DE1055290B - Hydraulische Regelvorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Das Hauptpatent betrifft eine hydraulische Regelvorrichtung für Einspritzbrennkraftmaschinen mit einer Regelflüssigkeitspumpe, die mit einer der Maschinendrehzahl proportionalen Drehzahl angetrieben wird. DieRegelvorrichtung ist mit einem Ar bei tskolben versehen, der auf die Regelstange der Brennstoffeinspritzpumpe einwirkt und durch einen von der Regelflüssigkeitspumpe gelieferten Flüssigkeitsdruck betätigt wird. Sie besitzt ferner ein im hydraulischen Kreis angeordnetes Abfluß ventil, das den Abfluß der gelieferten Flüssigkeitsmenge steuert und mit dem Arbeitskolben zusammenwirkt, so daß es zwangläufig die Kolbenbewegung mitmacht. Weiterhin ist die hydraulische Regelvorrichtung nach dem Hauptpatent mi.t einem die Grundeinstellung des Abflußventils bewirkenden D rehzahl wählhebel sowie mit einem mit der Regelstange zusammenarbeitenden Brennstoffmengenbegrenzungskolben ausgerüstet, der von einem drehzahlabhängigen Druck beaufschlagt ist und bei jeder Einstellung der Regelvorrichtung eine übermäßige Brennstoffzufuhr zur Maschine verhindert. Dabei ist zwischen der Auslaßseite der Regelflüssigkeitspumpe und dem Arbeitskolben ein Druckreduzierventil vorgesehen, in welchem der Druck im wesentlichen proportional der Durchflußmenge und damit proportional der Maschinendrehzahl abnimmt, und die l>eiden Seiten des Brennstoffmengenbegrenzungskolbens sind an die beiden Seiten des Druckreduzierventils angeschlossen.

Bei manchen Kraftmaschinenanlagen und bei bestimmten Anwendungsgebieten derselben ist es erwünscht, wenn man das bei verschiedenen Drehzahlen abgegebene Drehmoment der Maschine einregeln kann. Zu diesem Behufe wird nach dem Hauptpatent die Bewegung des Brennstoffmengenbegrenzungskolbens einer Regelvorrichtung derart gesteuert, daß bei verhältnismäßig niedriger Maschinendrehzahl die Verstellung der Regelstange der Einspritzpumpe und damit das von der Maschine abgegebene Drehmoment begrenzt wird, das sich in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl ändert, während bei Drehzahlen oberhalb eines bestimmten AVertes die Bewegung der Regelstange auf einen annähernd konstanten oder nach einer anderen Funktion von der Maschinendrehzahl abhängigen Wert begrenzt wird. Dabei kann die Bewegung des Brennstoffmengenbegrenzungskolbens auch derart gesteuert werden, daß bei Drehzahlen oberhalb eines anderen bestimmten Wertes die Bewegung der Regelstange in einer Weise begrenzt wird, die nach einer weiteren, von den bisher erwähnten abweichenden Funktion von der Maschinendrelhzahl abhängt.

Nach dem Hauptpatent ist bei einer Regelvorrichtung ein doppeltwirkender Brennstoffmengenbegren-Hydraulisdie Regelvorrichtung

Zusatz zum Patent 1 040 317

Anmelder:
D. Napier & Son Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 26. April 1954

Charles Horace Lionel Wynne, London,
ist als Erfinder genannt worden

zungskolben vorgesehen, und seine beiden Seiten sind den Drücken ausgesetzt, die sich vor bzw. hinter dem Druckreduzierventil ergeben. Das letztere ist so eingerichtet, daß der an ihm auftretende Druckabfall der sekundlich hindurdhfließenden Flüssigkeitsmenge und daher der Maschinendrehzahl proportional ist, während auf den Mengenbegrenzungskolben eine Doppelfederanordnung einwirkt. Die letztere ist derart eingerichtet, daß während des ersten Teils der Bewegung des Mengenbegrenzungskolbens (die niedrigen Maschinendrehzahlen entspricht) nur eine der beiden Federn wirksam ist, wohingegen während des übrigen Teils dar Bewegung· des Mengenbegrenzungskolbens sich auch die andere Feder noch auswirkt. Solch, eine Doppelfederanordnung ermöglicht eine Veränderung des Zusammenhanges ζwisahen der Maschinendrehzahl und dem Begrenzungspunkt der Regelstange der Einspritzpumpe.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine solche Doppelfederanordnung nur eine ungefähre Steuerung der Stellung des Brennstoffmengenbegrenzungskolbens bei verschiedenen Masohinendrehzahlen erlaubt, und außerdem ist es schwierig oder unmöglich, sie in raumsparender Form herzustellen.

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Regelvorrichtung für Einspritzbrennkraftmaschinen der im Hauptpatent beschriebenen Art und kennzeichnet sich durch eine solche Ausbildung des Druckreduzier-

809 790/170

ventils, daß bei geringen je Sekunde hindurchfließenden Flüssigkeitsmengen (entsprechend niedrigen Maschinendrehzahlen) das Ventil einen verhältnismäßig engen Durchlaß von konstantem Querschnitt bildet, bei größer werdenden Durchflußmengen jedoch einen stetig zunehmenden Querschnitt aufweist.

Die Stellung des Brennstoffmeragenbegrenzungskolbens und infolgedessen auch das maximal zulässige, von der Maschine abgegebene Drehmoment nimmt daher bei geringen Maschinendrehzahlen zunächst stark zu, bleibt aber oberhalb einer bestimmten Drehzahl ziemlich konstant.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Begrenzung für den Maximalquerschnitt der Druckreduzierventilöffnung vorgesehen, die diese in der Weise begrenzt, daß sich bei allen Durchflußmengen oberhalb eines bestimmten Wertes ein verhältnismäßig großer, aber konstanter Querschnittswert ergibt. Bei allen Maschinendrehzahlen oberhalb eines Punktes ändert sich also die Stellung des Mengenbegrenzungskolbens wieder verhältnismäßig stark mit der Maschinendrehzahl.

Das Druckreduzierventil besitzt zweckmäßig ein Ixnvegliches und mit einer Feder belastetes Verschlußelement mit wenigstens einem Durchlaß, der einen bei kleinen Durchlaßmengen wirksamen geringen Durchlaßquerschnitt besitzt, und mit einem kolbenähnlichen Teil, das dem von der Auslaßseite der Regelflüssigkeitspumpe gelieferten hydraulischen Druck ausgesetzt ist und entgegen der Kraft der Feder einen Hilfsdurchlaß öffnet, wenn die von der Regelflüssigkeitspumpe gelieferte Flüssigkeitsmenge über einen bestimmten Wert anwächst.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist das kolbenähnJiche Teil des Druckreduzierventils als Ventilteller ausgebildet, der mit einem festen Sitz zusammenarbeitet und bei Durchflußmengen oberhalb eines bestimmten Wertes vom Sitz abgehoben wird, wobei er einen ringförmigen Durchlaß von verhältnismäßig großem Querschnitt am Umfang des Ventiltellers öffnet.

Mit Vorteil ist l>ei einer Regelvorrichtung nach der Erfindung der Brennstoffmengenbegrenzungskolben mit einer einfachen Federanordnung versehen, deren Charakteristik über den gesamten Kolbenweg annähernd konstant bleibt. Die Erfindung kann auf verschiedene Art verwirklicht werden. Eine zweckmäßige Verkörperung der Erfindung wird zunächst nachstehend in Form eines Ausführungsbeispiels beschrieben, und zwar in Anwendung auf die spezielle Steueranordnung, die in der Beschreibung des Hauptpatents erläutert ist.

In der Zeichnung entspricht Fig. 1 der Fig. 2 des Hauptpatents und zeigt lediglich das Druckreduzierventil, den Brennstoffmengenbegrenzungskolben, den Arbeitskolben und das Abflußventil, während die übrigen Teile der Steuereinrichtung unverändert geblieben und nicht näher dargestellt sind.

Die Fig. 2 und 3 zeigen den beweglichen, im Druckreduzierventil enthaltenen Ventilkörper in vergrößertem Maßstabe, und zwar einmal im Schnitt und einmal von unten geseihen.

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit des λόπ der Maschine maximal abgegebenen Drehmoments in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl.

Bei diesem Ausführungsbeispiel stimmt die Steuereinrichtung mit der im Hauptpatent beschriebenen überein, jedoch mit Ausnahme des Abschlußkolljens und der zu ihm gehörenden Federanordnung und mit Ausnahme des Druckreduzierventils.

Das abgeänderte Druckreduzierventil besteht gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer zylindrischen Ventilhülse 10, die an ihrem unteren Ende mit dem ringförmigen, an die nicht dargestellte Pumpe angeschlossenen Kanal 11 und an ihrem oberen Ende mit einem ringförmigen Auslaßkanal 12 in Verbindung steht, der an die untere Seite des Arbeitskolbens 13 angeschlossen ist. Ein beweglicher Ventilkörper 14 ist am oberen Ende der Ventilhülse 10 vorgesehen und

ίο weist einen Teller 15 auf, der auf dem oberen Rand der Hülse aufsitzt. Der Teller 15 ist mit sechs Bohrungen 16 versehen, die gleichmäßig über seinen Umfang verteilt sind und zusammen einen kleinen Durchlaßquerschnitt für den Durchtritt einer hydrau-Iisehen Flüssigkeit durch den Ventilkörper darstellen, wenn dieser auf dem Rand der Ventilhülse 10 aufsitzt. Der A^entilteller 15 ist auf seiner Unterseite dem höheren, am Ventil herrschenden Druck ausgesetzt und wirkt kolben ähnlich.

Der bewegliche Ventilkörper 14 ist auf einer Führungsstange 17 verschiebbar, die sich durch die Ventilhülse 10 hindurch erstreckt und in einem Endstück 18 der Ventilhülse unterhalb des Einlaßkanals 11 befestigt ist. Das obere Ende des beweglichen Ventilkörpers 14 trägt eine Druckfeder 19, die an einem am oberen Ende der Stange 17 befestigten Widerlager 20 anliegt. Auf einem mit Gewinde versehenen Teil der Stange 17 sind oberhalb des Ventilkörpers 14 zwei Muttern 21 vorgesehen, die den Hub des Ventilkörpers begrenzen und zur Einstellung des Hubes verstellt werden können. Wenn die das Ventil durchströmende Flüssigkeitsmenge und daher auch der am Ventil auftretende Druckunterschied einen l>estimmten Wert überschreitet, so hebt sich der Ventilkörper entgegen der Wirkung der Feder, und es ergibt sich ein zusätzlicher ringförmiger Durchlaß am Rande des Ventiltellers 15, der einen zusätzlichen Durchflußquerschnitt darstellt.

Der Brennstoffmengenbegrenzungskolben25 ist, wie auch im Hauptpatent, mit einem mittleren »Sumpf «- Teil 26 ausgerüstet, in dem sich das untere Ende einer Steuerstange 27 bewegen kann. Die letztere ist mit einem Glied 28 verbunden, das zur Steuerung der Brennstoffeinspritzpumpe der Maschine dient. Das untere Ende der Stange 27 ist mit einem vergrößerten Kopf oder einer Stellmutter 29 versehen, die eine mit Spiel behaftete Verbindung zwischen der Stange 27 und dem Kolben 25 herstellt. Die Oberseite des Brennstoffmengenbegrenzungskolbens 25 ist dem am Auslaßkanal 12 des Druckreduzierventils 14 herrschenden Druck ausgesetzt. Die Unterseite des Brennstoffniengenbegrenzungskolbens 25 dagegen steht mit dem Einlaßkanal 11 über den Kanal 30, 31 in Verbindung und ist daher dem Druck ausgesetzt, der auf der Einlaßseite des Druckreduzierventils herrscht.

Wie beim Hauptpatent, so ist auch hier der ebenfalls mit der Steuerstange 27 verbundene Arbeitskolben 13 an seiner oberen Seite dem »Arbeitsdruck« einer Flüssigkeit ausgesetzt, die in den Kanal 40 durch ein nicht dargestelltes Auslöseventil gelangt, das dazu dient, den »Balance-Druck« auf einem konstanten Wert zu halten, der auf die Unterseite dieses Kolbens einwirkt. Der Kanal 40 ist mit einem Raum von verhältnismäßig niedrigem Druck über einen Kanal 41 verbunden, der mittels des Abflußventils 42 verändert werden kann. Das letztere wird durch einen schwenkbar an der Steuerstange 27 befestigten Hebel 43 verstellt, der auf dem oberen Ende des Ventils 42 aufliegt und um einen verstellbaren Drehpunkt 44 geschwenkt werden kann. Eine Verstellung des Dreh-

punktes 44 wirkt sich auf die Einstellung des Abflußventils aus und hat daher audh Einfluß auf die von der Maschine abgegebene Leistung.

Der Arbeitskolben 13 ist auf der Steuerstange 27 derart befestigt, daß er sirih auch dann aufwärts bewegen kann, wenn die Stange 27 durch das Anliegen der Mutter 29 am Brennstoffmengenbegrenzungskolben 25 festgehalten ist. Hierzu ist an der Stange 27 oberhalb des Kolbens 13 ein Bund 45 befestigt; eine Druckfeder 46 liegt an diesem Bund an und drückt den Kolben gegen einen auf der Stange befestigten Stellring 47, während der Kolben selbst frei auf der Stange gleiten kann.

Während bei der im Hauptpatent gezeigten Einrichtung eine Doppelfederanordnung auf die Oberseite des Brennstorrrnengenbegrenzungskolbens25 einwirkt, ist diese Anordnung bei der vorliegenden Erfindung durch eine einfache Druckfeder 32 ersetzt, die auf die Oberseite des Brennstoffmengenbegrenzungskolbens einwirkt und an einem festen Flansch 33 im Arbeitszylinder anliegt. Die Stellung des Brennstoffmengenbegrenzungskolbens 25 und daher auch der Anschlag für die Bewegung der Steuerstange 27 wird demnach von der Druckdifferenz gesteuert, die zwischen den beiden Seiten des Druckreduzierventils 14 herrscht und gegen die Druckfeder 32 wirkt.

Fließt in der Zeiteinheit nur wenig Flüssigkeit durch das Ventil 14, was bei niedrigen Maschinendrehzahlen der Fall ist, so bleibt der bewegliche Ventilkörper 14 auf seinem Sitz, nämlich dem Rand der Ventilhülse 10, und der wirksame Ventilquersdhnitt ist konstant, nämlich gleich dem Querschnitt der Bohrungen 16 im Ventilteller. Der am Ventil auftretende Druckabfall ändert sich damit angenähert mit dem Quadrat der sekundlich das Ventil durchströmenden Flüssigkeitsmenge. Der exakte Zusammenhang zwischen dem Grenzwert des Maschinendrehmoments und der Maschinendrehzahl hängt unter diesen Umständen von der exakten Größe und Gestalt der Teile des Ventils und deren Verhältnis zu den anderen Teilen der Vorrichtung ab. Bei Maschinendrehzahlen oberhalb eines bestimmten Wertes, der von der Feder 19 abhängt, bewirkt der auf den Teller 15 des beweglichen Ventilkörpers 14 einwirkende Druckunterschied ein allmähliches Abheben von der Ventilhülse 10, wobei sich ein stetig wachsender zusätzlicher Durchflußquerschnitt für die Flüssigkeit ergibt. Hierbei nimmt offenbar der Hub des Ventilkörpers mit wachsender Maschinendrehzahl stetig zu. Wie stark sich hierbei der wirksame Durchflußquerschnitt des Ventils ändert, hängt von der Bemessung der Feder 19 und von noch anderen Umständen ab, doch bei passender Bemessung der Teile ist es möglich, zu erreichen, daß das von der Maschine abgegebene Drehmoment über diesen Drehzahlbereich konstant oder wenigstens annähernd konstant bleibt. Man kann auch erreichen, daß das Drehmoment etwa linear, aber nur verhältnismäßig langsam, mit anwachsender Drehzahl zunimmt. Wächst die Maschinendrehzahl jedoch über einen bestimmten oberen Wert, so legt sich der bewegliche Ventilkörper 14 gegen den Anschlag 21 auf der Führungsstange 17, und der wirksame Durchflußquersehnitt des Ventils bleibt für alle Maschinendrehzahlen konstant, die oberhalb dieses bestimmten Wertes liegen. Dann steigt der Druckabfall am Ventil wieder angenähert mit dem Quadrat der Durchflußmenge durch das Ventil.

Es wird daher einleuchten, daß eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Masehinendrehzahl und der Stellung des Brennstoffniengenbegrenzungskolbens 25 ein stufenförmiges Bild ergibt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Bei niedrigen Maschinendrehzaihlen besteht die Charakteristik aus einer annähernd geraden Linie A ... B von großer Steilheit, die ein Teil einer quadratischen Parabel ist; bei mittleren Maschinendrehzahlen besteht die Charakteristik aus einer annähernd geraden Linie B ... C von verhältnismäßig geringer Steilheit, während bei noch höheren Maschinendrehzahlen die Charakteristik aus einer dritten, annähernd geraden Linie C ... D von großer Steilheit besteht, die ebenfalls ein Teil einer anderen quadratischen Parabel ist. Der erste steMe Teil A .. .B der Kurve dient dazu, die maximal zulässige Brennstoffzufuhr zur Maschine im gleichen Maße zu beschränken, wie die Masehinendrehzahl abnimmt, vornehmlich um zu hohe Temperaturen in der Verbrennungszone der Maschine zu vermeiden. Der letzte steile Teil C... D ist dazu bestimmt, die zulässige Einstellung der Brennstoffzufuhr bei hohen Drehzahlen zu vergrößern, urn damit mechanische und Brennstoffverluste auszugleichen, die bei hohen Drehzahlen auftreten. Bei allen Maschinendrehzahlen unterhalb des Punktes A ist die maximal zugelassene Brennstoffzufuhr konstant, und dieser Wert wird mit Hilfe einer Einstellschraube 48 eingeregelt, die einen Anschlag für die unterste Stellung des Brennstoffmengenbegrenzungskolbens bildet.

Die Stellung des Brennstoffmengenbegrenzungskolbens 25 bei den verschiedenen Maschinendrehzahlen entspricht also sehr angenähert der idealen Kurve, die in Fig. 4 gestrichelt angedeutet ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Regelvorrichtung für Einspritzbrennkraftmaschinen mit einer Regelflüssigkeitspumpe, die mit einer der Masehinendrehzahl proportionalen Drehzahl angetrieben wird, mit einem Arbeitskolben, der auf die Regelstange der Brennstoffeinspritzpumpe einwirkt und durch einen von der Regelflüssigkeitspumpe gelieferten Flüssigkeitsdruck betätigt wird, ferner mit einem im hydraulischen Kreis angeordneten Abflußventil, das den Abfluß der gelieferten Flüssigkeitsmenge steuert und mit dem Arbeitskolben zusammenwirkt, so daß es zwangläufig die Kolbenbewegung mitmacht, weiterhin mit einem die Grundeinstellung der Abflußiventils bewirkenden Drehzahlwählhebel sowie mit einem mit der Regelstange zusammenarbeitenden Brennstoffmengenbegrenzungskolben, der von einem drehzahlabhängigen Druck beaufschlagt ist und bei jeder Einstellung der Regelvorrichtung eine übermäßige Brennstoffzufuhr zur Maschine verhindert, wobei zwischen der Auslaßseite der Regelflüssigkeitspumpe und dem Arbeitskolben ein Druckreduzierventil vorgesehen ist, in welchem der Druck im wesentlichen proportional der Durchflußmenge und damit proportional der Masehinendrehzahl abnimmt, und die beiden Seiten des Brennstoffmengenbegrenzungskolbens an die beiden Seiten des Druckreduzierventils angeschlossen sind, nach Patent 1 040 317, gekennr zeichnet durch eine solche Ausbildung des Druckreduzierventils (10, 14), daß bei geringen je Sekunde hindurchfließenden Flüssigkeitsmengen (entsprechend niedrigen Maschinendrehzahlen) das Ventil einen verhältnismäßig engen Durchlaß (16) von konstantem Querschnitt bildet, bei größer werdenden Durchflußmengen jedoch einen stetig zunehmenden Querschnitt aufweist.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzung (21) für den Maximalquerschnitt der Druckreduzierventilöffnung vorgesehen ist, die diese in der Weise begrenzt, daß sich bei allen Durchflußmengen oberhalb eines bestimmten Wertes ein verhältnismäßig großer, aber konstanter Querschnitt ergibt.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein im Druckreduzierventil vorgesehenes bewegliches und mit einer Feder (19) belastetes Verschlußelement (14) mit wenigstens einem Durchlaß (16), der einen bei kleinen Durchflußmengen wirksamen geringen Durchlaßquerschnitt besitzt, und mit einem kolbenähnlichen Teil (15), das dem von der Auslaßseite der Regelflüssigkeitspumpe gelieferten hydraulischen Druck ausgesetzt ist und entgegen der Kraft der Feder (19) einen HilfsdurChlaß öffnet, wenn die von der Regelflüssigkeitspumpe gelieferte Flüssigkeitsmenge über einen bestimmten Wert anwächst.

4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kolbenähnliche Teil (15)

des Druckreduzierventils als Ventilteller ausgebildet ist, der mit einem festen Sitz (10) zusammenarbeitet und bei Durchflußmengen oberhalb eines bestimmten Wertes vom Sitz abgehoben wird, wobei er einen ringförmigen Durchlaß von verhältnismäßig großem Querschnitt am Umfang des Ventiltellers öffnet.

5. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffmengenbegrenzungskolben (25) mit einer einfachen Federanordnung (32) versehen ist, deren Charakteristik über den gesamten Kolbenweg annähernd konstant bleibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 814 813, 826 666, 435;

schweizerische Patentschriften Nr. 177 701,
946;

französische Patentschrift Nr. 998 960;

britische Patentschrift Nr. 575 013.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen