Verfahren und Einrichtung zur Regelung von Einspritzmotoren für verschiedene Drehzahlen. Bekanntlich ist bei Verbrennungsmotoren die maximale Leistung bei jeder Umdre hungszahl durch die im Zylinder verbrenn bare Brennstoffmenge bestimmt. Diese Brennnstoffmenge ist aber durch die im Zy linder befindliche Luftmenge bezw. Sauer stoffmenge bestimmt und ist bei Motoren, welche mit veränderlicher Umdrehungszahl arbeiten, zum Beispiel bei Fahrzeugmotoren, bei grösseren Umdrehungszahlen geringer als bei kleineren.
Bei Verpuffungsmotoren ist die in den Zylinder eingeführte Brennstoffmenge immer proportional zu der in den Zylinder gelangen den Luftmenge, da bei diesen Motoren ein Gemiseh von Luft und Brennstoff in den Zy linder eingeführt bezw. angesaugt wird, also der Brennstoff durch die Luft selbst in den Zylinder gefördert wird. Es gelangt also bei kleineren Umdrehungszahlen jeweils mit der grösseren Luftmenge auch mehr Brennstoff in den Zylinder als bei grösseren Drehzahlen.
Deshalb wird auch bei Verpuffungsmotoren eine Leistung nach der Linie A-C-B (Fig. 1) und .damit ein Drehmoment nach der Linie J-G als Funktion der Drehzahl des Motors erreicht. Es müssen nur die maximale Drehzahl entsprechend .gross und die Quer- schnitte für die Luft (Saugventil) entspre chend klein gewählt werden.
Bei Einspritzmaschinen, wie zum Bei spiel Dieselmotoren, hingegen wird der Brennstoff nicht durch die Luft, sondern von einer Brennstoffpumpe in ,den Zylinder ein geführt. Bei Fahrzeugmotoren solcher Art erfolgt die Regelung der Brennstoffzufuhr unabhängig von der in den Zylinder ge langenden Luftmenge entsprechend den Betriebsverhältnissen (Fahrgeschwindigkeit, Steigung und dergleichen) durch einen von Hand oder Fuss bewegten Beschleunigungs hebel.
Die durch diesen Hebel einstellbare grösste Brennstoffzufuhr ist bei allen Ein spritzmotoren zumeist durch einen Anschlag begrenzt. Dieser Anschlag ist bei Fahrzeug maschinen so eingestellt, dass bei der maxi malen Drehzahl, bei welcher der Zylinder die kleinste Luftmenge aufnimmt, noch rauch freie Verbrennung erzielt wird.
In Fig. 1 entspricht diese Brennstoffmenge ,dem Punkt G bezw. der Länge D-G. Dieser Brennstoff zufuhr entspricht ein Drehmoment, welches auch durch ,die Länge D-G dargestellt wer den kann, da das Drehmoment annähernd der Brennstoffzufuhr proportional ist. Die sem Drehmoment und der maximalen Dreh zahl nmal entspricht die maximale Leistung Lm"." welche in Fig. 1 durch die Ordinate D -B .dargestellt ist.
Bei den bekannten Einspritzmotoren, wo bei unter dem Gattungsbegriff Einspritz motor alle Brennkraftmaschinen zu verstehen sind, bei welchen der Brennstoff in durch Verdichtung hocherhitzte Verbrennungsluft eingeführt wird, bleibt,die maximale Brenn stoffzufuhr bei allen Drehzahlen unverändert dieselbe und infolgedessen bleibt auch das maximale Drehmoment bei allen Drehzahlen .das ,gleiche (Fix.
1, Linie G-H), so dass die maximale Leistung des Motors mit. der Um drehungszahl linear nach der Linie A-E-B steigt und fällt. Das hat bei der Verwen dung von Einspritzmotoren als Fahrzeug motore grosse Übelstände. Solchen Motoren geht nämlich die Elastizität ab, die für Ver- gasermotore hoher Drehzahl charakteristisch ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, auch bei Einspritzmotoren eine Elastizität zu erzielen, die der bei Gemischmotoren erreich baren Elastizität gleichkommt. Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung wird zur Er- reichtung einer hohen Elastizität des Mo tors die maximale Brennstoffzufuhr mit steigender Drehzahl verringert und das Luft- Brennstoffverhältnis auf den für die Ver brennung günstigsten Wert geregelt.
Beider Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens sind ein die Luftzufuhr regelndes Organ und ein die Brennstoffzufuhr regeln des Organ so miteinander gekuppelt, dass bei willkürlicher. Betätigung eines der beiden Or- gane (zum Beispiel .durch Fuss- oder Hand hebel),das andere Regelorgan :derart verstellt wird, dass es das optimale Brenustoff-Luft- verhältnis herstellt.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen Ausführungs beispiele der Einrichtung gemäss der Erfin dung. Anhand derselben wird im folgenden auch das Verfahren gemäss der Erfindung beispielsweise erläutert.
Nach Fig. 2 -dient für die Regelung der Brennstoffmenge zur Erhöhung der maxi malen Leistung bei kleineren Drehzahlen ein Zentrifugalregler L. J ist ein von Hand (oder durch Fusshebel, Pedal) nach unten ausschwenkbarer Winkelhebel, welcher auf dem Zapfen K drehbar angeordnet und mit tels einer Stange Q mit dem nicht gezeich neten Brennstoffpumpenregelorgan verbun den ist. Die Feder R zieht den rechten Hebel arm nach oben.
Wenn der Hebel unter der Wirkung der Feder R an dem Anschlag F anliegt, liefert die Brennstoffpumpe die kleinste Brennstoffmenge. Die maximale Fördermenge der Brennstoffpumpe wird durch :den Rücken T eines Keils 0 begrenzt, an welchen der Taster P des Hebels J zum Anschlag kommt, wenn zwecks Erhöhung der Lieferung der Brennstoffpumpe der He bel J entgegen der Feder. R verdreht wird. Der Keil 0 ist an einer Führung<B>S</B> geführt und wird vom Muff M des Reglers L mittels des Hebels N verstellt.
In Fig. 2 ist der Keil ungefähr in der Mittelstellung gezeichnet. Bei zunehmender Drehzahl bewegt sich der Muff M des Reg lers nach oben, der Keil 0 nach unten; die maximale Brennstoffzufuhr wird also ver ringert. Bei entgegengesetzter Bewegung er folgt eine Vergrösserung der grössten Brenn stoffzufuhr.
Der Rücken T des Keils ist der art gestaltet, :dass die Regelung der maxi malen Brennstoffmenge der jeweiligen Luft menge, welche bei dieser Reglerstellung bezw. Drehzahl angesaugt wird, entspricht. Diese Luftmenge kann an einer Motortype für jede Drehzahl zum Beispiel durch Mes sung des Enddruckes des Ansaugens oder ,der Verdichtung festgestellt werden.
Um die Luftzufuhr und die Brennstoff zufuhr zu regeln, kann die Einrichtung so getroffen sein, dass das zur Verstellung der Drosselklappe D dienende Organ ,die Begren zung des Ausschlages des Hebels J .dadurch verstellt, dass der Drehzapfen K dieses He bels beim Drosseln nach oben bewegt wird, wie in Fig. 2 strichliert angedeutet ist, also mit der Luftmenge gleichzeitig auch die Brennstoffmenge geregelt wird.
Die Drossel klappe<I>D</I> wird mittels des Hebels<I>A</I> bewegt, welcher durch .die Stange 13 mit .dem Dreh zapfen K verbunden ist, welch' letzterer sich in einer nicht eingezeichneten Führung frei auf- und abwärts bewegen kann. Der Wagen führer wirkt also nicht direkt auf den Hand griff des Hebels J, sondern in nicht gezeich neter Weise auf den Hebel A, und .die Feder R drückt den rechten Arm des Hebels J nach unten und presst den Taster P des Hebels an den Keil 0.
Diese Regelung der Luft ermöglicht in Verbindung mit der Regelung des maximalen Drehmomentes die kleinste Drehzahl, mit welcher der Motor noch arbeiten kann, zu verringern.
Diese kleinste Drehzahl eines Motors ist dadurch begrenzt, dass die im Schwungrad aufgespeicherte Energie die Kompressions- arbeit überwinden kann, ohne dass der Motor eine den Gang des Motors ungünstig beein flussende Schwankungder Drehzahl erfährt.
Da nun die Kompressionsarbeit vom Kom- pressions-Enddruck abhängt, dieser End- druck aber beim ungedrosselten Dieselmotor durch die Forderung der Selbstzündung des eingeführten Brennstoffes respektive durch den Verdichtungsgrad (Verhältnis des Ge samtvolumens des Zylinders zum Verdich tungsvolumen) gegeben ist, - ein Vielfaches des Kompressions-Enddruckes der Vergaser motoren beträgt, - muss das Schwungrad auch um ein Vielfaches grösser bezw. schwerer ausgeführt werden als bei Vergaser motoren,
wenn die kleinste Drehzahl die gleiche sein soll. Bei den bekannten Fahr zeug-Einspritzmotoren ist meistens ein be sonderer Zentrifugalregler vorgesehen, wel- eher ein Unterschreiten der durch die Sohwungradmasse und die Kompressions arbeit bestimmten kleinsten Drehzahl ver hindert.
Durch Verringerung der in den Zylinder gelangenden Luftmenge durch Drosselung wird auch die Kompressionsarbeit im Zy linder verringert, ohne .dass die Endtempera- tur der Verdiohtung herabgesetzt wird. Die Verdichtungstemperatur ist nämlich abhängig einerseits von der Anfangstemperatur (Tem peratur vor der Verdichtung) und anderseits von ,dem Verdichtungsgrad. Eine Drosselung beeinflusst,die Anfangstemperatur überhaupt nicht.
Die Anfangstemperatur der Verdich tung bleibt also dieselbe, und da der Ver dichtungsgrad .derselbe bleibt, so wird die dem ungedrosselten Betrieb entsprechende Verdichtungstemperatur auch bei den durch Drosselung verringerten Verdichtungsdrük- ken erreicht.
Wird bei Leistungen, die un terhalb der maximalen Leistungen liegen, entsprechend der zwecks Einstellung einer kleineren Leistung verringerten Brennstoff menge auch die Luftmenge und damit der Enddruck der Verdichtung und die Verdich tungsarbeit vermindert, so wird auch die kleinste Drehzahl, mit welcher der Motor noch laufen kann, ermässigt derart, -dass sie derjenigen von Vergasermotoren gleich kommt.
Nach Fig. 3 erfolgt die Regelung der maximalen Brennstoffzufuhr durch den in der Einlassleitung entstehenden Unterdruck. Bei grösserer Drehzahl strömt :die Luft mit grösserer Geschwindigkeit durch das Saug rohr und verursacht also einen grösseren Unterdruck in .demselben.
In Fig. 3 regelt der Hebel J, der unter ,der Wirkung einer Zugfeder R steht, je nach seiner Lage in nicht gezeichneter Weise die Förderung der Brennstoffpumpe. Der Keil 0 ist mit dem Kolben Z verbunden, welcher in dem Zylinder Y verschiebbar ist. Der Kolben Z wird :durch die Feder g nach unten gedrückt.
Der Zylinder Y ist auf der obern Seite durch die Leitung W mit dem Einlass- rohr 11 verbunden. Die Mündung V der Lei tung TV ist im Einlassrohr möglichst nahe dem nicht gezeichneten Arbeitszylinder.
Bei grösserer Drehzahl des Motors wird der Un terdruck beider Mündung p höher; dadurch geht,der Kolben Z entgegen dem Druck,der Feder Y nach oben. Durch diese Bewegung wird der geil 0 verstellt und die maximale Brennstoffzufuhr vermindert.
Wenn im Einlassrohr T7 des Motors eine Drosselklappe D (in Fig. 3 strichliert ange geben) vor der Mündung P der Leitung W angeordnet ist, und die Hand- respektive Fussregelung nicht .direkt die Brennstoff pumpe, sondern wie bei den Vergasermotoren diese Drosselklappe verstellt,
so wird bei kleineren Belastungen, bei welchen die Mo- torleistung durch die Verstellung der Dros selklappe der Belastung angepasst wird, der Unterdruck vergrössert und dementsprechend durch ,den grösseren Unterdruck ider geil 0 mehr verstellt und die Brennstoffzufuhr im Verhältnis zur Luftzufuhr verringert. In die sem Falle wird der Hebel J durch ,die Feder R nach unten gedrückt.
Auch bei dieser Regelung wird die kleinste Drehzahl, mit welcher .der Motor noch laufen kann, herabgesetzt.
Nach Fig. 4 ist der Regler 1 durch :den um den Zapfen 18 drehbar angeordneten Hebel 2 und die Stange 3 mit einem Regel körper 4 mit einer die Brennstoffzufuhr regelnden Kurve 5 verbunden, deren Gestalt durch Versuche bestimmt worden ist. Die Kurve 5 wirkt mit einer Rolle 17 auf einer Stange<B>16</B> zusammen, die in nicht gezeich neter Weise mit ,dem die Fördermenge der Brennstoffpumpe regelnden Organ verbunden ist.
Der Regelkörper 4 ist einerseits durch eine Stange 6 mit einem Hebel 7 und ander seits .durch eine Stange 13 mit dem Hebel 10 der im Einlassrohr 12 angeordneten Drossel klappe 11 verbunden. Der Hebel 10 wird durch eine Feder 15 auf einem Mitnehmer 14 der .Stange 13 gepresst. Eine in einer Führung frei bewegliche Stange 8 mit einem Kopf 9 vermittelt die Verbindung zwischen dem Hebel 7 und dem Drosselklappen hebel 10.
Im Ruhezustand des Motors ist der Reg ler in der mit I bezeichneten Stellung. Unter Vermittlung ..des auf die Drosselklappe und die Brennstoffpumpe einwirkenden Reglers 1 wird während der Anlassperiode die ange saugte Luftmenge zunächst soweit abgedros selt, dass sie nur etwas grösser ist als die Luftmenge, die der zur Aufrechterhaltung des Leerlaufes :
der Maschine erforderlichen Brennstoffzufuhr entspricht, während die Brennstoffpumpe zur Lieferung einer etwas grösseren Brennstoffmenge, als der Leerlauf brennstoffmenge entspricht, eingestellt ist. Entsprechend der zunehmenden Geschwin digkeit der Maschine vermindert der Regler die Drosselung der Ansaugluft und erhöht die Lieferung der Brennstoffpumpe. Bei jener Drehzahl nun, bei welcher .die Drossel klappe 11 in ihre .ganz offene Stellung ge langt, nimmt der Regler die Lage II ein.
(Diese Stellung des Organes ist in der Zeich nung mit starken Linien angegeben.) Wäh- rend.der Lagenänderung von I nach 1I wird die Drosselklappe von der geschlossenen bezw. der kleinsten ,Drehzahl entsprechen- den Lage I durch,die Stange 13 bezw. durch .die Feder 15 in die ganz offene Lage II ver stellt Zum besseren Verständnisse sei angenom men,
dass der Motor maximal <B>1000</B> Umdre hungen ausführt. Die Lage II soll 3,00 Um- @drehungen entsprechen, das ist jene Drehzahl, bei welcher das Schwungrad bereits die ganze Kompressionsarbeit überwindet.
Die Lage III des Reglers entspricht der maximalen Drehzahl 1000.
Während der Regler von der Lage II in die Lage III ausschlägt, wird nur der Regel körper 4 für die Brennstoffregelung verstellt und durch die Kurve 5 die Brennstoffzufuhr der jeweiligen Drehzahl entsprechend ge regelt.
Die Lage II der Drosselklappe 11 stimmt mit der Lage III überein. Der Hebel 10 liegt am Kopfe 9 auf und kann durch die Feder 15 nicht weiter verstellt werden. Wenn die Drehzahl des Motors sich ver grössern will, weil die Belastung kleiner wird, dann schlägt der Regler von der Lage III gegen die Lage IV aus und :der Brennstoff <B>,</B> 4 verkleinert .die Brennstoff zufuhr, während !der Hebel 7 die Stange 8 nach oben verstellt und die Drosselklappe schliesst.