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Regelung von Brennkraftmaschinen.
Bei Brennkraftmasehinen, insbesondere bei Einspritz- und Einblasedieselmaschinen, ist es vielfach üblich, einen'besonderen Regler (in den meisten Fällen einen Fliehkraftregler) zu verwenden, der die zur Verbrennung kommende Brennstoffmenge derart beeinflusst, dass eine gewünschte Drehzahl gehalten wird.
Gemäss der Erfindung kann man diesen besonderen Regler und seinen Antrieb ersparen, dadurch. dass man ein sieh mit der Durchflussgeschwindigkeit änderndes Druckgefälle in der Brennstofförderanlage zum Verstellen eines bewegliehen Gliedes heranzieht, das die in den Brennraum gelangende Brennstoffmenge regelt.
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verbindenden Kanal 23 abschliesst, solange die von einer Feder 24 auf den Kolben ausgeübte Kraft grösser ist als die auf ihn einwirkende hydraulische Spannung des Brennstoffs. Die Spannung der Feder 24 kann durch Verstellen einer Schraube 25 verändert werden.
Die beschriebene Pumpe wirkt wie folgt :
Beim Saughub erzeugt der Kolben 14 zunächst im Zylinder ein Vakuum, bis seine Stirnkante die Saugleitung 17 aufsteuert und Brennstoff in den Zylinderraum diesen füllend naehströmt. Wird der Kolben nun von der dargestellten äusseren Totlage aus angehoben, so beginnt er, bald nachdem die Saut-
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durch Ändern der Belastung des den Rucklaufkanal steuernden Gliedes die jeweils einzuhaltende Drehzahl beliebig einstellen. Diese einfache Veränderlichkeit des Regelbereiches ist besonders für Fahrzeugmaschinen wertvoll.
Um die Maschine jederzeit abstellen zu können, braucht man nur die Feder : 24 so weit zu entspannen. dass das Ventil 22 schon bei einem kleineren Flüssigkeitsdruck geöffnet wird als die Düse, so dass der
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Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich vom ersten hauptsächlich dadurch, dass dabei das bewegliche Regelglied - der Kolben 21 - selbst an Stelle des beim ersten Beispiel vor-
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Will man eine mit einer Brennstoffeinspritzanlage nach Fig. 2 versehene Maschine abstellen, so braucht man nur den Pumpenkolben in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Hebels 28 von Hand in seiner inneren Totlage halten, so dass die Pumpe zu arbeiten und damit einzuspritzen aufhört.
Beim dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 steuert das bewegliehe Regelglied nicht so wie bei den vorbesehriebenen Beispielen einen Rücklauf, sondern es ist hier als Kolben für einen Speicherraum ausgebildet, in dem vorübergehend ein Teil des von der Pumpe geförderten Brennstoffs aufgespeichert wird. Auf die eine Seite des Kolbens 21 wirkt der jeweils im Pumpenraum zu herrschende Druck ein.
Anderseits ist der Kolben durch die Spannung der Feder M belastet.
Die Wirkung ist hier folgende : Beim Förderhub steigt der Druek im Pumpenraum um so höher und um so rascher an, je mehr die Drehzahl und damit die Fördergeschwindigkeit wächst, weil eben. geradeso wie bei den vorbeschriebenen Beispielen, die bei raschem Lauf geförderte Brennstoffmenge von der Diise in der verkürzten Zeit nicht ohne Drucksteigerung durehgelassen wird. Die durch eine Schraube 25 ver- änderlich@ Belastung des Kolbens 21 ist jeweils so eingestellt, dass sie bis zu einem bestimmten Druck im Pumpenraum und damit bis zu einer ganz bestimmten Drehzahl den Speicherkolben in seiner Anfangslage hält.
Steigt die Drehzahl über diese Grenze, so weicht beim Pumpendruckhub der Speicherkolben infolge der auftretenden Druckerhöhung von seinem abdichtenden Anschlagring 27 zurück und nimmt in dem dabei freigegebenen Raum einen Teil des vom Pumpenkolben verdrängten Brennstoffs auf. Gegen Ende seines Druckhubes verbindet der Pumpenkolben den Pumpenraum mit der Saugleitung über einen Kanal 29 und eine Ringnut. 0. Der Speicherkolben kann jetzt den beim vorhergegangenen Teil des Druckhubes aufgenommenen Brennstoff durch diese Verbindung in die Saugleitung zurückschieben, so dass er bis zum Beginn der nächsten Förderung wieder in seiner in der Zeichnung dargestellten Ruhelage sich befindet.
Steigt bei fallender Belastung des Motors die Drehzahl und damit die Drucksteigerung im Pumpenraum, so wird schliesslich nur noch eine so kleine Menge eingespritzt, als der Motor zum Halten dieser Drehzahl braucht.
Um den Ungleichförmigkeitsgrad der soeben beschrieben selbsttätigen Regelung möglichst klein zu halten, muss man dafür sorgen, dass schon der innerhalb der zugelassenen Drehzahländerung vorhandene Druckanstieg im Pumpenraum den Speicherkolben genügend weit verschiebt. Deshalb ist der Anschlag des Speicherkolbens so ausgebildet, dass sich die wirksame Kolbenfläche vergrössert, sobald er von seinem Anschlag sieh abhebt.
Beim vierten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist das die Regelung der Einspritzmenge beeinflussende
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artigen Schaft. 31 im Durchgang der hinter dem Druckventil beginnenden Druckleitung geführt. Der Schaft J7 würde diesen Durchgang absperren, wenn nicht ein Kanal-im gezeichneten Fall eine Sehrauben- nut.' ? am Umfang des Schaftes-vorgesehen wäre. der einen, allerdings gedrosselten Durchfluss des Brennstoffes zulässt.
Durch die Drosselwirkung in der Nut 3. 2 entsteht ein mit der Drehzahl sieh änderndes Druckgefälle zwischen den beiden Stirnflächen des Sehaftes : J1, das zum Regeln der Einspritzmenge wie folgt herangezogen wird : Sobald beim Druckhub des Pumpenkolbens 14 die Saug- und Rückstosskanäle 33 zugesteuert worden
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Weise wie beim vorhergehenden Beispiel - der Pumpenraum 16 über den Kanal 29 und die Ringnut 30 mit der Saugseite der Pumpe verbunden wird, dann sehiebt die Feder 35 und der über dem Schaft vor- handene Brennstoffdruek das Druckventil ' 0 samt dem Shaft 31 rases in die gezeichnete Lage.
Dabei verdrängt der zurückweichende Schaft aus dem Raum 34 Brennstoff, den er in den Pumpenraum zurück-
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unter Umständen sogar teilweise entleert.
Vor Beginn des folgenden Einspritzens muss der Pumpenkolben zunächst soviel Brennstoff durch das Druckventil hindurchpressen, bis die am Ende des vorhergegangegen Einspritzens entlastete Druck-
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Fördergeschwindigkeit gewachsen ist. Steigt diese, so gelangt schliesslich von der vom Pumpenkolben verdrängten Brennstoffmenge nur noch so viel bei jedem Einspritzvorgang in den Arbeitszylinder. als zum Halten der Höehstdrehzahl nötig ist.
Das Volumen, um welches die Druckleitung bei der Leerlaufdrehzahl nach jedem Einspritzvorgans zu entlasten oder zu vergrössern ist, entspricht der zu regelnden Brennstoffmenge. Soll ein teilweises Entleeren vermieden werden, so darf das zum Spannen der Druckleitung nötige Speichervolumen nicht kleiner gewählt werden als das Volumen der auszuregelnden Brennstoffmenge.
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im Saugzweig der Brennstoffpumpe. Das Regelglied : ! 1 wird dabei durch einen den Eintrittsquerschnitt der Saugleitung 17 steuernden Kolbenschieber gebildet, von dessen beiden Stirnseiten eine dem Saugzug des Pumpenkolbens und die andere dem Aussenluftdruck ausgesetzt ist.
Eine schwache Feder 7 ist bestrebt, den Schieber ; ! 1 in der gezeichneten Lage zu halten oder ihn dorthin zurückzuführen, wo der von ihm gesteuerte Saugquerschnitt am grössten ist. Der durch die Leitung 17 eintretende Brennstoff gelangt über eine Bohrung 36 und eine Drosselstelle. 37 nach der Fortsetzung 171 der Saugleitung zum Sangventil 38, von wo er im Gegensatz zu den andern Beispielen über den ganzen Saughub in den Pumpen- raum 16 einströmt, diesen je nach der Sauggeschwindigkeit mehr oder weniger füllend.
Die beschriebene Regelung wirkt wie folgt : Solange die Maschine nicht zu schnell läuft, greift die Regelung nicht ein. Steigt die Drehzahl, so wächst das infolge der Drosselstelle 37 beim Sanghul) ent- stehende, die Längsbewegung des Schiebers 21 veranlassende Druckgefälle, so dass der Einlassquerschnitt kleiner oder bei stärkerem Ansteigen der Drehzahl vorübergehend ganz zugesteuert wird. Die Folge davon ist eine schwächere Füllung des Pumpenraumes am Ende des Saughubes und somit eine verminderte Einspritzmenge.
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der Pumpe, während in den anderen Fällen ein regelbarer Teil der beim Saughub angesaugten Brennstoffmenge zurückströmt.
Im sechsten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist angegeben, wie die Einspritzmenge einer mehrzylindrigen Brennstoffpumpe unter Ausnutzung der hydraulischen Vorgänge in einem einzigen Pumpen- zylinder selbsttätig geregelt werden kann.
Im Pumpenkörper 1-3 sind mehrere Zylinder 16, 161..... vorgesehen, in denen gleichartige Kolben77, 141... durch die auf einer gemeinsamen Welle angeordneten, entsprechend der Motorzylinderzahl versetzten Nocken 15, 151.... bewegt werden. Alle Einzelpumpen haben eine gemeinsame Saugleitung 17.
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leitung 17 verbunden sind.
Der von den Kolben geförderte Brennstoff gelangt über die Druckventile 20, 201 in die zu den hier nicht dargestellten Einspritzdüsen führenden Druckleitungen 12,
Die Pumpenkolben tragen an ihren in die Zylinder hineinragenden Enden Steuerflächen, die über einen Teil der Kolbenbewegung die Kanäle 39 (Kolben 14) und 40 (Kolben 141) abdecken und in der
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begrenzt sind. Eine Nut 46 in jedem der Kolben verbindet die Pumpenräume 16, 161 mit einer jeweils unter der schrägen Steuerkante vorgesehenen Aussparung 47.
Durch Verdrehen der Kolben mittels einer gezahnten Regelstange 48 ändert sieh die Breite des die Kanäle. 39 und 40 über einen Teil eines Druckhubes abdeckenden Streifens der schräg abgeschnittenen Steuerflächen. Damit ändert sieh aber auch die wirksame Fördermenge jeder Einzelpumpe, denn sobald die Schrägkante 4. den Kanai 39 (linker
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Zum Bewegen der Regelstange 48 wird die mit der Drehzahl veränderliche Fördergeschwindigkeit herangezogen, die der Kolben 14 dem von ihm verdrängten Brennstoff aufzwingt.
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eines zweiarmigen Hebels 55 angelenkt, der sieh um das Auge 56 schwenken kann. Der andere.
Arm des Hebels JJ ist mit dem Ende der Regelstange 48 verbunden, die von einer Feder J7 in der gezeichneten Stellung zu halten gesucht wird.
Die beschriebene Pumpe regelt wie folgt : Solange die Maschine nicht schnell läuft, greift die Regelung nicht ein. Die Kolben fördern dann ihre grösste Menge. Steigt die Drehzahl, so wächst das auf die Verschiebung des Druckventils ? 0 einwirkende Druckgefälle, weil die Drosselstelle 49 den vom Pumpen- kolben 14 verdrängten Brennstoff nicht ohne Drucksteigerung im Raum 16 durchlässt. Infolgedessen
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wird das Druckventil mit steigender Drehzahl immer mehr anschobell, bis bei einer ganz bestimmten Drehzahl die Querbohrung 50 im Schaft des Druckventils den Kanal 51 aufsteuert. Von jetzt ab strömt ein Teil des weiterhin geförderten Brennstoffes in den brennstoffgefüllten Raum 52 und erhöht darin den Flüssigkeitsdruck.
Dadurch wird der Kolben J3 nach aussen bewegt und seine Bewegung über den Hebel 55 auf die Regelstange 48 übertragen. Diese verdreht alle Pumpenkolben derart, dass ihre wirksame Fördermenge abnimmt. Damit fällt dann auch die Drehzahl wieder. Ist sie soweit gesunken, dass kein Brennstoff mehr in den Raum 52 gelangt. dann beginnt die Feder 57 das Regelgestänge samt den Pumpenkolben und auch dem Kolben J3 zurückzuführen, so dass die wirksame Fördermenge wieder steigt.
Der beim Rückführen des Kolbens. 53 verdrängte Brennstoff fliesst durch die Drosselbohrung 54 nach der Saugseite der Pumpe ab.
Beim siebenten Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind alle Teile der Regeleinrichtung in einem
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In eine Bohrung eines Körpers 58 ist ein das kolbenschieberartige Regelglied 59 aufnehmendes Führungsstüek 60 eingesetzt und darin durch einen Abschlussnippel 61 festgespannt. Eine Druckfeder 62, die sich einerseits gegen den Schieber und anderseits gegen ein verstellbares Federteller 63 abstützt, ist bestrebt, den Schieber in der gezeichneten Lage zu halten und ein Ansehlagbund 591 verhindert, dass der Schieber durch die Feder darüber hinaus verschoben werden kann.
Von einer den Schieber nicht ganz durchsetzenden Längsbohrung 64 zweigen Querbohrungen 65
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mit der zur Düse führenden Fortsetzung der Druckleitung verbunden. Die Bohrungen 66 dagegen sind in der Ruhelage einseitig abgeschlossen. Sie verbinden aber nach einem gewissen Hub des Schiebers die Längsbohrung 64 mit einer Querbohrung 68 im Führungsstück. Diese wiederum ist ständig über einen Auslass 69 und eine Leitung 70 mit dem Brennstoffbehälter 18 verbunden. Ein Anschlag 71 begrenzt den Hub des Regelschiebers. An ihrem der Pumpe. M, 44 zugekehrten Ende ist die Längsbohrung durch einen Einsatz 73 mit Drosselbohrung 7 : ? verengt.
Die Wirkung des Regelgliedes ist wie folgt : Bis herauf zu einer gewissen Drehzahl lässt die Drosselbohrung 72 all den von der Pumpe ankommenden Brennstoff durch, ohne dass in der Leitung zwischen Pumpe und Regelglied 59 eine Drucksteigerung auftritt, die imstande wäre, das Regelglied in der Förderrichtung anzuheben. Steigt nun aber die Drehzahl weiter an. so lässt die Drossel 72 den angelieferten Brennstoff nur noch unter einer erhöhten Drucksteigerung durch, welche die auf den Regelkolben 59 einwirkenden Gegenkräfte zu überwinden und ihn anzuheben vermag. Schon nach kurzem Hub kommt die Querbohrung 65 ausser Verbindung mit den Kanälen 67, so dass der Durchfluss zur Düse unterbrochen ist. Die Pumpe fördert aber weiter.
Der Regelkolben wird deshalb vollends rasch hochgedrückt, bis die Bohrungen 66 den Kanal 68 aufsteuern und dadurch dem weiterhin geförderten Brennstoff einen Rücklaufweg öffnen. Je höher die Drehzahl steigt, um so früher-bezogen auf den Pumpenhub-und um so mehr strömt von der Fördermenge wieder zurück. Von einer gewissen Höchstdrehzahl an gelangt zu der Düse nur noch die zum Halten dieser Drehzahl nötige Einspritzmenge.
Beim achten Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist der Schaft des Druckventils 20 kolbenartig geführt und so ausgebildet, dass er die Druckleitung mittels eines tauchkolbenartigen Stückes 74 am Einspritzende in an sieh bekannter Weise durch Raumvergrösserung entlastet. Ausserdem regelt er abhängig von der Fördergeschwindigkeit den Rücklauf eines Teiles der Fördermenn'e. Die Spannung der Druckventilfeder 62 kann durch das Handrad 73 verstellt werden. Beim Drehen am Handrad verschiebt die gleichzeitig als Anschlag für den Ventilhub dienende Schraubenspindel 76 den in seitlichen Nuten 77 gegen Mitdrehen gesicherten Ventilteller 63.
Im Schaft des Druckventils befindet sich eine Längsbohrung 78. Schrägkanäle 79 führen vom inneren Ende der Längsbohrung zu einer unterhalb des Entlastungskolbens 74 am Schaft vorgesehenen
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Druckventils verbindet nach einem gewissen Hub des Ventils die Längsbohrung mit einem Rücklaufkanal 84.
Die Wirkungsweise des Regelgliedes lässt sieh aus dem, was zu den beiden vorhergehenden Beispielen angegeben worden ist, ohne weiteres ableiten. Es ist auch beim ersten und beim dritten Beispiel schon ausführlich beschrieben worden, wie das Verändern der Spannkraft der auf das Regelglied einwirkenden Feder, im vorliegenden Fall der Druckventilfeder 62, die Höchstdrehzahl ändert.
Anstatt die Drehzahl durch Ändern der Federspannung verstellen zu können. könnte man sie auch
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digkeit mit der Drehzahl zunimmt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Regelung von Brennstoffkraftmaschinen auf eine gewünschte Drehzahl, dadurch gekennzeichnet,
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