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Sicherheitseinrichtung zum selbsttätigen Abschalten von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für Brennkraftmaschinen, die
beim Eintritt unzulässiger Betriebszustände die Kraftstofförderung zu den Elementen
der Einspritzpumpe unterbricht.
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Es sind Einrichtungen bekanntgeworden, bei denen bei Auftreten unzulässiger
Betriebszustände durch entsprechend angeordnete Geber ein elektrischer Kontakt geschlossen
wird, wodurch ein Hubmagnet an Spannung gelegt wird, der die Regelstange der Einspritzpumpe
in die Nullförderstellung verstellt.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, bei Auftreten unzulässiger
Betriebszustände den Kraftstoff vor der Einspritzpumpe abzusperren. Eine Einrichtung
dieser Art besteht aus einem Membranventil, auf dessen Membran von der einen Seite
der Schmieröldruck der Brennkraftmaschine wirkt. Auf der anderen Seite der Membran
befindet sich der Betätigungsstift für den Ventilteller, der dann die Kraftstoffzuführung
unterbricht, wenn der Schmieröldruck unter die zulässige unterste Grenze abgesunken
ist. Der Betätigungsstift wird im Kraftstoffraum des Membranventiles geführt.
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Gleichfalls wurde auch schon die Absperrung des Kraftstoffes vor der
Einspritzpumpe durch ein Kolbenventil vorgeschlagen. Bei diesem Kolbenventil wirkt
auf die eine Kolbenseite der Schmieröldruck, die andere Kolbenseite oder eine entsprechende
Steuerkante sperrt den Kraftstoffstrom ab, wenn der Federdruck der über dem Kolben
angeordneten Feder größer ist als der von der anderen Seite wirkende Schmieröldruck.
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Weiterhin wurde auch die Absperrung des Kraftstoffes vor der Einspritzpumpe
durch ein Absperrorgan in der Form eines Hahnkükens oder eines Rotationsschiebers
vorgeschlagen, das durch einen Elektromagneten betätigt wird.
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Auch Einrichtungen, bei denen ein durch besondere Geber gesteuerter
Druckluftstrom auf ein Membranventil wirkt, welches dann bei Erreichen unzulässiger
Betriebszustände den Kraftstoffstrom zum Einspritzorgan der Brennkraftmaschine unterbricht,
sind bekanntgeworden.
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Die beschriebenen Einrichtungen, die zu ihrem Betrieb äußere Hilfsenergie
(elektrischen Strom bzw. Druckluft) benötigen, sind auf Grund ihres baulichen Aufwandes
und der Abhängigkeit von besonderen Energiequellen, insbesondere für kleinere Verbrennungsmotoren,
nicht geeignet. Eine mögliche Fehlerquelle enthalten diejenigen Sicherheitseinrichtungen,
die bei Erreichung unzulässiger Betriebszustände die Regelstange der Einspritzpumpe
in die Nullförderstellung ziehen, dadurch, daß bei Verklemmen eines Einspritzelementes
bzw. der Regelstange die Abstellung der Brennkraftmaschine im Gefahrenfall nicht
gewährleistet ist.
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Die Sicherheitseinrichtungen, bei denen der Schmieröldruck auf eine
flexible Membran oder einen Kolben wirkt, haben die Eigenschaft, daß beim Absinken
des Schmieröldruckes unter einen zulässigen Mindestwert die Kraftstofförderung unterbrochen
wird. Steigt nun der Schmieröldruck wieder bis über den Auslösewert der Abstellvorrichtung
an, so wird die Kraftstoffzuführung wieder freigegeben.
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Durch diese Anordnung ist es beispielsweise nicht möglich, durch Kombination
mit einem hydraulischen Drehzahlschalter eine Sicherung gegen Überdrehen der Brennkraftmaschine
derart zu schaffen, daß das der Abstelleinrichtung zugeführte Schmieröl bei Überdrehzahl
beispielsweise des Dieselmotors abgesteuert wird.
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Das Membran- bzw. Kolbenventil zur Kraftstoffabsperrung öffnet bei
dieser Anordnung den Kraftstofffluß wieder, wenn der erwähnte Drehzahlschalter auf
eine gewisse Drehzahl abgefallen ist. Die überwachte Brennkraftmaschine kommt also
bei überdrehzahlauslösung nicht zum Stillstand.
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Die beschriebenen Einrichtungen mit Membran-bzw. Kolbenabsperrventil
haben auch den Nachteil, daß der Schmieröldruck, bei dem das Ventil auslöst, von
dem Kraftstoffdruck abhängig ist, der die andere Seite der Membran bzw. des Kolbens
beaufschlagt. Weiterhin sind bei diesen Ausführungen bewegliche Teile in Räumen
geführt, die mit Kraftstoff oder Öl gefüllt sind. Es besteht also die Gefahr, daß
durch Harzbildung die beweglichen Teile klemmen und dadurch die Einrichtung versagt.
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Allgemein kann von allen vorstehend beschriebenen Einrichtungen gesagt
werden, daß an vielen Stellen Gleitreibung auftritt, die ein exaktes Arbeiten der
Anlagen unter Umständen beeinträchtigen kann.
Zweck der Erfindung
ist es, eine Sicherheitseinrichtung für Brennkraftmaschinen zu schaffen, die keinen
großen baulichen Aufwand verlangt und bei auftretenden Störungen durch Ausfall der
Schmierung bzw. bei überdrehzahl die überwachte Brennkraftmaschine sicher abstellt.
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Um diese Anlage auch bei kleinen Motoren verwenden zu können, soll
auf die Benutzung äußerer Hilfsenergie (elektr. Strom oder Druckluft) verzichtet
werden. Die Unsicherheiten durch die Möglichkeit des Verklemmens der Regelstange
der Einspritzpumpe bzw. des Verklemmens eines Pumpenelementes sollen vermieden werden.
Die Auslösung soll durch den Kraftstoffdruck nicht beeinflußt werden. Gleitreibung
ist zu vermeiden.
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Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Kraftstöffäbsperrventil
so zu gestalten, daß auch durch einen kurzzeitigen Druckabfall des Schmieröles in
dem Kraftstoffabsperrventil eine Unterbrechung des Kraftstoffstromes erreicht wird,
die zum Stillstand der überwachten Brennkraftmaschine führt.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer
Sicherheitseinrichtung zum selbsttätigen Abschalten von Brennkraftmaschinen, die
bei Unterschreiten eines bestimmten unteren Grenzwertes eines zur Überwachung von
Betriebsgrößen der Maschinen dienenden, von deren Schmiersystem erzeugten Steuerdruckes
die Kraftstoffzufuhr zur Maschine unterbricht und als Absperrorgan für die Kraftstoffzufuhr
.ein federbelastetes Ventil aufweist, das durch ein koaxial angeordnetes, vom Steuerdruck
beaufschlagtes Schaltglied betätigt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
Schaltglied als in Schließrichtung beaufschlagtes Ventil ausgebildet und zusammen
mit dem Kraftstoffabsperrventil auf einer gemeinsamen Spindel angeordnet ist, die
an die kraftstofführenden Räume beiderseits des Absperrventils abdichtenden Membranen,
Faltenbälgen od. dgl. Dichtungen, deren vom Kraftstoffdruck beaufschlagte Flächen
gleich groß sind, befestigt und durch die Nachgiebigkeit dieser Dichtungen in an
sich bekannter Weise gleitreibungsfrei axial geführt ist.
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Erfindungsgemäß wurde auf das Zurückstellen der Einspritzpumpe in
die Nullförderstellung verzichtet und die Abstellung erfolgt in an sich bekannter
Weise durch ein Ventil, welches in der Kraftstoffleitung vor der Einspritzpumpe
angeordnet ist und durch den Schmieröldruck der Brennkraftmaschine gesteuert wird.
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Die Abstelleinrichtung ist so ausgeführt, daß der Druckabfall. der
außer durch Versagen der Schmiereinrichtung beispielsweise auch durch einen Hydraulischen
überdrehzahlschalter erzeugt wird, die Abstelleinrichtung ansprechen läßt und daß
auch nach dem Zurückgehen des Fliehkraftschalters in seine Ausgangslage und dem
damit verbundenen Druckanstieg die Kraftstoffzuführung unterbrochen bleibt.
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Bei der vorgeschlagenen Ausführung der Abstelleinrichtung wird die
Gleitreibung dadurch vermieden, daß die beweglichen Teile durch Membranen, Faltenbälge
oder Blattfedern zum Gehäuse geführt werden.
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Die Unabhängigkeit des Schmieröldruckes vom vorhandenen Kraftstoffdruck,
bei dem die Einrichtung durch den absinkenden Schmieröldruck ausgelöst wird, soll
durch zwei Membranen oder Falten-Bälge erreicht werden, deren Fläche so abgestimmt
ist, daß sich die auftretenden Druckkräfte aufheben.
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Der Ventilteller für die Absperrung des Kraftstoffes und derjenige,
der durch den Schmieröldruck entgegen einer Federkraft gegen eine Dichtkante gedrückt
wird, kann erforderlichenfalls mit einer flexiblen Dichtplatte versehen werden.
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Die Dichtkanten, gegen die die- Ventilteller gedrückt werden, können
aus einem anderen Material als das Gehäuse bestehen. Dadurch vereinfacht sich die
Fertigung, und es kann teures Material durch billigeres ersetzt werden. Die einzelnen
Gehäuseteile, Membranen usw. können erfindungsgemäß durch eine einzige zylindrische
Buchse zueinander zentriert werden.
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Außer der Möglichkeit der Auslösung der Sicherheitseinrichtung durch
sinkenden Schmieröldruck bzw. sekundär auch durch einen überdrehzahlschalter besteht
weiterhin die Möglichkeit, die Sicherheitseinrichtung entweder mechanisch oder elektrisch
zu betätigen.
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Die mechanische Betätigung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die
Spindel von Hand entgegen dem Öldruck in Schlußstellung gebracht wird. Zur elektrischen
Auslösung kann an der Spindel des Ventiles ein Eisenkern vorgesehen werden, der
durch entsprechende Spulen in Bewegung gesetzt wird.
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Durch die Anordnung von zwei Membranen bzw. Faltenbälgen an der Trennstelle
zwischen Öl- und Kraftstoff in dem Absperrventil und einem zwischen beiden Membranen
bzw. Faltenbälgen befindlichen Raum, der beispielsweise durch Bohrungen im Ventilgehäuse
mit der Atmosphäre in Verbindung steht, ist die Gefahr ausgeschlossen, daß durch
vorhandene Undichtheiten eine unbemerkte Vermischung zwischen Öl und Kraftstoff
auftritt.
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Durch die vorgeschlagene Ausführung einer Sicherheitseinrichtung für
Brennkraftmaschinen besteht die Möglichkeit, die überwachung durch das Fahrpersonal
in gewissen Grenzen einzuschränken und bei plötzlichauftretendenBetriebsstörungen
dieMaschine vor größeren Schäden zu bewahren.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt F i g. 1 die Schaltung der Sicherheitseinrichtung im Kraftstoffversorgungssystem
einer Brennkraftmaschine, F i g. 2 die Sicherheitseinrichtung mit mechanischer Auslösemöglichkeit
und F i g. 3 die Sicherheitseinrichtung mit elektrischer Auslösemöglichkeit.
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Im Betriebszustand des Motors wird der Kraftstoff aus dem Tank 8 durch
die Kraftstoffpumpe 7, das Kraftstoffilter 5 und die geöffnete Sicherheitseinrichtung
4 der Einspritzpumpe 6 zugeführt. In der Öffnungsstellung wird die Sicherheitseinrichtung
durch das Schmieröl gehalten, das aus der Ölwanne 1 der Brennkraftmaschine
durch die Ölpumpe 2 über die Blende 3 der Eintrittsöffnung 9 der Sicherheitseinrichtung
zugeführt wird.
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Fällt der Schmieröldruck unter seinen zulässigen Wert, so überwiegt
die Federkraft der Feder 18 den Schmieröldruck und die Spindel 10 wird so verschoben,
daß der Ventilteller bzw. die Dichtplatte 19 auf den Sitz 13 aufsetzt, wodurch der
in Öffnung 15 eintretende und durch den Raum 27 zur Austrittsöffnung 14 fließende
Kraftstoffstrom abgesperrt und die Brennkraftmaschine stillgesetzt wird.
Gleichzeitig
hebt sich die Dichtplatte 20 vom Sitz 12. Dadurch wird erreicht, daß auch
beim Wiederansteigen des Schmieröldruckes der Kraftstoffdurchgang nicht geöffnet
wird, weil das Schmieröl durch den Raum 33 über die Schmierölaustrittsöffnung 21,
deren Durchmesser größer als die Bohrung der Blende 3 sein muß, wieder austritt.
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Für die reibungsfreie Führung der Spindel 10
gegenüber dem Gehäuse
und die Abdichtung des Kraftstoff- und Ölraumes gegen den Sicherheitsraum 34 sowie
gegen die Atmosphäre dienen die flexiblen Biegehäute 17, 22 und 23, die auch durch
Faltenbälge oder ähnliche Dichtelemente ersetzt werden können. Der Sicherheitsraum
34 hat den Zweck, bei Undichtwerden einer Membran 1.7 oder 23 die Vermischung von
Öl- und Kraftstoff zu verhindern. Durch die aus der Bohrung 16 austretende Leckflüssigkeit
kann festgestellt werden, welche Membran unter Umständen undicht ist.
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Um die Unabhängigkeit des Auslösewertes vorn herrschenden Kraftstoffdruck
zu gewähren, ist die vom Kraftstoff beaufschlagte Fläche der Membran 22 und 23 gleich
groß ausgeführt.
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Beim Anlassen der Brennkraftmaschine muß bis zum Vorhandensein des
Schmieröldruckes die Spindel 10 mechanisch oder elektrisch entgegen der Federkraft
der Feder 18 bewegt werden, damit die Dichtplatte 20 gegen den Sitz 12 abdichtet.
Die mechanische Bewegung der Spindel 10 beim Starten kann entweder direkt
von Hand oder über ein Gestänge erfolgen. Ein willkürliches Absperren des Kraftstoffzuflusses
und damit das Stillsetzen der Brennkraftmaschine wird durch einen Druck auf die
Spindel 10 in Richtung der Federkraft der Feder 18 erreicht. Im weiteren Ausbau
der Erfindung kann eine elektromagnetische Spule 24 vorgesehen werden, die den Eisenkern
26 und die damit verbundene Spindel 10 in Startstellung zieht.
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Das Einschalten des Stromes für die Spule 24 kann beispielsweise gleichzeitig
mit dem Einschalten des Starters oder der Vorschmierölpumpe der Brennkraftmaschine
geschehen und mit diesen wieder abgestellt werden.
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Durch die Spule 25 besteht die Möglichkeit, durch Impulse von elektrischen
Gebern den Kraftstoffzufluß auch noch bei anderen Betriebszuständen als sinkenden
Schmieröldruck und Überdrehzahl abzustellen.
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Durch Einschalten eines Fliehkraftöffnungsventils in die Schmierölleitung
zwischen der Drossel 3 und der Sicherheitseinrichtung 4 besteht die Möglichkeit,
die Sicherheitseinrichtung auch bei Überdrehzahl auszulösen.
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Im übrigen besteht die Sicherheitseinrichtung aus einzelnen Gehäuseteilen
28 bis 32, die zusammen mit den Membranen 17, 22, 23 durch eine gemeinsame Büchse
11 zentriert sind. Die Ventilsitze 12,13 können in die Gehäuseteile 29 bzw. 30 eingegossen
sein.