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Spritzversteller für Kraftstoff-Einspritzpumpen Die Erfindung betrifft
einen Spritzversteller für Kraftstoffeinspritzpumpen, der an der Kupplungsstelle
zwischen einer Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine und der Antriebswelle der
Einspritzpumpe angeordnet ist.
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Bei Einspritzbrennkraftmaschinen hängt der richtige Einspritzzeitpunkt
von der Maschinendrehzahl ab. Es sind zur Berücksichtigung dieses Zusammenhanges
bereits Spritzversteller vorgeschlagen worden, die in der Regel an der Kupplungsstelle
der Einspritzpumpe angeordnet sind und die auf die - im allgemeinen der halben Maschinendrehzahl
entsprechende - Pumpendrehzahl ansprechen. Sie regeln den Einspritzzeitpunkt in
Abhängigkeit von dieser Drehzahl. Nachteilig ist bei den bisher bekanntgewordenen
Spritzverstellern, daß sie verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und in der Herstellung
aufwendig sind. Trotzdem sind ihre Regelcharakteristiken den praktischen Belangen
nick. oder nur sehr ungenügend angepaßt oder sie verändern sich im Laufe der Zeit
von selbst; eine mit zunehmender Drehzahl etwa linear zunehmende Voreinspritzung
wird mit diesen Spritzverstellern nicht erreicht.
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So ist bereits ein Spritzversteller für Kraftstoffeinspritzpumpen
bekannt, der eine Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine und die Antriebswelle der
Einspritzpumpe mit einem drehzahlabhängig änderbaren Verstellwinkel kuppelt und
zwei an je einer dieser Wellen drehfest gehaltene, um ihre gemeinsame Achse verdrehbar
ineinandergreifende Bauteile aufweist, von denen der eine unter dem Einfluß der
Fliehkraft entgegen der Kraft je einer Feder um parallel zur gemeinsamen Drehachse
angeordnete Lagerbolzen schwenkbare Fliehgewichte trägt, die mit dem anderen Bauteil
über je einen Gleitstein zur Dbertragung des Drehmomentes gekuppelt sind, der auf
einem zum zugehörigen Lagerbolzen parallelen Lagerzapfen schwenkbar gelagert ist
und mit zwei achsparallel gegenüberliegenden Gleitflächen zwischen dem Fliehgewicht
und dem anderen Bauteil eine verschiebbare Gelenkstelle bildet. Dieser Gleitstein
ist aber auf einem fest in dem betreffenden Fliehgewicht sitzenden Lagerzapfen schwenkbar
gelagert, und die Geometrie der Kupplungsanordnung ist derart, daß im Bereich relativ
niedriger Drehzahlen eine bestimmte Winkelauslenkung des Fliehgewichts nur eine
sehr geringe Drehwinkelverstellung des mittleren Bauteils des Verstellers ergibt,
während mit zunehmender Auslenkung des Fliehgewichts die Änderung des Verstellwinkels
je Einheit des Schwenkwinkels des Fliehgewichts mehr und mehr zunimmt. Bei dieser
Ausführung eines Spritzverstellers wirkt die Geometrie der Gleitsteinanordnung einer
Proportionalität zwischen Drehzahl und Verstellwinkel entgegen. Die hier verwendeten
Wickelfedern können diesen Nachteil nicht beseitigen.
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Weiter sind seit langer Zeit Zündversteller bekannt, deren grundsätzliche
Aufgabe der Aufgabe von Spritzverstellern entspricht, doch liegen hierbei wesentlich
einfachere Betriebsverhältnisse vor, da über den Zündversteller keine großen Drehmomente
geleitet werden, wie dies bei Spritzverstellern notwendig ist.
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Bei einem dieser Spritzversteller erfolgt die übertragung der Ausschwenkung
der Fliehgewichte auf den zu verstellenden Bauteil über normale Verzahnungssegmente.
Diese Verzahnungssegmente können bei genauer Bearbeitung der Zähne zwar ein annähernd
gleichmäßiges Winkelübersetzungsverhältnis geben, wie bei allen Verzahnungen treten
aber Drehmomentpulsationen auf, weil die Berührungspunkte der Zahnflanken sich beim
Abwälzen der beiden Verzahnungen aufeinander in radialer Richtung verschieben, was
einer Änderung der beiderseitigen Hebelarme entspricht, wodurch angesichts der Abstützung
der Fliehgewichte auf die elastischen Federn Verstellwinkeländerungen auftreten,
die es unmöglich machen, eine stetige und lineare Winkelverstellung zu erreichen.
Zudem haben Zahnräder normalerweise eine linienförmige Berührung, wodurch die Abnutzung
erhöht und die Lebensdauer des ganzen Gerätes verkürzt wird. Es kommt noch hinzu,
daß jede merkbare Abnutzung im Laufe der Zeit zu einer Veränderung der Einstellung
führt.
Bei einem anderen Spritzversteller sind die Fliehgewichte
mit der verdrehbaren Nabe im Zentrum des Verstellers über eine Gelenklasche gekuppelt,
die in der Ausgangsstellung mit ihrem schwenkbaren Gelenk in einer geraden Linie
mit den beiden festen Gelenken der Fliehgewichte und dem Angriffspunkt der Lasche
an dem mittleren Bauteil liegt. Bei einer derartigen Anordnung ergibt eine gegen
die Kraft der Federn erfolgende Auslenkung der Fliehgewichte zunächst nur eine sehr
geringe Verdrehung des zweiten Bauteils, da sich das bewegliche Gelenk nur wenig
aus der Verbindungslinie herausbewegt und damit die tangentiale Bewegung des Gelenkpunktes
nur sehr klein ist. Bei größeren Auslenkungen vergrößert sich die Winkelverstellbewegung
des mittleren Bauteils in zunehmendem Maße, weil die Gelenklasche sich mehr und
mehr einer tangentialen Stellung zu dem mittleren Bauteil nähert. Die sich daraus
ergebende Veränderung des Übertragungsverhältnisses zwischen dem Ausschwenkwinkel
der Fliehgewichte und dem Verstellwinkel des mittleren Bauteils ergibt eine Zunahme
der Änderung des Verstellwinkels mit zunehmender Drehzahl bzw. zunehmender Auslenkung
der Fliehgewichte. Bei dieser Ausführung eines Zündverstellers wird der Nachteil
einer an sich parabelförmigen Abhängigkeit zwischen Verstellwinkel und Drehzahl
noch durch die geometrische Ausbildung der Kupplung zwischen den schwenkbaren Fliehgewichten
und dem zentralen verstellbaren Bauteil vergrößert. Zur Erzielung einer gewissermaßen
steten Verstellkurve müssen die Federn, welche die Fliehgewichte belasten, ganz
speziell ausgelegt sein, da sie nicht nur die parabelförmige Abhängigkeit der Fliehgewichte,
sondern auch den durch die Geometrie dieser Kupplung sich ergebenden Fehler ausgleichen
sollen. Sowie diese Federn auch nur die geringste Ermüdungserscheinung zeigen, verlieren
sie ihre Federcharakteristik und damit ihre womöglich korrigierende Funktion.
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Schließlich ist noch ein Zündversteller, also ein Versteller zur Übertragung
kleiner Drehmomente, bekanntgeworden, bei dem der Hebelarm, mit dem ein auf dem
Fliehgewicht fester Zapfen auf die zugehörige Gleitführung eines besonderen zu verstellenden
Bauteils wirkt, wegen der festen Anordnung des Zapfens an dem Fliehgewicht gleichbleibt,
während sich der Hebelarm der Angriffsstelle des Zapfens in der Gleitführung mit
zunehmender Auslenkung der Fliehgewichte ändert, und zwar größer wird. Das bedeutet,
daß bei etwa gleichbleibendem, auf den mittleren Teil des Verstellers zu übertragenden
Antriebsdrehmoment die sich aus dieser Drehmomentübertragung ergebende, die Wirkung
der Federn unterstützende Rückhaltekraft, die sich einer Auslenkung der Fliehgewichte
widersetzt, abnimmt, je größer die Auslenkbewegung der Fliehgewichte ist. Auch in
diesem Fall wirkt die Geometrie der Kupplung zwischen Fliehgewichten und dem zentralen
Bauteil einer linearen Zunahme des Verstellwinkels mit der Drehzahl entgegen. Da
die Verwendung eines Zapfens in einer Parallel-Gleitführung nur eine linienförmige
Berührung ergibt, die wegen der im Betrieb auftretenden Stöße einem raschen Verschleiß
unterliegt, kann mit diesem Zündversteller die ursprüngliche Einstellung nicht über
längere Zeit aufrechterhalten werden.
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Hiermit zeigt sich, daß auch den bekannten Zündverstellern eine Anregung
für eine verbesserte Ausbildung von Spritzverstellern nicht entnommen werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spritzversteller bereitzustellen,
der bei einfachem Aufbau und unter Vermeidung möglicher Störungsstellen sowie bei
entsprechend zuverlässiger und gleichbleibender Wirkungsweise eine den betrieblichen
Erfordernissen angepaßte Regelung derart gewährleistet, daß mit zunehmender Drehzahl
die Voreinspritzung linear zunimmt und bei dem die weiteren zuvor beschriebenen
Nachteile bekannter Versteller ausgeschaltet sind.
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Bei einem Spritzversteller für Kraftstoffeinspritzpumpen, der eine
Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine und die Antriebswelle der Einspritzpumpe
mit einem drehzahlabhängig änderbaren Verstellwinkel kuppelt und zwei an je einer
dieser Wellen drehfest gehaltene, um ihre gemeinsame Achse verdrehbar ineinandergreifende
Bauteile aufweist, von denen das eine unter dem Einfiuß der Fliehkraft entgegen
der Kraft je einer Feder um parallel zur gemeinsamen Drehachse angeordnete Lagerbolzen
schwenkbare Fliehgewichte trägt, die mit dem anderen Bauteil über je einen Gleitstein
zur Übertragung des Drehmomentes gekuppelt sind, der auf einem zum zugehörigen Lagerbolzen
parallelen Lagerzapfen schwenkbar gelagert ist und mit zwei achsparallel gegenüberliegenden
Gleitflächen zwischen dem Fliehgewicht und dem anderen Bauteil eine verschiebbare
Gelenkstelle bildet, besteht nun die erfindungsgemäße Lösung darin, daß die Lagerzapfenachsen
der Gleitsteine etwa in der den zugehörigen Fliehgewicht-Lagerbolzen in sich aufnehmenden
Axialebene des Spritzverstellers liegen und daß die auf die Fliehgewichte wirkenden
Federn aus Blattfederpaketen bestehen, deren Federelemente in an sich bekannter
Weise einerseits an den zugehörigen Fliehgewichten festgelegt sind und sich mit
ihren freien Enden nacheinander an einen die Federrückstellkräfte der Blattfederpakete
untereinander ausgleichenden beweglichen Ring anlegen, wodurch die Nachteile der
bekannten Spritz- und auch Zündversteller in sehr einfacher Weise beseitigt sind.
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Die Lagerzapfen für die Gleitsteine sitzen an dem mittleren Bauteil
des Spritzverstellers, der das zu übertragende Drehmoment über die Gleitsteine auf
die Fliehgewichte überträgt, und zwar in einer geometrischen Anordnung, bei der
in der Ausgangsstellung die Achse des Spritzverstellers, der Lagerzapfen des Gleitsteines
und der Schwenklagerbolzen des jeweiligen Fliehgewichtes in einerAxial-bzw. Radialebeneliegen.
Bei einer Auslenkung des Fliehgewichtes infolge Zunahme der Drehzahl ist zunächst
die Änderung des Verstellwinkels in Abhängigkeit von dem Auslenkwinkel des Fliehgewichtes
am kleinsten. Sie kann erst bei größerer Auslenkung des Fliehgewichtes zunehmen,
weil sich der Hebelarm, mit dem die Schlitzgleitführung an dem Gleitstein angreift,
zunächst nur sehr wenig ändert. Damit wirkt bereits die grundsätzliche Geometrie
der Kupplung zwischen Fliehgewicht und mittlerem Bauteil des Verstellers günstig
im Sinn einer linearen Abhängigkeit zwischen Drehzahl und Verstellwinkel. Von besonderem
Vorteil ist ferner, daß die Federn, welche die Fliehgewichte belasten, als echte
Blattfederpakete ausgeführt sind, die bei einer Auslenkung der Fliehgewichte nicht
in größeren Abständen nacheinander, sondern verhältnismäßig schnell nacheinander
zur Anlage an dem äußeren
ringförmigen Gehäuseteil kommen, und daß
der gesamte Ausschwenkwinkel der Fliehgewichte verhältnismäßig klein gehalten ist.
Durch diese Anordnung werden die Drehzahlintervalle, innerhalb derer nur eine bzw.
nur zwei Federn des Blattfederpakets wirksam sind, sehr kurz gehalten, und die Verstellkennlinie
ist - wegen des Zusammenwirkens mit der Geometrie der Gleitsteinkupplung - eine
praktisch gerade Linie. Neben der wichtigen Funktion des sich frei drehenden Ringes,
die gegebenenfalls ungleich großen Verstellkräfte der Fliehgewichte auszugleichen,
werden durch seine Anordnung bzw. Wirkung Unwuchtvibrationen weitgehend gedämpft,
so daß die Abnutzung der Gleitsteine und -führungen geringgehalten ist. Die Abnutzung
der Gleitsteine und -führungen infolge der Verstellbewegung der Fliehgewichte ist
sehr klein gehalten, da durch die gewählte kinematische Anordnung im hauptsächlichen
Betriebsbereich des Spritzverstellers nahezu keine relative Verstellbewegung an
den gleitenden Flächen stattfindet. Damit ist zugleich ein großer Verschleiß an
den Gleitsteinen und -führungen, wie er bei bekannten Verstellern bereits allein
durch die Vibration auftritt, vermieden.
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Weiter sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Federpakete
mit zueinander in ihrer Längsversetzung einstellbaren Blattfedern versehen.
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Schließlich wird in weiterer Ausbildung des Erfindungsgegenstands
vorgeschlagen, daß die Gleitsteine je in einer rechteckigen nutförmigen Ausnehmung
am inneren Randteil des entsprechenden Fliehgewichtes geführt sind.
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In der Zeichnung ist das Wesen der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht; es zeigt F i g. 1 einen mit dem erfindungsgemäßen Spritzversteller
versehenen Einspritzpumpenantrieb schematisch in der Seitenansicht, F i g. 2 den
Spritzversteller im Stillstand im Querschnitt nach Linie 11-II der F i g. 3 vergrößert
dargestellt, F i g. 3 den Spritzversteller in einem Längsschnitt nach Linie III-111
der F i g. 2 und F i g. 4 den Spritzversteller im Betrieb im Querschnitt.
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Der in seiner Gesamtanordnung aus F i g. 1 ersichtliche Spritzversteller
1 ist zwischen einer zugehörigen Abtriebswelle 2 der Brennkraftmaschine 3 und der
Antriebswelle 4 einer Einspritzpumpe 5 an Stelle einer sonst üblichen einfachen
Antriebskupplung angeordnet.
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Aus den F i g. 2 bis 4 geht hervor, daß der Spritzversteller 1 im
einzelnen einen mit einer Nabe 7 fest verbundenen Flansch 6 aufweist, der über die
Nabe 7 fest mit der Antriebswelle 4 der Einspritzpumpe verbunden wird. Auf der den
Spritzversteller 1 axial durchsetzenden Nabe 7 ist eine Buchse 8 verdrehbar gelagert,
die an ihrem den Flansch 6 abgelegenen Ende einen Außenbund 9 aufweist. Der letztere
trägt Kupplungsklauen 10, die mit am freien Ende der Abtriebswelle 2 befindlichen
Kupplungsklauen 11 im Sinn eines Antriebs der Buchse 8 zusammenwirken (vgl. auch
F i g. 1).
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Auf dem Flansch 6 sind parallel zur Achse der Nabe 7 verlaufende Lagerzapfen
12 befestigt, auf denen je ein Fliehgewicht 13 schwenkbar gelagert ist. Jedes Fliehgewicht
13 weist an einer etwa zwischen seinem Lagerzapfen 12 und der Nabe 7 befindlichen
inneren Randstelle eine rechteckige nutförmige Ausnehmung 14 auf, in der
ein Gleitstein 15 in Längsrichtung der Ausnehmung verschiebbar gelagert ist.
Jeder Gleitstein 15 ist auf einem Lagerzapfen 16 drehbar gelagert, der beiderseits
des Gleitsteins 15 in je einem äußeren Lagerauge 17 der Buchse 8 gelagert ist. Jede
Ausnehmung 14 ist an ihren beiden gegenüberliegenden Enden mit Erweiterungen 14
a versehen, damit die Fliehgewichte 13 bei ihrem Ausschwenken nicht gegen die Lageraugen
17 stoßen können.
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Jedes Fliehgewicht 13 weist an seinem radial zur Nabe 7 außenliegenden
Rand eine etwa nutförmige Ausnehmung 18 auf, in der eine Anzahl zu einem Federpaket
vereinigter Blattfedern 19a, 19b, 19c befestigt ist. Die Blattfedern
19 a, 19 b, 19 c ragen mit ihren anderen freien Enden bis an einen
frei drehbaren, beweglichen Ring 23 innerhalb eines den Spritzversteller nach außen
abschließenden ringförmigen Gehäuses 20, das mittels Muttern 21 an
die mit entsprechenden Gewindebolzen versehenen freien Enden der Lagerzapfen 12
angeschraubt ist. Die nutförmigen Ausnehmungen 18 sind im übrigen so bemessen, daß
die Blattfedern 19 a, 19 b, 19 c nur an ihrer Einspannungsstelle am Grund der Nut
anliegen und sich beim Betrieb des Spritzverstellers - und drehzahlabhängig nach
außen geschwenkten Fliehgewichten 13 - ungehindert in die Ausnehmungen 18 hinein
ausbiegen können.
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Der beschriebene Spritzversteller arbeitet folgendermaßen: Wird die
Abtriebswelle 2 beim Betrieb der Brennkraftmaschine 3 in Richtung des Pfeiles 22
der F i g. 2 verdreht, so nimmt sie dabei über die Kupplungsklauen 11 und 10 die
Buchse 8 im gleichen Maße mit. Die Buchse 8 treibt ihrerseits die Nabe 7 über die
Gleitsteine 15 und die um die Lagerzapfen 12 schwenkbaren Fliehgewichte 13 an.
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Wenn die Antriebsdrehzahl der Abtriebswelle 2 zunimmt, dann schwenken
die Fliehgewichte 13 um die Lagerzapfen 12 des Flansches 6 um einen Winkel nach
außen aus, der der Antriebsdrehzahl proportional ist. Durch diese Schwenkbewegungen
ergibt sich eine dem Schwenkwinkel genau entsprechende Relativverdrehung des Flansches
6 gegenüber der Buchse 8, weil die Fliehgewichte 13 über die in ihre Ausnehmungen
14 eingreifenden Gleitsteine 14 mit der Buchse 8 gekuppelt sind (vgl. F i
g. 4). Die Relativverdrehung des Flansches 6 - und damit der Antriebswelle 4 der
Einspritzpumpe 5 - gegenüber der Buchse 8 erfolgt dabei in Drehrichtung (vgl. Pfeil
22), woraus sich die angestrebte drehzahlabhängige Voreinspritzung ergibt, obgleich
die Einspritzpumpe 5 im übrigen genau mit der von der Abtriebswelle 2 der Brennkraftmaschine
3 bestimmten Drehzahl umläuft.
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Die zu dem Federpaket zusammengesetzten Blattfedern 19 a, 19
b, 19 c lassen sich leicht so bemessen, daß sich eine genau geradlinige Voreinspritzung
ergibt, wobei der Ring 23 die durch die Federn 19 a, 19 b, 19 c hervorgerufenen
Rückstellkräfte ausgleicht, so die gleichartige federnde Abstützung aller Fliehgewichte
13 bewirkt und darüber hinaus Unwuchtvibrationen weitgehend dämpft, so daß damit
die Abnutzung der Gleitsteine 15 und -führungen 14 geringgehalten wird.
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Aus der vorstehenden Beschreibung geht weiterhin hervor, daß der erfindungsgemäße
Spritzversteller sehr einfach aufgebaut ist, weil seine Fliehgewichte 13 mit der
Buchse 6 lediglich über die Gleitsteine 15 gekuppelt
sind. Er ist
auch störungsunempfindlich und im Betrieb zuverlässig, weil die beschriebene Ausbildung
seiner Teile selbst nach langem Betrieb nur eine minimale Abnutzung ergibt. Schließlich
läßt er auch ohne weiteres einen umgekehrten Einbau zu, in welchem Fall lediglich
die Fliehgewichte auf die zugehörigen Lagerzapfen umgekehrt aufgesteckt werden müssen,
damit sich die gleiche lineare Voreilung auch bei der entsprechend umgekehrten Drehrichtung
ergibt.