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Vorrichtung für eine Einspritz-Brennkraftmaschine mit einem hydraulisch
betätigbaren Regelglied der Einspritzpumpe Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
für eine Einspritz-Brennkraftmaschine mit einem hydraulisch betätigbaren Regelglied
der Einspritzpumpe, bei welcher hydraulische Geber- und Nehmerelemente vorgesehen
sind und hierbei die Bewegung eines willkürlich betätigbaren Geberkolbens über eine
Rohrleitung auf einen Nehmerkolben übertragen wird.
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Wenn sich in dem Innenraum der Vorrichtung, insbesondere in der Rohrleitung,
Luftblasen ansammeln, dann verlieren Geberkolben und Nehmerkolben ihre starre hydraulische
Verbindung; die Flüssigkeitssäule in der Rohrleitung wird dann elastisch zusammendrückbar.
Das führt zu unerwünschten Schwingungen des Nehmerkolbens und zu entsprechenden
Schwankungen der Maschinendrehzahl. Diese äußern sich darin, daß die Maschine zu
stuckern beginnt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung derart auszugestalten,
daß ein solches Stuckern unter allen Umständen vermieden wird und daß daher das
Regelglied durch den Geberkolben weich, d. h. nach einer glatten Kennlinie, verstellt
werden kann und keinen Schwingungen unterliegt.
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Diese Aufgabe, die bei einer bekannten Vorrichtung der angegebenen
Art nicht gelöst war, ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter
Weise der Innenraum der Rohrleitung und der mit dieser in Verbindung stehenden hydraulischen
Elemente mit einem an die Druckflüssigkeitsquelle angeschlossenen Einlaßkanal und
mit einem Auslaßkanal verbunden ist und daß der Auslaßkanal durch die Wirkung des
Geberkolbens derart gesteuert wird, daß er in der Ruhestellung des Geberkolbens
offen, dagegen geschlossen ist, wenn der Kolben betätigt wird, wobei jeder der beiden
Kanäle mit einem Rückschlagventil versehen ist, dessen Öffnungsrichtung von der
Druckflüssigkeitsquelle fortweist.
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Bei einem bekannten hydraulischen Ventilgestänge einer Brennkraftmaschine,
bei welchem die Bewegung eines nockenbetätigten Geberkolbens über eine Rohrleitung
auf einen den Ventilschaft antreibenden Nehmerkolben übertragen wird, ist der Innenraum
der Rohrleitung und der mit dieser in Verbindung stehenden hydraulischen Elemente
mit einem an eine Druckflüssigkeitsquelle angeschlossenen Einlaßkanal und mit einem
Auslaßkanal verbunden. Der Einlaßkanal wird durch die Wirkung des Geberkolbens derart
gesteuert, daß er in der Ruhestellung offen ist, aber geschlossen wird, wenn der
Geberkolben durch den Nocken betätigt wird. Der Auslaßkanal ist mit einem gewöhnlich
offenen Auslaßventil versehen, dessen Öffnungsrichtung auf die Druckflüssigkeitsquelle
hinweist. Erst dann, wenn der Geberkolben einen wesentlich höheren Druck erzeugt
als die Druckflüssigkeitsquelle, schließt sich das im Auslaßkanal angeordnete Ventil
und wirkt erst dann als Rückschlagventil.
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Diese Anordnung ist auf die hydraulische Betätigung des Regelgliedes
der Einspritzpumpe einer Brennkraftmaschine nicht anwendbar, weil der Nehmerkolben
des bekannten hydraulischen Gestänges in Ruhe verbleiben würde, wenn der Geberkolben
nur langsam verstellt wird.
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Zur Lösung der eingangs erläuterten Aufgabe ist es konstruktiv zweckmäßig,
wenn der Geberkolben einen inneren Kolbenteil umfaßt, der durch einen ringförmigen
Kolbenteil umgeben ist, welcher sich erst zu bewegen beginnt, wenn der innere Teil
um ein bestimmtes Maß in der das Regelglied öffnenden Richtung verstellt ist. Das
bietet den Vorteil, daß im Bereich der unteren Drehzahlen, bei welchen nur der innere
Kolbenteil des Geberkolbens verstellt wird, einem größeren Hub dieses inneren Kolbenteils
nur ein kleiner Hub des Regelgliedes entspricht, was eine sehr weiche Regelung der
niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die Erfindung sei nunmehr an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert,
die in den Zeichnungen dargestellt sind.
F i g.1 ist ein herausgebrochener
Seitenriß und zeigt die Anordnung eines Musters der erfindungsmäßigen Drosselsteuerung
mit Betätigen in einem Motorfahrzeug; F i g. 2 ist ein vergrößerter Längsschnitt
durch den Betätigen der F i g. 1; F i g. 3 ist ein längs der Linien 3-3 der F i
g. 2 genommener Querschnitt; F i g. 4 ist eine Stirnansicht auf eines der Elemente
des Betätigerkolbensatzes; F i g. 5 ist eine vergrößerte, herausgebrochene Ansicht
der Drosselsteuer-Kraftstoffpumpe der F i g. 1, wobei die Drosselsteuerung längsgeschnitten
und das Pumpengehäuse zum Teil weggebrochen ist, um gewisse Innenteile zu zeigen.
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In den Zeichnungen, insbesondere in F i g. 1, ist der Motor eines
Kraftfahrzeuges schematisch bei 2 angedeutet. Er trägt eine mittels der Schrauben
4 an ihm befestigte Kraftstoffpumpe 6. Die Drosselsteuerung 8 ist an der Kraftstoffpumpe
6 angebaut und mittels einer biegsamen Rohrleitung 10 mit dem an der Vorderwand
14 des Fahrerplatzes angebauten Geber bzw. Betätigen 12 verbunden. Der Betätigen
12 läßt sich durch ein herkömmliches, nicht gezeigtes Pedal betreiben. Bei dem in
F i g. 1 gezeigten System wird die Bewegung des Betätigers 12 an die Steuerung 8
hydraulisch übertragen, wobei das hydraulische Medium sich im Betätigen 12, der
Steuerung 8 und der verbindenden Rohrleitung 10 befindet.
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In F i g. 5 sieht man, daß die Steuerung 8 in einer Gewindeöffnung
16 in der Wand des Gehäuses 18 der Kraftstoffpumpe 6 eingeschraubt ist. Die Steuerung
8 ist mit einem Nehmer bzw. Druckglied 20 versehen, das sich gegen die Rolle
22 an dem einen Ende eines auf der Tragwelle 26 angelenkten Drosselhebels
24 legt. Der Ausdruck »Drosselhebel« wird hier als Gattungsbegriff zur Bezeichnung
jedes beweglichen Hebels benutzt, der den Ausgang der Kraftstoffpumpe einstellt
oder regelt. Bei dem speziellen, in der Zeichnung dargestellten Muster steuert der
Drosselhebel 24 den Ausgang der Kraftstoffpumpe 6 durch Einstellen des Federsitzes
28, der gleitend auf der Führungsstange 30 angebaut und von dem einen Ende der Reglerfeder
32 erfaßt ist. Das gegenüberliegende Ende der Reglerfeder 32 wird durch das
äußere Ende eines Reglerarms 34 erfaßt, der in F i g. 5 gesehen, entgegen
dem Uhrzeigersinn nach Maßgabe der Motordrehzahl gedrückt wird. Der Reglerarm 34
ist durch die Verbindungsstange 36 mit dem Kraftstoffpumpen-Meßventi138 verbunden,
dessen Drehlage die Kraftstoffmenge bestimmt, die in die Zylinder des Motors 2 durch
die Kraftstoffpumpe 6 einzuspritzen ist.
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Zu den Konstruktionseinzelheiten des Drosselsteuerungseinsatzes 8
sieht man in F i g. 5, daß das Druckglied 20 ein Kolben ist, der in einem Zylinder
40 gleitend eingebaut ist. Der Kolben 20 ragt durch eine Öffnung
42 im unteren Ende des Zylinders 40 heraus und hat ein inneres Endstück
44
größeren Durchmessers, das eine Schulter 46 bildet; diese stößt an den
Umfang der Öffnung 42, wie die F i g. 5 zeigt, um die Vorwärts- oder Auswärtsbewegung
des Kolbens 20 relativ zum Zylinder 40 zu begrenzen. Der verdickte
Teil 44 des Kolbens 20 trägt eine nachgiebige Scheibe oder Packung
48, die eine flüssigkeitsdrucksichere Dichtung mit der inneren Wand des Zylinders
40 bildet. Der Kolben 20 wird durch die Schraubenfeder 50 in
Richtung auf das Innere des Zylinders 40 vorgespannt.
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Der Kolben 20 ist mit einem Axialdurchlaß 52
versehen,
der Verbindung mit einer Mündung 54 am unteren Ende des Kolbens
20 hat. Die Mündung 54
ist normalerweise durch ein Ventil
56 verschlossen, das in die geschlossene Lage durch die Feder 58
vorgespannt
wird, die mit ihrem anderen Ende an die Haltekappe 60 stößt. Die Haltekappe 60 hat
eine Durchgangsöffnung 62.
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Während des normalen Betriebs der Kraftstoffpumpe 6 ist ihre
durch das Gehäuse 18 umgrenzte Kammer mit flüssigem Kraftstoff unter einem
Druck von etwa 0,1 Kilogramm je Quadratzentimeter angefüllt. Dieser flüssige Kraftstoff
unter Druck erhält durch das als Rückschlagventil ausgebildete Einwegventil 56 die
Möglichkeit, durch die Mündung 54 des Kolbens 20 in das Innere des Zylinders 40
vorzudringen; dies macht das hydraulische Medium für die Drosselsteuerung und den
Betätigen betriebsbereit, wie weiter unten beschrieben wird.
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Der Zylinder 40 ist außen über den größten Teil seiner Länge so mit
Gewinde versehen, daß er beim Einschrauben in die Gewindeöffnung 16 axial über einen
beträchtlichen Bereich zur Voreinstellung der verlangten Höchstbewegung des Kolbens
20 und damit der größten Öffnungsbewegung des Drosselhebels 24 justiert werden
kann. Der Zylinder 40 wird in seiner einjustierten Lage durch die Kontermutter 64
blockiert. Eine Packung 66 kann vorgesehen werden, um jedes Durchsickern längs der
Gewindegänge des Zylinders 40 zu vermindern.
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Ein innerer, länglicher Zylinder 68 ist durch Verschrauben in das
Oberende des Zylinders 40 eingesetzt und hat einen Axialdurchlaß 70, der bei 72
Gewinde für die Aufnahme eines Nippels 74 trägt und damit die Verbindung zu der
erwähnten biegsamen Rohrleitung 10 herstellt. Eine Packung 76 kann zwischen dem
inneren Ende des Zylinders 68 und dem äußeren Zylinder 40 vorgesehen werden, um
Durchsickern des Druckmittels zu vermindern. Das innere Ende des inneren Zylinders
68 bildet einen Anschlag für das obere Ende des Kolbens 20 und begrenzt
so die Aufwärtsbewegung des Kolbens und damit die Gesamtbewegung des Drosselhebels
24 in einer ventilschließenden Richtung. Durch Justieren der axialen Lage des inneren
Zylinders 68 relativ zum äußeren Zylinder 40 ist es möglich, die »Leerlauflage«
der Mechanik bequem einzustellen, und diese Einstellung kann ohne störende Abhängigkeit
von der zuvor beschriebenen Einstellung der Höchstbewegung durchgeführt werden.
Der innere Zylinder 68 kann in der axial einjustierten Lage mit Hilfe der Kontermutter
78 blockiert werden.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich wird, bewegt das
Anlegen hydraulischen Drucks die Rohrleitung 10 in das Innere des Zylinders 40 den
Kolben 20 nach unten, um den Drosselhebel 24
in einer ventilöffnenden
Richtung zu bewegen; beim Nachlassen dieses hydraulischen Drucks kehrt der Kolben
20 in seine obere Lage durch die Kraft der Feder 50 zurück und gestattet
dem Drosselhebel 24,
in die Leerlauflage zurückzukehren; die Grenzen des Bewegungsausmaßes
des Kolbens 20 werden durch die Einstellung der beiden Zylinder 40 und
68 vorausbestimmt. Auch wird, wie erwähnt, hydraulisches Medium an die Mechanik
mit Hilfe des Rückschlagventils 56 nachgeliefert.
Die Konstruktionseinzelheiten
des Betätigers 12 lassen sich am besten an den F i g. 2 bis 4 erläutern. Man sieht,
daß der Betätiger einen Hauptkörper 80
enthält, der die Grundform eines Zylinders
und in der Mitte eine längsverlaufende Bohrung oder zylindrische Kammer 82 hat,
die die Verbindung mit einer Mündung oder einem Durchlaß 84 verminderten Querschnitts
am Vorderende 86 herstellt. Der Hauptkörper 80 ist im Querschnitt
am Vorderende 86 abgesetzt, um eine Schulter 88 zu bilden, die mit einer auf dem
Gewindeteil 92 geführten Mutter 90
zusammenarbeitet, um die Montage
des Betätigers zu erleichtern; er kann beispielsweise in einer öffnung der Vorderwand
14 des Fahrerplatzes, wie in den Zeichnungen dargestellt, befestigt werden. Das
vordere Ende 86 des Körperstücks 80 trägt das Gewinde 94, um das Anschlußstück
96 aufzunehmen, mit dessen Hilfe die Rohrleitung 10 dort angeschlossen wird.
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Das gegenüberliegende Ende des Hauptkörpers 80 trägt das Innengewinde
91, um ein Führungsstück 93 einschrauben zu lassen, das einen verlängerten Stiel
95 und eine Durchgangsbohrung 97 hat. Diese bildet eine Führung für einen länglichen
Kolben 98, der in ihr axial gleiten kann. Am äußeren Ende des Kolbens 98 ist ein
Betätigungsknopf 100 befestigt, und der Kolben wird, in F i g. 2 gesehen, nach rechts
durch die Schraubenfeder 102 gedrückt, die zwischen dem Knopf 100 und der
mit dem Gewinde 106 auf das Körperstück 80 aufgeschraubten Kappe
104 verläuft. Ein Balgen 108 aus nachgiebigem Material bildet eine Druckmitteldichtung
und ist an dem einen Ende zwischen dem Knopf 100 und dem Kolben
98
und am anderen Ende zwischen der Kappe 104 und dem Sockel des Führungsstückes
93 eingeklemmt.
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Das innere Ende 110 des Kolbens 98 ist vor der Schulter 112 mit vermindertem
Querschnitt gezeichnet. Das innere Ende 110 des Kolbens 98 geht durch die Mittelöffnung
114 eines Hilfskolbens 116 und kann relativ dazu gleiten. Der Kolben 116 hat einen
Randteil 118 in gleitender Berührung mit der Mittelbohrung 82 und hat einen rückwärts
herausstehenden, ringförmigen Kamm 120, auf dem eine Dichtpackung 122 mit
einem Querschnitt von der Grundform eines U sitzt. Die Dichtpackung 122 dient dazu,
eine Druckmitteldichtung sowohl mit der Wand der Mittelbohrung 82 als auch mit dem
dünneren Innenende 110 des Kolbens 98 zu bilden. Eine Scheibe 124 mit Axialnuten
126 ist zwischen der Packung 122 und dem Ende des Führungsglieds 93 gelegen.
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Der Kolben 116 wird durch die in der Kammer 82 angeordnete Schraubenfeder
130 zurück oder, in F i g. 2 gesehen, nach rechts gedrückt. Am inneren Ende des
Kolbens 98 ist eine Scheibe 132 von der Art befestigt, die im einzelnen in F i g.
4 gezeigt ist und die an dem Kolben 116 anstößt, wenn der Betätiger in der voll
zurückgezogenen, in F i g. 2 gezeigten Lage steht; die Auswärtsbewegung des Kolbens
98 wird so begrenzt. Der Durchmesser des inneren Endes des Kolbens 98 und der Durchmesser
der Scheibe 132 sind kleiner als der innere Durchmesser der Feder 130, so daß der
Kolben 98 axial relativ zum Kolben 116 bewegt werden kann, ohne daß dabei die Feder
130 stört.
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Im Ergebnis der bis hierher beschriebenen Konstruktion erfüllt der
Betätiger 12 die Aufgabe als eine Pumpe, die Druckmittel in die Drosselsteuerung
8 mit einer verminderten Geschwindigkeit während des ersten Bewegungsteils des Kolbens
98 und mit einer gesteigerten Geschwindigkeit während der übrigen Kolbenbewegung
fördert.
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Das heißt also, wenn der Kolben 98 beginnt, durch Druck auf den Knopf
100 nach innen zu wandern, so bewegt er sich relativ zum Kolben 116, der
stehenbleibt; die im Verhältnis zur Bewegung des Kolbens 98 verdrängte Menge hydraulischen
Mediums ist verhältnismäßig klein wegen der kleinen wirksamen Fläche des dünneren
inneren Endes 110 des Kolbens 98 relativ zur Mittelbohrung 82. Wenn jedoch der Kolben
98 genügend weit bewegt wurde, um seine Schulter 112 in Anlage mit der Scheibe
124 zu bringen, so wird die weitere Bewegung des Kolbens 98 durch
die Bewegung des Kolbens 116 begleitet. Dies bedeutet einen sofortigten großen
Anstieg der durch die Bewegung des Kolbens 98 in die Leitung 10 gedrückten
Kraftstoffmenge, schafft also für den gleichen Bewegungsbetrag des Kolbens 98 ein
größeres Flüssigkeitsvolumen an die Drosselsteuerung 8 heran. Diese Anordnung, bei
der Druckmittel durch den Betätiger 12 an die Drosselsteuerung 8 während der Anfangsbewegung
des Kolbens 98 mit einer verminderten Geschwindigkeit und während der darauffolgenden
Bewegung des Kolbens 98 mit einer höheren Geschwindigkeit übertragen wird, liefert
eine wünschenswerte Differenzwirkung, die mit den Eigenschaften der Kraftstoff-Pumpensteuerung
besonders dann gut zusammenpaßt, wenn der Ausgang der Kraftstoffpumpe durch Belasten
oder Entlasten einer Reglerfeder gesteuert wird, wie bei dem speziellen, in den
Zeichnungen veranschaulichten Muster. Bei solchen Installationen ist die Steuerung
bei niedrigen Motordrehzahlen empfindlicher, da bei niedriger Leerlaufgeschwindigkeit
nur ein kleiner Kraftbetrag erforderlich ist, um die Reglerfeder zu spannen und
so den Ausstoß der Kraftstoffpumpe zu steigern und den Motor zu beschleunigen. Bei
höheren Motordrehzahlen ist die Steuerung unempfindlicher, und es ist bedeutend
mehr Kraft erforderlich, um die Reglerfeder zu spannen. Wenn man einen Betätiger
vorsieht, der bei niedriger oder Leerlaufdrehzahl entsprechend »weich« und nach
hohen Geschwindigkeiten hin entsprechend »hart« arbeitet, so ist der Fahrer in der
Lage, die Motordrehzahl durch den gesamten Bereich hindurch zügig zu steuern, insbesondere
bei niedrigen Drehzahlen, bei denen andernfalls ein »Bocken« des Motors schnell
eintreten würde.
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Betrachtet man jetzt die Anordnung, die dazu dient, das System mit
hydraulischem Medium gefüllt und von Luft frei zu halten, so war bereits vorher
erwähnt, daß flüssiger Kraftstoff unter dem Druck in der durch das Gehäuse 18 der
Flüssigkeitspumpe umgrenzten Kammer die Möglichkeit hat, in das Innere der Drosselsteuerung
8 auf dem Wege über das Rückschlagventil 56 im Kolben 20 und von dort in
die Leitung 10 zu gelangen, die die Drosselsteuerung mit dem Betätiger 12 verbindet.
Um zu ermöglichen, daß das System mit Flüssigkeit aufgefüllt und Luft abgeblasen
wird, ist ein Leckweg vorgesehen, der sich auswirkt, wenn der Betätiger in der vollständig
zurückgezogenen, in F i g. 2 gezeigten Lage steht. Wie man am besten in dem Querschnitt
der F i g. 3 erkennt, sind in der inneren Wand des Kolbens 116
mehrere axial
verlaufende Nuten ausgeräumt oder sonstwie eingearbeitet, und an der Seite des inneren
Endes des Kolbens 98 ist eine Anflachung 136 angearbeitet.
Die Anflachung
136 hat genügende Länge, um bis über die hintere Kante der Dichtpackung 122 hinauszureichen,
wenn der Kolben 98 in der in F i g. 2 gezeigten Lage steht. Die Dichtpackung
122
ist vorzugsweise wie in der Darstellung kegelig, um sicherzustellen, daß
der Leckweg hier nicht blockiert wird. Die Flüssigkeit, die bis hinter den Kolben
116 gelangt, geht dann durch die Nuten 126 an der inneren Oberfläche der Scheibe
124 und von dort radial durch die Radialnuten 138 an der Stirnfläche des Führungsglieds
93 zu dem ringförmigen Spielraum 140. Von dort kann die Flüssigkeit durch
die Entlüftung oder Mündung 142 zu dem Entlüftungsrohr 144 entweichen, das
an eine Rückleitung 146
angeschlossen ist; diese ihrerseits kann, falls verlangt,
z. B. zum Kraftstoffbehälter (nicht gezeigt) oder zur Einlaßseite der Pumpe 6 führen.
Ein Rückschlagventil, z. B. die federgespannte Kugel 148, ist nach Belieben in dem
Entlüftungsrohr 144 vorgesehen, um die Mündung 142 gegen Rückschlag der Flüssigkeit
zu verschließen. Um zu verhindern, daß Flüssigkeit innerhalb des Balgens
108 eingefangen wird und den Betrieb des Betätigers stört, ist der Kolben
98 bei 97 »angeflacht«, so daß das Fluidum innerhalb des Balgens die Möglichkeit
hat, durch die Nuten 138 und den Raum 140 zur Mündung 142 zu entweichen.
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Demnach steht, wenn der Betätiger 12 vollständig in die »Leerlaufstellung«
zurückgezogen ist, ein beengter, jedoch genügender Durchflußweg zur Verfügung, um
sicherzustellen, daß sämtliche eingefangene Luft verdrängt ist und daß das System
vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist. Bei Beginn der Bewegung des Kolbens 98
jedoch wandert dessen inneres Ende mit der daran befindlichen Anflachung 136 vor
die Packung 122, die daraufhin eine Abdichtung um den Umfang des Kolbens
bildet und jedes weitere Entlüften aus der Kammer 82 verhindert, bis der Kolben
98 wieder vollständig zurückgezogen ist. Der Gebrauch von Motorkraftstoff als hydraulisches
Medium beim Betrieb der Drosselsteuerung und des Betätigers und die Vorsorge für
selbsttätigen Umlauf des Kraftstoffs, um das System mit Druckflüssigkeit gefüllt
zu halten, beseitigt im wesentlichen die Notwendigkeit, das System nach der Installation
dauernd zu warten.