Stoppstellung hin
bewegt-und die bei jedem Einspritzvorgang zur Verbrennung gelangende Brennstoffmenge
entsprechend vermindert. Diese Brennstoffverminderung führt in vielen Betriebsfällen
einen raschen Abfall der Drehzahl und damit auch eine Verminderung des Unterdruckes
herbei. Indessen wickeln sich :diese Einzelvorgänge im Vergleich zur Plötzlichkeit
der Drosselung mit so großer Trägheit ab, daß die Motordrehzahl
stets
zunächst unter die der Leerlaufstellung der Luftdrossel entsprechende Drehzahl hinabsinken
will, bevor sich das bewegliche Organ des Servomotors auf einen der Leerlaufdrehzahl
entsprechenden Mittelwert einzuspielen vermag. Wenn nun bei den bei einem solchen
Regelvorgang auftretenden unvermeidlichen Drehzahlschwankungen diejenige Drehzahl
unterschritten wird, mit welcher die Maschine gerade noch aus eigener Kraft zu laufen
vermag (Mindestdrehzahl), dann kommt die Maschine unerwünschterweise zum Stillstand.
Um dies mit Sicherheit zu vermeiden, muß die Leerlaufdrehzahl so hoch über der Mindestdrehzahl
gewählt werden, daB bei den während des Regelvorgangs auftretenden Drehzahlschwankungen
selbst in ungünstigen Fällen nie eine kleinere Drehzahl erreicht wird als die Mindestdrehzahl.
Dies hat man wohl auch bei den bekannten Regeleinrichtungen der hier hereinspielenden
Art beachtet, indessen hat man sich dabei mit einem verhältnismäßig großen Bereich
zwischen der Leerlaufdrehzahl und der Mindestdrehzahl abgefunden. Das Ziel der Erfindung
ist nun, den Leerlauf drehzahlbereich viel näher an die für jeden Motor festliegende
Mindestdrehzahl heranzurücken, den Abstand zwischen diesen beiden also wesentlich
kleiner zu halten, als dies mit, den bisher bekanntgewordenen Unterdruckreglern
möglich war. Die bisher bekannten Mittel zur- Verminderung seines Abstandes sind
so gewählt, daß sie während des ganzen. Regelweges ständig wirken, d. h. also auch
dann (bei höherer Drehzahl), wenn ihre Wirkung gar nicht erforderlich oder sogar
unerwünscht ist.
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Gemäß der Erfindung wird die Verringerung des besagten Drehzahlabstandes
erreicht durch Glieder, welche den Unterschied zwischen der am, Servomotorregelorgan
angreifenden, mit der Bewegung dieses Organs sich ändernden Rückführkraft und der
dieser entgegengesetzt wirkenden Regelkraft bei einer Bewegung des beweglichen Organs
des Servomotors in Richtung auf die Stoppstellung zu sprungartig herabmindern, und
zwar etwa dann, wenn das Organ seine dem Leerlaufdrehzahlbereich entsprechende Stellung
erreicht hat.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Abb. i zeigt eine Brennk-raftmaschine mit angebauter Einspritzpumpe
und Regelvorrichtung (Servomotor) ; Abb. 2 und 3 zeigen jeweils einen, Teil der
Pumpe mit dem Regler, wobei in Abb. 2 die Pumpe und der Regler und in den folgenden
Abbildungen nur jeweils der Regler im Schnitt zu sehen sind, Abb. 4b:is q.b zeigen
eine weitere Ausführungsform. Der Motorunterteil .i trägt viei# Zylinder 2 und eine
Einspritzpumpe 3, die von der Motorwelle q. über ein. Getriebe 5 angetrieben wird.
Der Einspritzpumpe wird der Brennstoff aus einem nicht dargestellten Behälter durch
.eine Leitung 6 zugeführt. Von der Einspritzpumpe führen vier Druckleitungen 7 zu
den Köpfen der Zylinder 2. Diie notwendige Luft wird durch dns gemeinsame Ansaugrohr
8 angesaugt. Im Ansaugstutzen ist eine Drosselklappe 9 vorgesehen, die über einen
an ihr angreifenden Hebel 9a und eine Verbindungsstange 14 beim Niedertreten des
Fußhebels io entgegen der Kraft einer Feder i i geöffnet und beim Freigeben des
Hebels io durch die Rückführfeder ii so weit geschlossen wird, bis der Fußhebel
gegen den Anschlag 12 zu liegen kommt. Die dieser Stellung entsprechende Drosselstellung
gestattet den Zutritt von Luft zu den Zylindern in einem für den Leerlauf ausreichenden
Maß. Der Reglerteil 3a de.r Pumpe 3 enthält eine Kammer, zu der eine Rohrleitung
15 führt, die vom Ansaugrohr 8 des Motors. hinter der Drosselklappe abzweigt.
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Der Aufbau und die Wirkung der als Beispiel gewählten bekannten Bauart
der Einspritzpumpe ist aus Abb-.2 ersichtlich, die eine der vier im, Pumpengehäuse
3 untergebrachten Einzelpumpen im Längsschnitt zeigt.
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Die Regelung der zur Einspritzung gelangenden Brennstoffmenge erfolgt
durch Verschieben einer Zahnstange 23. Wird. die Zahnstange nach rechts verschoben,
so vermindert sich die wirksame Fördermenge aller Pumpen gleichmäßig. Beim Verschieben
der Zahnstange nach links vermehrt sich die zur Einspritzung gelangende Fördermenge
aller Pumpen. Die Zahnstange 23 kämmt mit Ritzeln 22. Jeder der von einer mit dem
Motor gekuppelten Nockenwelle 18 angetriebenen Pumpenkolben 16 ist mit einem solchen
Ritzel derart gekuppelt, daß er den Drehbewegungen des Ritzels folgen muß, ohne
daß das: Ritzel die Hubbewegungen des Kolbens mitzumachen braucht. Durch gleichzeitiges
und gleichartiges Verdrehen der Kolben wird die Lage der an jedem von ihnen vorgesehenen
schrägen Steuerkante 2r gegen den Saug- und Rücklaufkanal2o verstellt, so daß der
wirksame Hubs der Pumpenkolben, je nach der eingestellten Lage der schrägen Steuerkanten,
früher oder später aufhört und der im restlichen Teil jedes Pumpendruckhubes von
den Kolben verdrängte Brennstoff durch den Kanal 2o in den mit der Brennstoffzuleitung
6 verbundenen Saugraum i9 im Pumpengehäuse 3 zurückströmt.
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Die Pumpenregelstange 23 sticht mit ihrem einen Ende in das Reglergehäuse
31 hinein und ist an die darin um eine Achse 25 schwenkbar gelagerte, an
ihren Rändern ziemlich dicht geführtem Regelklappe 24 über eine Lasche 26 angelenkt.
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Drei Stellungen I, II und III der Regelklappe 24. sind in den Abb.
2 und 3 besonders hervorgehoben. Mit I ist die der normalen Betriebsdrehzahl entsprechende
Stellung bezeichnet; II deutet die ung.-fahre Klappeneinstellung 'bei Leerlauf an
und III die Stoppstellung. Die Regelklappe 24. nimmt stets eine Gleichgewichtsstellung
ein, die sich ergibt aus der Größe des auf ihre eine Seite einwirkenden, der Regelkammer
durch das Rohr 15 zugeführten Unterdrucks. im Saugrohr und der auf ihrer anderen
Seite angreifenden, bei einer Klappenbewegung nach rechts zunehmenden Kraft der
Rückführfeder 27.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Regelvorrichtung ist folgende:
Die Drehzahl und damit der
Unterdruck im Ansaugrohr ist zunächst
auf eine bestimmte Größe eingeregelt. Wenn aus einem. von der Größe des Unterdrucks
unabhängigen Grunde die Drehzahl steigt, übersteigt auch der Unterdruck im Saugrohr
und in der Regelkammer seine vorher eingeregelte Größe, d. h. der absolute
Druck sinkt. Dadurch wird die Klappe 24 und damit die Regelstange 23 nach rechts
gezogen, so daß sich die eingespritzte Brennstoffxneng-e vermindert, was, sofern
der Motor nicht, wie z. B. bei Talfahrt eines Kraftfahrzeuges, angetrieben wird,
.einen Drehzahlabfall und eine entsprechende Verminderung des Unterdrucks zur Folge
hat. Die Klappe 24 stellt sich: in die dem jetzt herrschenden Unterdruck entsprechende
Stellung ein. Einer bestimmten Motorendrehzahl entspricht dabei, gleichbleibende
Einstellung der Drosselklappe vorausgesetzt, jeweils eine ganz bestimmte Stellung
der Regelklappe 24.
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Wird nun die Drehzahl des Motors durch Verstellen der Drosselklappe
9 beeinflußt, so schwingt die Klappe 24 in die dieser neuen Drehzahl entsprechende
Stellung ein, was aber stets erst nach einigen Pendelausschlägen um die neue Gleichgewichtsstellung
der Klappe erfolgt. Um besonders irn Falle einer plötzlichen Einstellung auf Leerlauf,
d. h. wenn plötzlich der Fußhebel zo_ freigegeben wird, diese Pendelbewegungen naoh
unten zu begrenzen und dadurch zu verhüten, daß der Motor zum Stillstand kommt,
ist beim Beispiel nach Abb. 2 ein Federgehäuse z8a einerseits an das feste Pumpengehäuse
und andererseits an die Regelklappe 24 angelenkt. Das Gehäuse 28a enthält eine Feder
28. In dem Gehäuse ist außerdem ein mit einem Federteller versehener, längs verschiebharer
Stift 29 vorgesehen, der, da die Feder 28 kürzer ist als das Gehäuse, bei einer
Rechtsschwenkung der Klappe zunächst eine Leerbewegung ausführt und erst danach
an die Feder 28 anzuliegen kommt und, diese wirksam werden läßt. Die Länge der Feder
28 und des Federtellerstiftes 29 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Feder 28
jeweils etwa im Augenblick des Durchgangs der Klappe 24 durch die Leerlaufstellung
II auf die Stoppstellung III zu wirksam wird. Die sich daraus ergebende plötzliche
Vergrößerung der Rückführkraft bremst die über die Leerlaufstellung II hinausgehenden
Pendelausschlüge der Klappe 24 ab und bewirkt zudem eine schnelle Rückführung in
die Leerlaufstellung.
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Eine andere Vorrichtung zur Erhöhung der Rückführkraft zeigt Abb.3.
Hier ragt auf der Unterdruckseite der Reglerkammer ein federnder Anschlagstift
30 so weit in den Regelweg der Klappe 24 hinein, daß er bei deren
Durchgang durch die Stellung II zurückgedrückt wird. Seine Wirkung ist die gleiche
wie die der Feder 28. Die Feder 31, die auf den Anschlagstift 3o drückt, ist in
einer in die Reglerkamrnerwand 3a eingeschraubten Büchse 32 untergebracht, in der
auch der Anschlag 30 geführt ist. Durch Verdrehung des Gewindestopfens 33
kann die Federspannung geändert werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
sind die Glieder, welche die Wirksamkeit der Regelkraft herabmindern, in eine solche
Abhängigkeit von der Stellung des die Drehzahl einstellenden Organs (Drosselklappe)
gebracht, daß sie mit fortschreitender Bewegung dieses Organs auf die Einstellung
auf höhere Drehzahlen schwächer wirken und schließlich ganz unwirksam werden. Durch
diese Maßnahme wird erreicht, daß, wenn einmal der Regler im Bereich höherer Drehzahlen
so stark anspricht, d.aß das Regelorgan bis in die Stoppstellung gelangt, seine
Regelbewegungen ungehemmt bleiben. Deshalb greift an dem durch: .den hohlen Gewindestopfen
33 hindurchgeführten Ende des Stifts 30 eine Verbindungsstange 13 an, die
mit ihrem anderen Ende an einem Hebel 35 angelenkt ist, der um einen festen Drehpunkt
34 schwenkbar ist. Das freie Ende des Hebels 35 liegt an dem.. des Fußhebels zo
an. Bei zunehmendem Durchtreten des Fußhebels to wird dadurch der Anschlagstift
30 mehr und mehr aus der Bahn der Klappe 24 gezogen und seine Einwirkung auf diese
immer mehr abgeschwächt, bis sie von einer bestimmten Fußhebelstellung an ganz aufhört.
Ein Beispiel für die sprunghafte Verminderung des Kräfteunterschiedes durch Verminderung
der Regelkraft, d. h. Verminderung des Unter- bzw. Erhöhung des absoluten Drucks
in der Regelkammer, zeigen die Abb.4 bis 4 b. Bei diesem Beispiel ragt das unten
abgeschrägte Ende eines Schiebers 36 in die Bahn der oberen Klappenkante hinein.
Der Schieber 36 hat einen ins Freie führenden, rechtwinkelig verlaufenden Hohlkanal
37. Bei einer Bewegung der Klappe 24 nach rechts wird im Augenblick ihres Durchgangs
durch die Leerlauf stellung II bzw. von diesem Augenblick an der Schieber 36 angehoben,
so daß sein Kanal 37 mit einem in die Regelkammer führenden Winkelkanal 38 im Gehäuse
3a verbrunden wird. Der in der Regelkammer herrschende Unterdruck wird dabei durch
die Verbindung mit der Außenluft herabgemindert. Bei einem weiteren Ausschlagen,
der Klappe 24 bis in die Stoppstellung IlI wird der Schieber 36 so weit verschoben,
bis die beiden Kanäle 37 und 3.8 nicht mehr miteinander verbunden sind. Wie gezeigt,
kann also die sprunghafte Herabminderung bei der Weiterbewegung des beweglichen
Gliedes 24 des Servomotors in die Richtung auf die Stoppstellung III fortdauern
oder aber wieder aufhören.
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Anstatt mit der in den Ausführungsbeispielen dargestellten Klappe
kann die Erfindung auch in Verbindung mit jedem anderen als Regelorgan bekannten
oder geeigneten Organ, wie Membran, Balg, Kolben od. dgl., verwirklicht werden.
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Die Abb. 2 und 3 zeigen Beispiele für die Ände- i rung des die Bewegung
des Regelorgans bewirkenden Kräfteunterschiedes durch sprungartige Vergrößerung
der bei Bewegung auf die Stoppstellung III hin nur stetig größer werdenden Rückfü'hrkraft.
Abb.4 gibt die zweite Möglichkeit wieder, daß nämlich die bei dieser Bewegung größere
pneumatische Regelkraft verkleinert wird. Es steht aber nichts im, Wege, auch beide
Möglichkeiten nebeneinander zu benutzen.
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Eine Verbindung des zur Verminderung der Wirksamkeit der Regelkräfte
dienenden Gliedes mit
dem Fußhebel oder einem von ihm beeinflußten
Teil ist nicht nur auf den Fall des in Abb. 3 erläuterten Beispiels beschränkt,
sondern auch in den übrigen dargestellten Fällen in entsprechender Abwandlung möglich.
Es kann außerdem in dieser Verbindung zwischen 30 und 35 Spiel vorgesehen
sein, von dessen Größe es abhängt, in welcher gegenseitigen Stellung der Teile die
Verbindung zu wirken beginnt. Das Spiel kann z. B. durch in Langlöchern geführte
Verbindungsbolzen öder auch durch Verwendung eines entsprechend: dem gewünschten
Spiel durchhängenden Drahtes statt der Verbindungsstange 13 erreicht werden. Schließlich
kann die Größe des Spiels auch veränderlich gehalten werden.