DE1250677B - Hydraulische Steuerungseinrichtung fur Brennkraftmaschmenventile, insbesondere fur die Emblasventile einer Gasmaschine - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Deutsche Kl.:

F02d

Nummer: . ; ■:. 1250 677
Aktenzeichen: L 51978 I a/46 bl
Anmeldetag: 27. Oktober 1965
Auslegetag: 21. September 1967

Bei Brennkraftmaschinen mit hydraulischer Steuerung ergeben sich häufig beträchtliche Unterschiede der, indizierten Leistung der einzelnen Zylinder als Folgeerscheinung eines ungleichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern. Die Ursache dieser Abweichungen besteht einerseits in unterschiedlichen Ventilhüben, z.B. der Einblaseventile bei einer Gasmaschine, andererseits in nicht gleichmäßiger Zuteilung der Luft zu den einzelnen Motorzylindern.

Die Folgeerscheinungen ungleichmäßiger Zylinderladungen durch Abweichungen der Mischungsverhältnisse vom Sollwert sind bekannt. So führt, insbesondere bei Gasmaschinen, das Vorhandensein eines zu reichen Gemisches zum Klopfen und eines zu armen Gemisches zu Aussetzern in den entsprechenden Motorzylindern. Neben einer verminderten Leistung und einem höheren Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine stellt sich als Folgeerscheinung des Klopfens und der dadurch verursachten übermäßigen thermischen und mechanischen Belastung ein rascher Verschleiß funktionswichtiger Motorteile ein.

Für die oft beträchtlichen Abweichungen der Ventilhübe untereinander sind zahlreiche Einflüsse verantwortlich, unter denen die Kompressibilität der Steuerflüssigkeit den bedeutendsten Faktor darstellt, as Die Kompressibilität der Steuerflüssigkeit ist nämlich die Hauptursache dafür, daß sich die unvermeidbaren Unterschiede in den Dimensionen der Steuerleitungen sowie die Fertigungstoleranzen der Steuerpumpe und der übrigen Elemente der hydraulischen Steuereinrichtungen so nachteilig auf die Größe des Ventilhubes auswirken. Weitere Einflüsse bilden unter anderem die elastische Ausdehnung der Druckleitungen (Atmen) und die Leckverluste. Ebenso beeinflussen auch voneinander abweichende Charakteristiken der Ventilfedern die Hübe der entsprechenden Ventile. Ein Teil dieser Einflüsse, z. B. die Ventilfedercharakteristik, kann sich im Betrieb weiter verändern.

Ein weiterer Nachteil bisher bekannter hydraulischer Steuerungseinrichtungen besteht in der schlechten Eignung für höhere Motordrehzahlen, da die in hohen Drehzahlbereichen auftretenden Schwingungserscheinurigen in den Druckleitungen sowie die durch Massenkräfte bedingte, mit der Drehzahl zunehmende Funktionsunsicherheit der Steuerventile, insbesondere der üblichen Druckventile der Steuerpumpe, einen störungsfreien Betrieb in Bereichen hoher Drehzahlen nicht zulassen. Da die allgemeine Entwicklung des Motorenbaues auf immer höhere Betriebsdrehzahlen hinzielt, bedeutet dies eine beträchtliche Einschränkung des Verwendungsbereiches hydraulischer Steuerungen.

Hydraulische Steuerungseinrichtung für
Brennkraftmaschinenventile, insbesondere für
die Einblaseventile einer Gasmaschine

Anmelder:

Dipl.-Ing. Dr. Dr. h. c. Hans List, Graz

(Österreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,

München 22, Widenmayerstr. 49

Als Erfinder benannt:

Franz Fiedler, Graz (Österreich)

Beanspruchte Priorität:

Österreich vom 28. Oktober 1964 (2 A 9156/64)

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuerungseinrichtung für Brennkraftmaschinenventile, insbesondere für die Einblaseventile einer Gasmaschine, mit einer von der Brennkraftmaschine betriebenen Steuerflüssigkeitspumpe, von der jeder Pumpenzylinder durch eine Druckleitung einerseits über ein federbelastetes Rückschlagventil mit dem hydraulischen Arbeitszylinder für den Antrieb des federbelasteten Ventils und andererseits mit dem Druckraum eines zusätzlichen federbelasteten Steuerschiebers verbunden ist, welcher bei der Schließbewegung des Ventils die Rückleitung der Steuerflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder freigibt. Auch diese bekannte hydraulische Steuerungseinrichtung ist mit den eingangs erläuterten Mängeln und Nachteilen behaftet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Einrichtung derart zu vervollkommnen, daß sich für sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine möglichst gleiche Ladungsverhältnisse zur Erzielung gleicher indizierter Zylinderleistungen ergeben und überdies eine Betriebssicherheit der Einrichtung auch für höhere Drehzahlen (über 1500 U/min) gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise in die Druckleitung zwischen dem: Pumpenzylinder und dem Arbeitszylinder des Ventils ein einstellbares Druckregelelement zur Einstellung des Ventilhubes eingeschaltet ist und daß das Druckregelelement durch das Rückschlagventil gebildet ist.

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Dadurch ist erreicht, daß das Druckmittel· im Verlauf des Betätigungsvorganges vor seinem Einwirken auf den Arbeitskolben das Druckregelelement durchströmen muß. Der sich dabei einstellende Flüssigkeitsdruck ist durch die Einstellung des Druckregelelementes bestimmt. Erst wenn der Öffnungsdruck durch das Druckmittel überwunden ist, beginnt die Wirkung auf den Arbeitskolben. Bei mehreren parallelliegenden Steuereinrichtungen können mittels der in ihnen lie-

keit von den Kennlinien zweier Federn in der Praxis undurchführbar.

Beim Gegenstand der Erfindung sind hingegen Pumpenkolben, Druckleitung und Arbeitskolben 5 hintereinandergeschaltet. Der Hub des Arbeitskolbens ist bei gleichbleibendem Hub und Fördervolumen der Pumpe von der Volumenabnahme zufolge der Kompressibilität der Flüssigkeit und der Elastizität der sie ■ umschließenden Verbindungsleitungen (Atmen) ungenden Ventilhübe, die sich aus den Toleranzen ihrer io abhängig. Das bei den einzelnen Steuerkreisen unter-Teile, verschiedenen Längen der Druckleitungen und schiedliche Ausmaß dieser Auswirkungen ist mittels dem dadurch bestimmten verschiedenen Flüssigkeits- des Ventils einstellbar, indem bei gleichbleibendem volumen ergeben, ausgeglichen werden. Diese zeit- Fördervolumen der Pumpe der Steuerdruck erhöht liehen und größenmäßigen Unterschiede sind auf die bzw. reduziert wird. Dadurch kann der Einfluß von Kompressibilität des Druckmittels und die Elastizität 15 Kompressibilität und Dilatation kompensiert und für der Druckleitungen zurückzuführen. die Arbeitskolben aller Zylinder derselbe Hub erzielt

Es ist zwar bereits bekannt, die Kompressibilität werden, ohne daß Totraum zugeschaltet oder ein Teil des Druckmittels zur Verstellung der Steuerdaten der der Steuerflüssigkeit abgezweigt werden muß. hydraulisch betätigten Brennkraftmaschinenventile In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der

auszunutzen; die Ausnutzung der Kompressibilität 20 Erfindung schematisch dargestellt, das nachfolgend des Druckmittels und der Dilatation der Druckleitun- näher beschrieben ist: Mit 1 ist eine Steuerflüssigkeitsgen zur Einstellung des Kolbenhubes mittels eines in pumpe, Z;B. eine Einspritzpumpe üblicher Bauart, der Druckleitung selbst liegenden Druckregelelemen- bezeichnet. Jeder Pumpenzylinder 2 steht druckseitig tes stellt jedoch eine neuartige Lösung dar. über eine Druckleitung 3, ein Rückschlagventil 4 und

Bei den bekannten Vorschlägen handelt es sich um 25 eine Verbindungsleitung 8 mit dem Druckraum eines Ausgleichsgefäße, deren Volumen durch unter Feder- ■ hydraulischen Arbeitszylinders 9 in Verbindung, in kraft stehende Teile in Abhängigkeit von dem in ihnen
herrschenden Druck veränderlich ist. Wesentlich ist
dabei jedoch, daß diese Ausgleichsgefäße beim Ansteigen des Druckes einen Teil der in der Verbin- 30
dungsleitung zwischen Pumpe und Arbeitszylinder
enthaltenen Flüssigkeitsmenge aufnehmen. Je nach,
dem — im allgemeinen einstellbaren — Druckverhalten dieser Ausgleichsgefäße nehmen diese ein verschieden großes Flüssigkeitsvolumen auf. Bei solchen 35
Einrichtungen ist die Anpassung mehrerer gleichzeitig wirkender Steuereinrichtungen aneinander besonders schwierig, weil diese Anpassung nur mittelbar
erfolgen kann. Bei einer Verstellung der Relation zwischen Druck- und Volumenänderung des Ausgleichs^ 40
raumes verändert sich das gesamte Druckverhalten
der Steuereinrichtung und als Folge davon die Auswirkung der Kompressibilität des Druckmittels und
der Dehnungen der Verbindungsleitungen auf den

Hub des Arbeitskolbens. Eine Abstimmung mehrerer 45 mündet. Der Steuerzylinder 18 besitzt eine von der paralleler Steuerkreise in der Weise, daß die Be- freien Stirnkante des Kolbens 19 auf steuerbare wegungen der einzelnen Arbeitskolben zeitlich im
Einklang miteinander stehen, ist unter diesen Umständen sehr aufwendig. Gleichartige Schwierigkeiten

und Unzulänglichkeiten ergeben sich auch bei einer 50 zur Steuerflüssigkeitspumpe 1.

weiteren bekannten Ausbildung einer Steuereinrich- Zwischen der Verbindungsleitung 8 und der Ab-

tung, bei der ein Rückschlagventil in einer zum flußleitung 15 befindet sich eine Umgehungsleitung Arbeitskolben parallelliegenden Leitung für das 16 mit einer Drossel 17.

Druckmittel liegt. Bei dieser Anordnung sind für den Für diese Steuereinrichtung ergibt sich folgende

Druckanstieg vor dem Arbeitskolben und damit für 55 Betriebsweise: Die Steuerflüssigkeitspumpe 1 ist von den zeitlichen Verlauf seiner Arbeitsbewegung die der Brennkraftmaschine angetrieben. Sie fördert bei Charakteristiken der beiden Federelemente maß- jedem Aufwärtshub eines ihrer Pumpenkolben eine gebend, die den Arbeitskolben in der Ausgangs- vorbestimmte Steuerflüssigkeitsmenge vom Pumpenstellung zu halten bestrebt sind und den Hubbeginn zylinder 2 in die Druckleitung 3. Die Steuerflüssigkeit des Rückschlagventils bestimmen. Hieraus folgt, daß 60 beaufschlagt über die Druckleitung 3' den Kolben 19

dem der Arbeitskolben 10 zur Betätigung des Einlaßventils 11 axial geführt ist. Das Einlaßventil 11 mit dem Teller 12 ist durch die Ventilfeder 13 im Schließsinn belastet.

Das Rückschlagventil 4 ist durch eine Belastungsfeder 5, deren Vorspannung mittels einer Einstellschraube 6 mit Rändel 7 verändert werden kann, in Schließrichtung belastet.

Die Druckleitung 3 steht über eine weitere Leitung 3' mit dem Druckraum 21 eines Steuerzylinders 18 in Verbindung, in dem ein außer durch den Steuerflüssigkeitsdruck zusätzlich durch eine Belastungsfeder 20 belasteter Steuerkolben 19 axial geführt ist.

Der Arbeitszylinder 9 besitzt nahe dem oberen Hubende des Arbeitskolbens 10 eine seitliche Steuerbohrung 14, an welche die Abflußleitung 15 anschließt, die in den Steuerzylinder 18 auf der der Feder 20 gegenüberliegenden Seite des Steuerkolbens 19

Steuerbohrung 22, an die die Steuerflüssigkeitsrückleitung 23 zum Steuerflüssigkeitsbehälter 24 anschließt. Vom Behälter 24 führt eine Speiseleitung 25

es einer sehr feinfühligen Abstimmung bedürfte, wollte man die Hubbewegung des Arbeitskolbens durch Veränderungen an der Rückstellfeder des ■Rückschlagventils einregulieren. Ein dauerhafter und insbesondere über einen größeren Drehzahlbereich gültiger Ausgleich von Unterschieden der Ventilhübe mehrerer Zylinder ist wegen der für jede einzelne Ventilbetätigungseinrichtung bestehenden Abhängig-

des Steuerzylinders 18 und hält dabei die Steuerbohrung 22 geschlossen. Solange das Rückschlagventil 4 geschlossen ist, steigt der Flüssigkeitsdruck in der Druckleitung 3 unter gleichzeitiger Ausdehnung der Rohrwandüngen der Druckleitung so lange an, bis der voreingestellte Öffnungsdruck des Rückschlagventils 4 erreicht ist. Das Ausmaß der elastischen Dehnung der Druckleitung sowie der Zeitpunkt der

Öffnung des Rückschlagventils 4 sind also abhängig vom jeweils eingestellten Öffnungsdruck.

Nach Öffnung des Rückschlagventils 4 beaufschlagt die Steuerflüssigkeit über die Verbindungsleitung 8 den Arbeitskolben 10, der das Einlaßventil 11 entgegen der Wirkung der Ventilfeder 13 öffnet.

Nach Absteuern der Steuerflüssigkeitspumpe bei der Verwendung einer üblichen Einspritzpumpe, also bei Auf steuern der Überstrombdhrung durch eine Steuerkante des Pumpenkolbens, tritt in den Druckleitungen 3 und 3' eine Entlastung ein, so daß das Rückschlagventil 4 schließt und der Steuerkolben 19 nur mehr durch seine Feder 20 belastet ist. Die Ventilfeder 13 bewirkt nun das Schließen des Ventils 11 unter gleichzeitigem Ausschub der im Arbeitszylinder 9 befindlichen Steuerflüssigkeit durch den Arbeitskolben 10. Zunächst gelangt die Steuerflüssigkeit über die Abflußleitung 15 an die Stirnfläche des Steuer-. kolbens 19 und verschiebt diesen gegen die Kraft seiner Belastungsfeder 20. Der Steuerkolben 19 gibt die Steuerbohrung 22 frei, so daß die Steuerflüssigkeit über die Leitung 23 in den Behälter 24 abströmt. Gegen Ende der Ventilschließbewegung schließt der Arbeitskolben 10 die Steuerbohrung 14, _und_die_jm Arbeitezyjinder^9_ noch _yorhandene._Steuexflüss_igkeiL^5_ gelangt „über^ die TJmgehungsleitung„.lfi.:,,d.urclL·_die,

JDrossel 17' giejcMalls in, den Behälter 24,zuiii.ck..In _.,.

,dieser "Endphase der, .Ventilschließbewegung v.err.,.....

ursacht die: Drossel17ein verzögertes Abströmen der Steuerflüssigkeit, so daß ein weiches Aufsetzen des..30, VentiltellersX!2 * gewährleistet" 1st. . Durch entsprechende Einstellung des Öffnungsdruckes des Rückschlagventils 4 ist eine Feineinstellung des Ventilhubes sämtlicher Steuerkreise der Brennkraftmaschine und somit eine Koordinierung der Charakteristiken sämtlicher Ventile möglich.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hydraulische Steuerungseinrichtung für Brenn-, kraftmaschinenventile, insbesondere für die Einblaseventile einer Gasmaschine, mit einer von der Brennkraftmaschine betriebenen Steuerflüssigkeitspumpe, yon der jeder Pumpenzylinder durch eine Druckleitung einerseits über ein federbelastetes Rückschlagventil mit dem hydraulischen Arbeitszylinder; für den Antrieb des federbelasteten Ventils und andererseits mit dem Druckraum eines zusätzlich federbelasteten Steuerschiebers verbunden ist, welcher bei der Schließbewegung des Ventils die Rückleitung der Steuerflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder steuert, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in die Druckleitung (3) zwischen dem Pumpenzylinder (2) und dem Arbeitszylinder (9) des Ventils (11) ein einstellbares Druckregelelement zur Einstellung des Ventilhubes eingeschaltet ist und daß das Druckregelelement durch das Rückschlagventil (4) gebildet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 466 504, 467 440;
   österreichische Patentschrift Nr. 240 649;
   italienische Patentschrift Nr. 626 258;
   KFZ-Fachblatt, Nr. 5/1954, S. 146 und 147.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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