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Regeleinrichtung für Brennstoff-Einspritzvorrichtungen von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen, .die mit veränderlicher Drehzahl
laufen, insbesondere Fahrzeugdieselmotoren, und hat die Regeleinrichtung für die
Brennstoff-Einspritzvorrichtung zum Gegenstand.
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Die vom Zylinder. einer Viertaktmaschine angesaugte Luftmenge vermindert
:sich mit zunehmender Drehzahl. Bei Zweitaktmaschinen ist die nach der Spülung im
Zylinder verbleibende Luftmenge ebenfalls veränderlich. Um bei allen Drehzahlen
einte möglichst große Brennstoffmenge rauchfrei zu verbrennen, also bei günstigstem
Brennstoffverbrauch eine möglichst große Leistung der Maschine über den gesamten
Drehzahlbereich zu erzielen, ist es anzustreben, die von der Brennstoffpumpe in
den Arbeitszylinder eingespritzte größtmögliche Brennstoffmenge der mit der Drehzahl
veränderlichen Luftmenge anzupassen, insbesondere die obere Begrenzung der Einspritzmenge
im Vollastbetrebsbereich durch eine von der Maschinendrehzahl abhängige Einrichtung
im Sinne einer Verminderung der Einspritzmenge bei Drehzahlerhöhung zu verändern.
Es kann ferner erwünscht sein, den Drehmomentverlauf der Maschine über der Drehzahl
unabhängig von der Luftmenge zu ändern.
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Man hat beispielsweise vorgeschlagen, einen einfachen Anschlag für
das Regelglied der Brennstoffeinspritzpu-mpe zugleich mit der Einstellung der Maschinendrehzahl
am Regler von Hund zu verschieben. Derartige Lösungen erfüllen ihren. Zweck aber
nur im Beharrungszustand, d. h. wenn die tatsächliche Maschinendrehzahl der Einstellung
am Regler entspricht. Ist aber der Regler z. B. auf eine hohe Drehzahr eingestellt
und läuft die Maschine noch mit niedriger Drehzahl, so hat der Anschlag nicht die
gewünschte Stellung.
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Um eine Änderung der größtmöglichen Einspritzmenge bei allen Drehzahlen
entsprechend der Luftfüllung herzustellen, hat man ferner vorgeschlagen, einen Anschlag
für die Bewegung des Mengenverstellgliedes der Brennstoffpumpe mit Hilfe einer drehzahlabhängigen
Einrichtung zu verschieben. Es ist.. daher außer der Regeleinrichtung für
die
Einstellung der Einspritzmenge entsprechend der Belastung ein weiterer Regler für
die veränderliche Begrenzung der Einspritzmenge notwendig, der genügend kräftig
sein muß, um das Regelglied der Brennstoffpumpe gegen die Kraft des Gashehe'ls oder
des Drehzahlreglers zu verschieben. Eine solche Regeleinrichtung ist umständlich.
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Erfindungsgemäß nimmt ein und derselbe Regler sowohl die vorher angegebene
Begrenzung der Einspritzmenge im Vollastbetrieb:sbereich in Abhängigkeit von der
Drehzahl als auch die Regelung der Einspritzmenge in üblicher Weise in Abhängigkeit
von der Belastung der Maschine, z. B. .als Drehzahlregler oder als Leerlauf- und
Enddrehzahlregler, vor, indem das Kraftstoffverstellglied, z. B. die Reglermuffe,
außer unter der Wirkung der die jeweilige Höchst- bzw. Enddrehzahl bestimmenden,
gegebenenfalls in ihrer Spannung willkürlich einstellbaren Reglerfeder unter der
Wirkung einer zusätzlichen Feder steht, die steifer als die Reglerfeder ist und
sich gegen diese über ein bewegliches Zwischenstück abstützt, so daß die Federn
bei Übereinstimmung der tatsächlichen mit der jeweils vorgewählten Höchstdrehzahl
bzw. bei der Enddrehzahl mit der Reglerkraft im Gleichgeusicht stehen, und daß im
`-ollastbetriebsbereich unterhalb der jeweiligen Höchstdrehzahl bzw. der Enddrehzahl
die Zusatzfeder den Reglerausschlag mit wachsender Drehzahl im Sinne einer Verminderung
oder umgekehrt mit abnehmender Drehzahl im Sinne einer Erhöhung der Einspritzmenge
beeinflußt.
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Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung, die entweder als Fliehkraftregler,
als Flüssigkeits- oder Druckluftregler ausgebildet sein kann, besteht also im wesentlichen
darin, daß dem Regler eine steife Feder derart hinzugefügt wird, daß außer der normalen
Reglerwirkung eine drehzahlabhängige Begrenzung der Brennstoffeinspritzmenge eintritt.
Bei den bekannten Einrichtungen wird hierfür ein besonderer Regler benutzt; bei
der Erfindung !, genügt für beide Funktionen eine einzige Verstellkraft, d. h. ein
einziger Regler.
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In der Zeichnung sind einzelne Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Abb. i zeigt eine Regeleinrichtung, i die bestrebt ist, eine innerhalb
eines bestimmten Bereichs einstellbare Drehzahl aufrechtzuerhalten (Drehzahlregler).
In den Abb. a und 3 ist der Regelvorgang eines solchen Reglers bei zwei verschiedenen
Drehzahleinstellungen wiedergegeben.
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In den Abb.4 bis 6 ist ein sogenannter Leerlauf- und Enddrehzahlregler,
der die Unterschreitung einer niedrigsten und die Überschreitung einer höchsten
Drehzahl verhindert, in drei verschiedenen Stellungen wiedergegeben. Abb. ; stellt
den dazugehörigen Regelvorgang dar. Abb. 8 zeigt eine andere an sich bekannte Anordnung
der Realergewichte zu einer Regeleinrichtung na(--* Abb. d..
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In Abb. i bedeutet a die Brennstoffein spritzpumpe einer Vierzylinderdieselmaschine.
Die Fliehgewichte b des Reglers c verschieben in üblicher Weise die Reglermuffe
d, die über einen zweiarmigen Hebel e mit dem Mengenverstellglied f der Brennstoffpumpe
a verbunden ist. Die Drehzahl der Maschine wird mit Hilfe des Hebels g durch
entsprechende Vorspannung der Reglerfeder h eingestellt. Bei den bisher bekannten
Drehzahlreglern stützt sich die Muffe d unmittelbar gegen das rechte Ende der Feder
h. Erfindungsgemäß ist eine weitere, verhältnismäßig kurze und steife Feder j zwischen
die Reglermuffe und die Reglerfeder lt unter Zwischenfügung eines Federtellers k
eingeschaltet, der bei einer der jeweils größtmöglichen Brennstoffmenge entsprechenden
Reglerstellung gegen einen Ansatz! der Reglerivelle m anliegt. Erhöht sich
die Drehzahl und bewegen sich die Fliehgewichte b nach außen, so wird zunächst die
Feder j zusammengedrückt, bis deren Federkraft der Kraft der Feder h das Gleichgewicht
hält. Von da ab wird bei weiterer Erhöhung der Drehzahl der Federteller k vom Wellenansatz
f abgehoben und auch die Reglerfeder lt zusammengedrückt. Die Abbildung zeigt eine
Stellung, in der ein Gleichgewichtszustand der Federkräfte erreicht ist. und der
Federteller k gerade vom Ansatz l abgehoben wird.
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Der Wegs der Muffe d bis zum Abheben des Federtellers k richtet sich
nach der Größe der Vorspannung der Reglerfeder h, die ihrerseits die im Beharrungszustand
vom Regler aufrechterhaltene Drehzahl bestimmt. Je stärker die Feder 1a vorgespannt
ist, d. h. eine je höhere Drehzahl mit Hilfe des Hebels g eingestellt ist, desto
größer wird die Vorspannung der Zusatzfeder j und der Wegs der Muffe
bei Vollaststellung, bevor der Regler nach Erreichung der jeweiligen Vollastdrehzahl
die Brennstoffmenge weiterhin verkleinert.
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Diese Vorgänge sind in den Abb. z und 3 näher veranschaulicht, in
denen die Einspritzmenge der Brennstoffpumpe je Arbeitshub über der Maschinendrehzahl
aufgezeichnet ist.
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Nach Abb. 2 ist die Reglerfeder h für die Höchstdrehzahl von
3000 in der Minute vorgespannt. Während der Beschleunigung der Maschine verschiebt
sich :die Reglermuffe allmählich gegen die Kraft der Feder j, wodurch die größte
Fördermenge p nach und nach entsprechend
verkleinert- wird,bis-bei
Erreichung der eingestellten Drehzahl von 3ooo- in der Minute die Muffe sich insgesamt
um das Maß s1 verschoben hat. Bei weiterer Steige-; rung der Drehzahl wird die Einspritzmenge
mit Zusammendrückung der Feder h innerhalb -eines Ungleichförmigkeitsgrades von
beisPielsweise 4%, also zwischen 3000 und 3120 Umdrehungen in der Minute,.
abgestellt.
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Nach Abb. 3 ist -der Drehzahlregler auf zooö Umdrehungen in
der Minute eingestellt. Der -M.uffenweg, nach dem-.die größte Einspritzmenge bestimmt
wird, verläuft bis zur ' Erreichung der Drehzahl von 2ooo in der Minute nach derselben
Linie wie in Abb. 2. Der Wegs, der Reglermuffe bis zum Beginn der Abstellung
ist entsprechend der geringeren Vorspannung ;der Feder h kleiner als der
Wegs, in Abb: 2. Zwischen 2ooo und -2686 Umdrehungen in der Minute wird die
Einspritzung der Brennstoffpumpe-abgestellt, entsprechend einem Ungleichförmigkeitsgrad
von- 4%.
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Der Leerlauf- und Enddrehzahlregler nach Abb. 4 bis 6 zeigt teilweisse
den gleichen Aufbau wie der Regler nach Abb. 1. Die entsprec4enden Teile sind daher
mit gleichen Buchstaben bezeichnet. Der an der Reglermtiffe d angreifende Hebel
e ist mit dem Brennstoff-, verstellglied f nicht unmittelbar, sondern über einen
weiteren zweiarmigen Hebel n verbunden, an dessen oberem Ende der Verstellhebel
o angelenkt ist. Der Hebel o dient der unmittelbaren Einstellung der Fördermenge
im Drehzahlbereich zwischen der -Leerlaufdrehzahl und der Höchstdrehzahl.
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Die Reglerfeder h kommt nur bei der Höchstdrehzahl zur Wirkung und
hat- daher eine unveränderliche Vorspannung. Die Zu-Satzfeder j für die Änderung
der größtmöglichen Fördermenge ist ebenso wie in Abb. 1 zwischen die Reglermuffe
d und die Feder h
eingeschaltet. Eine dritte Feder, die Leerlauffeder
p, stützt sich über den gesamten Drehzahlbereich gegen die Reglermuffe. Die drei
Reglerstellungen nach den Abb. 4 bis 6, in denen der Hebel o in jedem Falle auf
Volllast eingestellt ist, werden nachfolgernd an Hand des Schaubildes Abb.7 betrachtet.
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Vom Anlassen der Maschine bis zur Leerlaufdrehzahl von 5oo in der
Minute hat die Reglermuffe d die in Abb. 4 gezeigte Stellung. Die Leerlauffeder
p ist demnach so stark vorgespannt, daß die Fliehkraft der Gewichte erst bei der
Leerlaufdrehzahl (Punkt 4 der Abb. 7) die Vorspannkraft dieser Feder überwindet.
Der steile Abfall der Brennstoffeinspritzmenge an dieser Stelle erklärt sich aus
der großen Weichheit der Leerlauffeder.
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Mit Erreichen der Leerlaufdrehzahl verschiebt sich die Muffe -um das
Maß so in -die Stellung nach Abb. 5 (Punkt 5 des Schaubildes) und gelangt
damit erst zur Anlage gegen die Zusatzfeder j. Diese Feder ist so steif, daß sie
erst mit einer Drehzahlerhöhung bis auf 3000 in der Minute allmählich um
das weitere Maß s zusammengedrückt wird. Dies ist gleichbedeutend mit einer entsprechenden
Verminderung der vom Regler einstellbaren größtmöglichen. Einspritzmenge.
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In der Stellung nach Abb, d, die entsprechernd Punkt 6 .des Schaubildes
einer Drehzahl von 3000 in der Minute gleichkommt, ist die Zusatzfeder j so ,stark
zusammengedrückt, daß sie nunmehr der Vorspannkraft de& Enddrehzahlfeder h das
Gleichgewicht hält. Damit wird der Federteller k vom Ansatz L der
Welle abgehoben. Die Enddrehzahlfeder h ist wiederum sehr weich. Mit einer kleinen
Erhöhung der Drehzahl auf 3120 in der Minute, entsprechend einem Ungleichförmigkeitsgrad
von 4°/o1 wird die Einspritzmenge auf Null verkleinert.
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In Abb. 8 ist das Fliehgewicht eines Reglers dargestellt, das in einer
Richtung radial zur Drehachse unmittelbar auf die Reglerfedern. drückt. Das Fliehgewicht
b ist auf einer Stange t geführt,-- die auf der gegenüberliegenden Seite ein gleiches,
nicht gezeichnetes Gewicht trägt. Mit steigender Drehzahl drückt zunächst nur die
sehr weiche Leerlauffeder p gegen das Fliehgewicht. Oberhalb der Leerlaufdrehzahl
bis zur Höchstdrehzahl wird die kurze steife Zusatzfeder allmählich zusammengedrückt,
bis im Augenblick der Erreichung der Höchstdrehzahl die Federn j und h einander
das Gleichgewicht halten und von da ab auch die Feder k zusammengedrückt wird.
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Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung ermöglicht nicht nur bei allen
Drehzahlen die Ausnutzung' der höchsten Leistung bei sauberer Verbrennung, sondern
ergibt auch einen stabilen Betrieb dadurch, daß die Maschine bei Überlastung mit
absinkender Drehzahl eine zunehmende Brennstoffmenge erhält.