CH407648A - Hydraulische Steuerungseinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Gasmaschinen - Google Patents

Description

      Hydraulische        Steuerungseinrichtung    für     Brennl aftmaschinen,     insbesondere     Gasmaschinen       Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische  Steuerungseinrichtung für     Brennkraftmaschinen.,    ins  besondere Gasmaschinen, mit einer von der     Brenn          kraftmaschine    angetriebenen Steuerpumpe,

   deren       einzelne    aus einem     Steuerflüssigkeitsbehälter    gespei  ste     und    periodisch Förderimpulse erzeugende Pum  penelemente über je eine Druckleitung und ein       Rückschlagventil    mit je einem     hydraulischen     Arbeitszylinder in Verbindung     stehen,    dessen  Arbeitskolben die     öffnungs-    und     Schliessbewegung     des     federbelasteten        Einblaseventils        steuert,    wobei der       Arbeitszylinder    zu     Beginn    ,

  der     Ventilschliessbewe-          gung    über eine seitlich ausmündende     Abflussleitung,          in    der Endphase der     Ventilschliessbewegung    hinge  gen nach Abschluss der Abflussleitung durch den  Arbeitskolben über eine in die Druckleitung einmün  dende, eine Drosselstelle enthaltende Umgehungslei  tung mit der     Rücklaufleitung    für die Steuerflüssig  keit verbunden ist.  



  Es ist bereits eine Steuerungseinrichtung der ge  nannten Art     bekannt    geworden, bei der als Steuer  pumpe eine     Kraftstoffeinspritzpumpe    üblicher Bauart       verwendet    wird, wobei die Druckräume der     einzelnen          Pumpenelemente    mit der     Druckleitung        unmittelbar     verbunden sind.

   Vor der     Eintrittsstelle    der Drucklei  tung     in;    das     Rückschlagventil    mündet die Rücklauf  leitung für     die        Steuerflüssigkeit    in     die        Drudkleitung     ein, die somit periodisch     abwechselnd    in     beiden     Richtungen von der Steuerflüssigkeit durchströmt  wird.

   Zur Speisung der     einzelnen    Pumpenelemente  wird die     Steuerflüssigkeit        einem        Hochbehälter    ent  nommen und mittels     einer    eigenen Förderpumpe  über eine Speiseleitung und     ein        Rückschlagventil    der  obengenannten Umgehungsleitung zugeführt, von der  es über die     Rücklaufleitung    sowie die     Drackleitung    in    ,

  den Druckraum des Pumpenelementes     .gelangt.    Beim       anschliessenden    Arbeitshub des Pumpenkolbens wird  die     Steuerflüssigkeit        in    entgegengesetzter     Richtung     durch die     Druckleitung    dem     Arbeitszylinder    zuge  führt, dessen Kolben das     Einblasventil        der        Brenn          kraftmaschine    öffnet.

       Beim    Rückgang des Pumpen  kolbens ,der Einspritzpumpe strömt die Steuerflüssig  keit vom     Arbeitszylinder    über die     Rücklaufleitung     bzw.     Umgehungsleitung    und über die Druckleitung     in     das Pumpenelement zurück und     gelangt    über dessen  Saugbohrung .in den     Steuerflüssigkeitskreislauf    zu  rück.  



  Bei     Ventübetätigungseinrichtungen        dieser    Art  ergeben sich vor     allem        Nachteile    bei der Schliessbe  wegung der Ventile. Bei hohen Drehzahlen     kommt    es  zu     Druckschwingungen        in,    der     Steuerflüssigkeit,    die  sich auf die     einzelnen    Ventile übertragen und da  durch zur Beschädigung der     Ventilsitze    führen..

   Diese  Druckschwankungen sind eine Folgeerscheinung der  mit steigender Drehzahl     zunehmend    schlagartig ein  setzenden     Förderung    von     Steuerflüssigkeit,    so     dass     zur Gewährleistung eines einwandfreien     Ventil-          schliessvorganges    eine Begrenzung der Höchstdreh  zahl der     Brennkraftmaschine    auf etwa 600     U/Min.     erforderlich wird.  



       über    ;diese Mängel hinaus weist die bekannte       Steuerungseinrichtung    durch den vergrösserten     Auf-          wand        an        Leitungen        einen        verhältnismässig    kompli  zierten Aufbau auf, so dass es     fraglich    erscheint, ob  ,die     Vorteile        eines    ,solchen hydraulischen     Steuerungs-          systemes    den     hohen,    Aufwand rechtfertigen,

   zumal da  auch     eine    erhöhte     Störungsanfälligkeit    der Einrich  tung     in    Kauf genommen werden muss.  



  Die Erfindung beseitigt     die    genannten     Nachteile          und    verfolgt ;das Ziel, eine     möglichst    vereinfachte           Steuerungseinrichtung    zu schaffen, die auch bei we  sentlich höheren     Betriebsdrehzahlen        als    bisher mög  lichst einwandfrei arbeitet.

       Erfindungsgemäss    wird       dieses    Ziel dadurch verwirklicht, dass jedes Pumpen  element     druckseitig    ein Entlastungsventil aufweist  und zwischen Druckleitung und     Arbeitszylinder    zu  sätzlich je ein     Differenzkolbenventil    zum Rück  schlagventil parallel angeordnet ist, das den Rücklauf  der Steuerflüssigkeit in die unmittelbar in     den        Steu@er-          flüssigkeitsbehälter    einmündende     Rücklaufleitung          steuert,

      wobei die den grösseren Durchmesser auf  weisende     Kolbenstirnfläche    des     Differenzkolbenven-          tils    den periodischen Förderimpulsen der Steuer  pumpe ausgesetzt und die     als        Rücklaufventil        ausge=     bildete     Kolbenstirnfläche    kleineren Durchmessers  von der aus dem Arbeitszylinder rückströmenden       Steuerflüssigkeit        beaufschlagt    ist.

   Die Anordnung  eines     Entlastungsventiles    an der Einspritzpumpe be  wirkt dabei beim Ende des Förderhubes eine augen  blickliche     Druckentlastung    der     Druckleitung    und des  Arbeitskolbens, zugleich aber auch des     Differenzkol-          benventiles,    wodurch der     Ventilschliessvorgang    un  mittelbar ausgelöst     wird.    In     vorteilhafter    Weise erge  ben sich dadurch auch bei höheren Drehzahlen bis  etwa 1800     U/Min.    kurze     Ventilöffnungszeiten,

      so  dass es     in    keinem Fall zu einer Überschneidung der       Gaseinblaseperiode        mit    der Spülperiode kommt.  Darüber hinaus bietet eine solche Ausbildung den       Vorteil,    dass sich jede normale     Kraftstoffeinspritz-          pumpe    in der gleichen     Ausführung    wie für Dieselmo  toren ohne jedwede     Änderung    zum Einbau in die er  findungsgemässe     Steuerungseinrichtung        ,eignet,        sofern     deren Pumpenelemente     mit    Entlastungsventilen ver  sehen sind bzw. werden.

   Die     Entwicklungs-    bzw.  Baukosten einer eigenen Steuerpumpe können daher       eingespart    werden.  



  Ein wesentlicher     Fortschritt    wird weiter auch  dadurch erzielt, dass die während der     Ventilschliess-          bewegung    zurückströmende     Steuerflüssigkeit    auf kur  zem Wege über das     Differenzkolbenventil    in die       drucklose        Rücklaufleitung        gelangt,

      wobei der zu  überwindende     vergleichsweise    sehr geringe Strö  mungswiderstand eine Herabsetzung der     Ventil-          schliesskraft    und damit auch eine     Verringerung    des       Ventilsitzverschleisses    ermöglicht.  



  Zur einwandfreien Funktion der Einrichtung  auch in höheren Drehzahlbereichen trägt vor allem  der geschlossene     Steuerflüssigkeitskreislauf    bei, da     in     der     Druckleitung,    im Gegensatz zu der     bekannten     Einrichtung, keine Bewegungsumkehr der Steuerflüs  sigkeit stattfindet,     sodass    hierdurch bedingte Schwin  gungserscheinungen während der     Ventilschliessbewe-          gung    ausgeschlossen sind.  



  Von besonderer Bedeutung für einen rationellen  und störungsfreien Betrieb der Anlage ist die Tatsa  che, dass der erfindungsgemässe Effekt trotz des  wesentlich verringerten baulichen Aufwandes er  reicht wird. So führt zu     jedem    Arbeitszylinder nur  eine einzige Druckleitung, wogegen zur     Rückführung     der     Steuerflüssigkeit    in den Behälter eine gemein-    Same     drucklose    Sammelleitung vorgesehen ist. Da für       die    Steuerflüssigkeit kein Hochbehälter erforderlich  ist, bereitet die Unterbringung des Behälters trotz der  meist beengten Platzverhältnisse bei     Brennkraftma-          schinen    keinerlei Schwierigkeiten.

   Obwohl sich     die     Steuerflüssigkeit, insbesondere in hohen Drehzahlbe  reichen, rasch erwärmt,     sind    infolge des geregelten  Kühlkreislaufes eigene     Kühleinrichtungen    für die  Steuerflüssigkeit im Normalfall entbehrlich, da die  Kühlwirkung des Behälters im allgemeinen die Er  wärmung der Steuerflüssigkeit im Betrieb voll kom  pensiert.  



  Eine weitere Überlegenheit der     erfindungsgemäs-          sen    Steuerungseinrichtung     ,gegenüber    der     bekannten          Ausführung    besteht fernerhin in ihrer     dauernden    Be  triebsbereitschaft, da sich .die Entlüftung des     Steuer-          leitungssystemes    während des Betriebes selbsttätig  vollzieht. Lediglich zur erstmaligen Inbetriebnahme  der Steuerungseinrichtung ist eine Entlüftung des       Steuerleitungssystemes    über eine einzige Entlüftungs  schraube am höchsten Punkt des Leitungssystems  erforderlich.  



  Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung  sind im folgenden anhand der Zeichnung beschrie  ben. Die     einzige    Figur zeigt ein     Ausführungsbeispiel     der Erfindung in schematischer Darstellung.  



  Die Steuerpumpe 1 weist     druckseitig    je Pumpen  element ein Entlastungsventil 1' auf, an     das    die  Druckleitung 2 anschliesst. Am anderen Ende ver  zweigt sich die Druckleitung 2 in zwei Äste, von  denen .der eine über ein     Rückschlagventil    3 und eine  weitere     Druckleitung    4 mit dem     Druckraum        eines     Arbeitszylinders 5 in Verbindung steht, wogegen der       andere    Ast der     Druckleitung    2,

   in den durch die     Kol-          benstirnfläche    16 angeschlossenen     Druckraum    eines       Differenzkolbenventils    14 einmündet.     Im    Arbeitszy  linder 5 ist ein Arbeitskolben 6 gleitbar gelagert,

   des  sen freies Ende auf der     Schaftendfläche    eines von  einer     Ventilfeder    8 in     Schliessrichtung    belasteten       Einblaseventiles    7     aufliegt.    Der     Druckraum    des  Arbeitszylinders 5 ist über eine seitliche     Bohrung    10  mit -dem     Differenzkolbenventil    14 durch die     Abfluss-          leitung    9 verbunden, ,die auf der Seite der als Rück  laufventil ausgebildeten     Kolbenstimfläche    18 ein  mündet.

   Das     Rücklaufventil    trennt dabei die     Ab-          flussleitung    9 vom     überströmraum    19 des     Diffe-          renzkolbenventils    14. Der     überströmraum    19 weist  eine seitliche Öffnung für die     Rücklaufleitung    13 auf,  welche unmittelbar in den     Steuerflüssigkeitsbehälter     15 mündet. Über :die den     Steuerflüssigketsbehälter     15 mit der Steuerpumpe 1     verbindende    Saugleitung  20 schliesst sich der Kreislauf für die Steuerflüssig  keit.  



  Zwischen dem Arbeitszylinder 5 und dem     Diffe-          renzkolbenventil    14 ist ausser der Abflussleitung 9  auch noch eine Umgehungsleitung 11 vorgesehen, die  einerseits mit der Druckleitung 4,     anderseits    mit der       Abflussleitung    9 in Verbindung steht und in der     eine     Drosselstelle 12 angeordnet ist.  



  Die     Wirkungsweise    der     erfindungsgemässen    Steu-           erungseinrichtung    ist nun folgende: Durch den von  der Steuerpumpe 1 ausgehenden Förderimpuls wird  über das     Entlastungsventil    1' und die     Druckleitung    2  das     Rückschlagventil    3 geöffnet. Die     Steuerflüssigkeit     wirkt über die Druckleitung 4 auf den Arbeitskolben  6, der entgegen der     Kraft    der Ventilfeder 8 das Ein  blaseventil 7 öffnet.

   Derselbe     Förderimpuls        be-          aufschlagt    auch die grössere     Kolbenstirnfläche    16 des       Differenzkolbenventils    14 und drückt dadurch die als       Rücklaufventil    ausgebildete     Kolbenstirnfläche    18 im       Schliesssinn    auf     ihren    Sitz.

   Damit wird     die        Abflusslei-          tung    9 vom     überströmraum    19 des Differenzkolben  ventils 14     getremt,    so dass während der     Förderpe-          riode,    die das Öffnen des     Ventiles    bewirkt, ein Rück  strömen der Steuerflüssigkeit in die     Rücklaufleitung     13     verhindert    wird.

   Nach     Beendigung    der Förderung  durch     überschleifen    einer Steuerkante     in    der Ein  spritzpumpe 1, was in der gleichen     Art    wie bei Diesel  einspritzpumpen erfolgt, wird die Druckleitung 2  durch das in der Einspritzpumpe 1     .angeordnete    Ent  lastungsventil 1'     druckentlastet.    Das     Rückschlagven-          til    3 schliesst und trennt dabei das aus .dem Druck  raum des Arbeitszylinders 5 und den Leitungen 4, 9  und 11 bestehende Steuerleitungssystem von der       Druckleitung    2 bzw. der Steuerpumpe 1.

   Die Ventil  feder 8 schliesst sodann ,das     Einblaseventil    7, schiebt  den Arbeitskolben 6 zurück und drückt die Steuer  flüssigkeit durch die Bohrung 10 und die Abflusslei  tung 9 gegen die     kleine,        Kolbenstimfläche    18 des     Dif-          ferenzkolbenventils    14 und öffnet dasselbe. über den       überströmraum    19 des     Differenzkolbenventils    14  gelangt die     Steuerflüssigkeit    nahezu     urgedrosselt    in  die drucklose     Rücklaufleitung    13 und von ,dieser in  den     Steuerflüssigkeitsbehälter    15.

   In der     Endphase     der     Ventilschliessbewegung    schliesst die     Steuerkante     des     zurückgehenden    Arbeitskolbens 6 die     Mündung     10 der Abflussleitung 9 ab, so dass der rück-strömen,  den     Steuerflüssigkeit    nur mehr der Weg über die  Umgehungsleitung 11 und die     .darin        angeordnete     Drosselstelle 12     offen    steht, wodurch sich     in        diesem     Teil der Kolbenbewegung eine starke Dämpfung er  gibt,

   die ein langsames Aufsetzen des     Einblaseventi-          les    7 bewirkt. Sobald letzteres geschlossen ist, hat der  Arbeitskolben 6 seine Ausgangsstellung erreicht und  das     Differenzkolbenventil    14 kehrt     in        :die        Schliesstel-          lung        zurück.        Zum    sicheren Abschluss des     Differenz-          kolbenventiles    14 ist eine auf die     Kolbenstirnfläche     16 in Schliessrichtung einwirkende Druckfeder 17  vorgesehen.

      Die Speisung der Steuerpumpe 1     für    den nächsten       Förderimpuls    erfolgt     sodann    über .die     Saugleitung    20  aus dem     Steuerflüssigkeitsbehälter    15.

   Die     Füllmenge     des     Stenerflüssigkeitshehälters    15 ist dabei so gross       gewählt,    dass die     Erwärmung    der Steuerflüssigkeit  während des Betriebes     ein        vorbestimmtes    Mass nicht  überschreitet.     Gegebenenfalls    kann auch     eine    Rück  kühlanlage     für        die        Steuerflüssigkeit        in    den Steuer  kreislauf     miteinbezogen        werden.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Hydraulische Steuerungseinrichtung für Brenn- kraftmaschinen, insbesondere Gasmaschinen, mit einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Steuerpumpe, deren einzelne aus einem Steuerflüs- sigkeitsbehälter ,gespeiste :

   und periodisch Förderim- pulse erzeugende Pumpenelemente über je eine Druckleitung und ein Rückschlagventil mit je einem hydraulischen Arbeitszylinder in Verbindung stehen, dessen Arbeitskolben die @öffnungs- und Schliessbe- wegung des federbelasteten Einblasventils steuert,

   wobei der Arbeitszylinder zu Beginn der Ventil- schliessbewegung über eine seitlich ausmündende Ab flussleitung, in der Endphase der Ventilschliessbewe- gung hingegen nach Abschluss der Abflussleitung durch den Arbeitskolben über eine in die Drucklei tung einmündende, eine Drosselstelle enthaltende Umgehungsleitung mit der Rücklaufleitung für die Steuerflüssigkeit verbunden ist, dadurch gekenn zeichnet,

   dass jedes Pumpenelement (1) druckseitig ein Entlastungsventil (1') aufweist und zwischen Druckleitung (2) und Arbeitszylinder (5) zusätzlich je ein Differenzkolbenventil (14) parallel zum Rück schlagventil (3) angeordnet ist, das den Rücklauf der Steuerungsflüssigkeit in die unmittelbar in den Steu- erflüssigkeitsbehälter (15) einmündende Rücklauflei- tun,g (13) .steuert, wobei die den grösseren Durchmes ser aufweisende Kolbenstirnfläche (16)

   des Diffe- renzJkolbenventils (14) den periodischen Förderim- pulsen der Steuerpumpe (1) ausgesetzt und die als Rücklaufventil ausgebildete Kolbenstimfläche (18) kleineren Durchmessers von der aus .dem Arbeitszy linder (5) rückströmenden Steuerflüssigkeit beauf- schlagt ist.