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Hydraulische Steuerungseinrichtung für -Brennkraftmaschinen,insbesondere
Gasmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuerungseinrichtung
für Brennkraftmaschinen, insbesondere Gasmaschinen, mit einer von der Brennkraftmaschine
angetriebenen Steuerpumpe, deren einzelne aus einem Steuerflüssigkeitsbehälter gespeiste
und periodisch Förderimpulse erzeugende Pumpenelemente mit durch Überströmung gesteuertem
Förderende über je eine Druckleitung und ein Rückschlagventil mit je einem hydraulischen
Arbeitszylin= der in Verbindung stehen, dessen Arbeitskolben die Öffnungs- und Schließbewegung
des federbelasteten Gaswechsel-, insbesondere Einblaseventils steuert, wobei der
Arbeitszylinder zu Beginn der Ventilschließbewegung über eine seitlich ausmündende
Abflußleitung, in der Endphase der Ventilschließbewegung hingegen nach Abschluß
der Abflußleitung durch den Arbeitskolben über eine von der Druckleitung abzweigende,
eine Drosselstelle enthaltende Umgehungsleitung mit der Rücklaufleitung verbunden
ist, und in der Rücklaufleitung zwischen der Einmündungsstelle der Umgehungsleitung
und dem Steuerflüssigkeitsbehälter ein Ventilglied vorgesehen ist, das den Rücklauf
der Steuerflüssigkeit in die Rücklaufleitung beherrscht.
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Es ist bereits eine Steuerungseinrichtung der genannten Art bekanntgeworden,
bei der als Steuerpumpe eine Kraftftoffeinspritzpumpe üblicher Bauart verwendet
wird, wobei die Druckräume der einzelnen Pumpenelemente mit der Druckleitung unmittelbar
verbunden sind. Vor der Eintrittsstelle der Druckleitung in das Rückschlagventil
mündet die Rücklauf-Leitung für die Steuerflüssigkeit in die Druckleitung ein, die
somit periodisch abwechselnd in beiden Richtungen von der Steuerflüssigkeit durchströmt
wird. .Zur Speisung der einzelnen Pumpenelemente wird die Steuerflüssigkeit einem
Hochbehälter entnommen und mittels einer eigenen Förderpumpe über eine Speiseleitung
und ein Rückschlagventil der obengenannten Umgehungsleitung zugeführt, von der es
über die Rücklaufleitung sowie die Druckleitung in den Druckraum des Pumpenelementes
gelangt. Beim anschließenden Arbeitshub des Pumpenkolbens wird die Steuerflüssigkeit
in entgegengesetzter Richtung durch die Druckleitung dem Arbeitszylinder zugeführt,
dessen Kolben das Einblaseventil der Brennkraftmaschine öffnet. Beim Rückgang des
Pumpenkolbens der Einspritzpumpe strömt die Steuerflüssigkeit vom Arbeitszylinder
über die Rücklaufleitung bzw. Umgehungsleitung und über die Druckleitung in das
Pumpenelement zurück und gelangt über dessen Saugbohrung in den Steuerflüssigkeitskreislauf
zurück. Bei Ventilbetätigungseinrichtungen dieser Art ergeben sich vor allem Nachteile
bei der Schließbewegung der Ventile. Bei hohen Drehzahlen kommt es zu Druckschwingungen
in der Steuerflüssigkeit, .die sich auf die einzelnen Ventile übertragen und dadurch
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 Ventilschließvorganges 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
Aufwand an Leitungen einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau auf, so-daß es fraglich
.erscheint, ob die Vorteile eines solchen hydraulischen Steuerungssystems den hohen
Aufwand rechtfertigen, zumal da auch eine erhöhte Störungsanfälligkeit der Einrichtung
in Kauf genommen werden muß.
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Die Erfindung beseitigt die genannten Nachteile und verfolgt das Ziel;
eine möglichst vereinfachte Steuerungseinrichtung zu schaffen, die auch bei wesentlich
höheren Betriebsdrehzahlen als bisher möglich, einwandfrei arbeitet.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch verwirklicht, daß in an sich
bekannter Weise jedes Pumpenelement druckseitig ein bei Förderende ansprechendes
Entlastungsventil aufweist und daß das. Ventilglied als zwischen Druckleitung und
Arbeitszylinder
parallel. zum Rückschlagventil; angeordnetes Differenzkolbenventil
ausgebildet ist, bei dem die den größeren Durchmesser aufweisende Kolbenstirnfläche
den Förderimpulsen der Steuerpumpe ausgesetzt und die als Ventilfläche ausgebildete
Kolbenstirnfläche kleineren Durchmessers von der aus dem Arbeitszylinder rückströmenden
Steuerflüssigkeit beaufschlagt ist.
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Die an sich bekannte Anordnung eines Entlastungsventils an der 1Jmspritzpumpe
bewirkt dabei beim Ende des Förderhubes eine augenblickliche Druckentlastung der
Druckleitung und des Arbeitskolbens, zugleich aber auch des Differenzkolbenventils,
wodurch der Ventilschließvorgang unmittelbar ausgelöst wird. In- vorteilhafter Weise
ergeben sich dadurch auch bei höheren Drehzalleri bis etwa 1$00 U/min kurze Ventilöffnungszeiten,
so däß es in keinem Fall zu einer überschneidung der Gaseinblaseperiode mit der
Spülperiode kommt. Darüber hinaus bietet eine solche Ausbildung den Vorteil, daß
sich jede normale Kraftstoffeinspritzpumpe in der gleichen Ausführung wie für Diesehnotören
ohne jedwede Änderung zum Einbau in die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung eignet,
sofern deren Pumpenelemente mit Entlastungsventilen versehen sind bzw: werden. Die
Entwicklungs- bzw. Baukosten edier eigenen Steuerpumpe können daher eingespart werden.
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Ein wesentlicher Fortschritt wird weiter auch dadurch erzielt, daß
die während der Ventilschließbewegung zurückströmende. Steuerflüssigkeit auf kurzem
Wege über das Diflerenzkolbenventil in die drucklose Rücklaufleitung gelangt, wobei
der zu überwindende vergleichsweise sehr geringe Strömungswiderstand eine 1-lerabsetzung
der VentlIschließkraft und damit auch eine Verringerung des Veütilsitzverschleißes
ermöglicht.
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Zur einwandfreien Funktion der Einrichtung auch in höheren £7rehzaWbereieheii-trägt
vor allem der geschlossene Steuer$üssigkeitskreisläuf bei, da in der Druckleitung;,
ein Gegensatz zu der bekanntere Einrichtung, keine tewegtmgsumkehr der Steuerflüssigkeit
stattfindet, scö däß hierdurch bedingte Schwülgungserscheinüngen während der Verttilschleßbewegung
ausgeschlossen sind.
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Von besonderer Bedeutung für einen rationellen und störungsfreien
Betrieb - der Anlage ist die Tatsache, daß der erfindungsgemäße Effekt trotz des
wesentlich verringerten baulichen Aufwandes erreicht wird. So führt zu jedem
Arbeitszylinder nur eine einzige Druckleitung, wogegen zur Rückführung der Steuerflüssigkeit
in den Behälter eine gemeinsame @drücklose Sanirnelleitung vorgesehen ist. Da erfindungsgemäß
zur Speicherung der Steuerflüssigkeit kein eigener 1=Iöchbehälter erforderlich ist,
bereitet die Uriterbringürig des Behälters trotz der meist beengten Platzverhältnisse
bei Brennkraftmaschinen keinerlei Schwierigkeiten. Obwohl sich die Steuerflüssigkeit,
insbesondere in hohen Drelzählbereichen, rasch erwärmt, sind infolge -des geregeltere
Kühlkreislaufes eigene Kühleinrichtungen für die Steuerflüssigkeit im Normalfall
entbehrlich; da die Kühlwirkung des Behälters im ällgerneinen.die Erwärmung der
Steuerflüssigkeit im Betrieb voll knmperisiert.
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Eine weitere Überlegenheit der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung
gegenüber der bekannten Ausführung bestellt fernerhin in ihrer dauernden Betriebsbereitschaft,
da -sich die 1Jntlüftung des Steuerleitungssystems während des Betriebes selbsttätig
voll -zielt. Lediglich zur erstmaligen ]Lnbetrieblialinie"der Steuerungseinrichtung
ist eine Entlüftung des Steuerleitungssystems über eine einzige Entlüftungsschraube
am-höchsten Punkt. des Leitungssystems. erforderlich.
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Den Gegenstand der Erfindung weiter ausbildende Einzelheiten"und Vorteile
der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur
zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung.
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Die Steuerpumpe 1 weist druckseitig je Pumpenelement ein Entlastungsventil
1' auf, an das die Druckleitung 2 anschließt. Am anderen Ende verzweigt sich die
Druckleitung 2 in zwei Äste, von denen der eine über ein Rückschlagventü 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 Kblbenstirifläche
16 abgeschlossenen Druckraum eitles Differenzkolbenvehtils 14 eiumündet. Im Arbeitszylinder
5 ist ein Arbeitskolben 6 gleitbar gelagert, dessen freies Ende auf der Schaftendfläche
eines -Vtüi einer Ventilfeder 8 in Schließrichtung belasteten Einblaseventils 7
aufliegt. Der Druckrauen des Arbeitszylinders 5 ist über eine seitliche Bohrung
10 ,mit dem Differenzkelbenventil 14 durch die Abflußleitung 9 verbunden,
die auf der Seite der als kücklaufventil ausgebildeten Xölbenstirnläche 18 einmündet.
Das durch die Kraft der Feder 17 belastete Iiückläufventil trennt dabei die Abflüßleitung
9 vom überätrömraum 19 des Differenzkölbenventils 14. Der Überströmräum 19 weist
eine seitliche Öffnung für die Rücklaufleitung 13 auf, welche unmittelbar in den
Steueiüssigkeitsbehälter 15 rhündet. 'Über .die den Steuerfiüssigkeitsbehälter 15
irit der Steuerpumpe 1 verbindende Saugleitung 20 schließt sich der Kreislauf für
die Steuerflüssigkeit.
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Zwischen dem Arbeitszylinder 5 und dem Differenzkölbenventil 14 ist
außer der AbAußleitung 9 auch noch eilte Umgehungsleitung 11 vorgesehen, die einer
seits mit der Druckleitung 4, anderseits mit der Abflußleitung 9 in Verbindung steht
und in der eine Drosselstelle 12 angeordnet ist.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung ist
nun folgende: -Durch den von der Steuerpumpe 1 ausgehenden rördernipuls wird über
das Entlastungsventil -1'* und die Dreickleitung 2
das Rückschlagventil 3
geöffnet. Die Steuerflüssigkeit wirkt über die: Druckleitung 4 auf den Arbeitsköm=
bei 6, der entgegen der Kraft der Ventilfeder 8 das Einblaseventil7 öffnet. Derselbe
Förderirrepuls beaufschlagt auch die größere Kölbelistirnfiäche 16 des Differenzkölbenventüs
14 und drückt dadurch die als I,ücklaufventil ausgebildete Xölbenstithfiäcke 18
im Schließsinn auf ihren Sitz. Damit wird die Abflußleitung 9 vom Überströmraum
19 des Differenzköi= benventils 14 getrennt, so daß während der Pörder= perlöde,
die das Öffnen des Ventils bewirkt, ein Rück= strömen der Stelrerflüssigkeit in
die Puüeklaufleitung 13 verhindert wird. Nach Beendigung der Förderung durch Überschleifen
eitler Steuerkante in der Einspritzpumpe 1, was in der gleichere Art Wie bei Diesel
einspritzpumpen erfolgt, wird die Druckleitung 2 durch das in der Einspritzpumpe
1 angeordnete Entlastungsventil 1' druckentlastet. Das Rückschlag= ventil 3 schließt
und trennt dabei das aus dem Druckrätin des Arbeitszylinders 5 und den Leitungen
4, 9 und 11 bestehende Steuerleitungssystem Von der Druckleitung 2 bzw. der Steuerpumpe
1. Die Ventilfeder 8 schließt sodann das Einblaseventil 7, schiebt
den
Arbeitskolben 6 zurück und drückt die Steuerflüssigkeit durch die Bohrung 10 und
die Abflußleitung 9 gegen die kleine Kolbenstirnfläche 18 des Diffeienzkolbenventils
14 und öffnet dasselbe. Über den Überströmraum 19 des Differenzkolbenventils 14
gelangt die Steuerflüssigkeit nahezu urigedrosselt 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 rückströmenden 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
ergibt, die ein langsames Aufsetzen des Einblaseventils 7 bewirkt. Sobald letzteres
geschlossen ist, hat der Arbeitskolben 6 seine Ausgangsstellung erreicht und das
Differenzkolbenventil 14 kehrt in die Schließstellung zurück. Zum sicheren Abschluß
des Differenzkolbenventils 14 ist die auf die Kolbenstirnfläche 16 in Schließrichtung
einwirkende Druckfeder 17 vorgesehen.
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Die Speisung der Steuerpumpe 1 für den nächsten Förderimpuls erfolgt
sodann über die Saugleitung 20 aus dem Steuerflüssigkeitsbehälter 15. Die Füllmenge
des Steuerflüssigkeitsbehälters 15 ist dabei so groß gewählt, daß die Erwärmung
der Steuerflüssigkeit während des Betriebes ein vorbestimmtes Maß nicht überschreitet.
Gegebenenfalls kann auch eine Rückkühlanlage für die Steuerflüssigkeit in den Steuerkreislauf
mit einbezogen werden.