DE1809788C3 - Regeleinrichtung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kanal, durch den der Brennstoff dem Einlaß einer Einspritzpumpe mit einem Brennstoffauslaß zum Anschluß an Brennstoffeinspritzdüsen der Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei in den Kanal ein mit einer veränderlichen Durchflußöffnung versehenes Dosierventil eingeschaltet ist, das drehzahlabhängig verstellbar ist zur Vergrößerung der Durchflußöffnung bei Zunahme der Belastung der Maschine, ^ri um — zwecks Festwertregelung der Maschinendrehzahl für jede Einstellung des Drehzahlsollwertes unter normalen Betriebsbedingungen trotz Zunahme der Last — die der Maschine zugeführte Brennstoffmenge zu vergrößern.

H) Bei älteren bzw. bekannten Brennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung (DE-Patent 15 23 226, DE-Patent 15 26 542, US-PS 33 31327) hängt das von der Maschine abgebene Drehmoment davon ab, wieviel Brennstoff je Zylinder bei jedem Kolbenhub einge-

IS spritzt wird. Läuft die Brennkraftmaschine mit der am Regler eingestellten Solldrehzahl und steigt dann das Drehmoment, mit dem die Maschine belastet ist, dann sucht die Betriebsdrehzahl abzunehmen, was aber innerhalb gewisser Betriebsgrenzen dadurch verhindert

?« werden kann, daß die Brennstoff einspritzmenge erhöht, bzw. der Brennstoffeinspritzpumpe mehr Brennstoff zugeführt wird. Unter normalen Betriebsbedingungen kann daher innerhalb eines gewissen Bereiches für jeden am Regler eingestellten Sollwert der Drehzahl

_>■> der Ist-Wert der Drehzahl im wesentlichen konstant gehalten, d. h. auf einen Festwert geregelt werden.

Bekannt ist es, hierfür ein Brennstotfdosierventil durch einen von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fliehkraftregler steuern zu lassen, um dadurch die

μ Brennstoffeinspritzmenge zu regeln. Wächst das die Maschine belastende Drehmoment, dann sucht die Maschine, ihre Drehzahl zu verringern. Dabei nimmt dann auch die Antriebsdrehzahl des Fliehkraftreglers ab, so daß dessen Zentrifugalgewichte zur Umlaufachse

"> des Reglers hin zusammenzusinken suchen. Diese Verstellung der Zentrifugalgewichte wird aber gewöhnlich dazu benutzt, den Strömungsquerschnitt des Dosierventils zu vergrößern und dadurch die eingespritzte Brennstoffmenge zu erhöhen, wodurch dann die Betriebsgeschwindigkeit selbsttätig auf den Festwert geregelt werden soll. Bei zunehmender Belastung der Brennkraftmaschine erhöht der Regler den Strömungsquerschnitt des Dosierventils bis zu einem gewissen Höchstwert, der durch die Abmessungen des Dosier-

4^r> ventils gegeben ist. Ist dieser Höchstwert erreicht, also das Dosierventil vollständig geöffnet, und unterbleibt trotzdem die erstrebte Erhöhung der Drehzahl, dann sucht der Fliehkraftregler weiter den wachsenden Brennstoffbedarf der Maschine zu decken und verbleibt

•m in seiner Grenzstellung, in der er das Dosierventil ganz offen hält.

Bei jeder gegebenen Drehzahl der Brennkraftmaschine kann diese aber nur einen bestimmten Höchstwert der eingespritzten Brennstoffmenge störungsfrei verar-

Y, beiten. Wird dieser Höchstwert überschritten, dann entstehen Störungen, z. B. die Entwicklung von Qualm im Auspuff. Dieser Höchstwert der eingespritzten Brennstoffmenge, den die Maschine störungsfrei verträgt, ist um so größer, je schneller die Maschine läuft.

Mi Es ist nun bereits bekannt, das Problem dadurch zu lösen, daß man die eingespritzte Brennstoffmenge beschränkt. Hierzu hat man die Brennstoffströmungsmenge durch einen festen Drosselquerschnitt begrenzt, beispielsweise durch ein Drosselventil mit einstellbarer

... Nadel in einer festen Durchflußöffnung. Der Zweck dieser Anordnung war es, dieses Drosselventil von vornherein auf einen bestimmten Drosselwert einzustellen, der im ganzen Betriebsbereich der Maschine

wirksam bleibt. Durch diesen Vorschlag wird aber der Nachteil nicht beseitigt, daß ein bestimmter Grenzwert für die zugeführte Brennstoffmenge, der bei höheren Betriebsdrehzahlen der Maschine brauchbar .1st, nicht mehr richtig wirkt, wenn die Maschine langsamer läuft.

Dieser Nachteil wird auch bei einer anderen bekannten Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen nicht beseitigt, bei dem die Brennstoffzufuhrleitung zwischen der Förderpumpe und der Verteilerstelle *u den Motorzylindern in Reihenschaltung zwei einstellbare Drosselventile aufweist, die so miteinander verbunden sind, daß sich das eine Ventil nach seiner Schließstellung hin bewegt, sobald sich das andere Ventil in seiner Offenstellung bewegt, und umgekehrt (DE-PS 9 01012). Die beiden Ventile arbeiten damit nicht unabhängig voneinander, sondern in Abhängigkeit von der Motordrehzahl so, daß dann, wenn beim Abfallen der Motordrehzahl eine zu große Brennstoffmenge dem Motor zugeführt wird, las eine Ventil in Richtung auf seine Schließstellung bewegt wird, um die Brennstoffzufuhr zu drosseln, während das andere Ventil bei einem zu starken Ansteigen der Motordrehzahl in Richtung auf die Schließstellung bewegt wird, um die maximale Drehzahl des Motors zu begrenzen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Brennstoffeinspritzvorrichtung der genannten Arr so auszubilden, daß die Brennkraftmaschine mit der Solldrehzahl läuft, solange es möglich ist, ohne mehr Brennstoff einzuspritzen, als bei der Solldrehzahl zulässig ist. Kann dann wegen zu starker Belastung der Maschine die Solldrehzahl nicht aufrechterhalten werden, soll nur noch so viel Brennstoff eingespritzt werden, wie es bei der jeweiligen Drehzahl zulässig ist. Dann läuft zwar die Brennkraftmaschine langsamer als dem Sollwert entspricht, sie entwickelt aber das dann mögliche maximale Drehmoment bei störungsfreiem Lauf und wird daher die Solldrehzahl wieder erreichen, sobald die veränderliche Belastung der Brennkraftmaschine dies gestattet

Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß durch eine Konstruktion gelöst, die sich kennzeichnet durch ein ebenfalls in den Kanal eingeschaltetes verstellbares Steuerventil, das durch Drosseln seines Strömungsquerschnitts die dem Einlaß der Brennstoffeinspritzpumpe zugeführte Brennstoffmenge begrenzt und durch eine Steuerung nur dann wirksam gemacht wird, wenn der der Maschine zugeführte Brennstoff bei der im ganzen Betriebsbereich der Maschine jeweils gegebenen Drehzahl die dabei zulässige Höchstgrenze erreicht hat, wobei durch das Dosierventil in einer Kammer ein von der Drehzahl der Maschine abhängiger Druck erzeugt wird, der als Steuerdruck die zulässige Höchstgrenze der Brennstoffzufuhr festlegt, bei welcher die Steuerung wirksam wird.

Dadurch wird erreicht, daß die Brennstoffeinspritzvorrichtung die bei jedem Hub eingespritzte Brennstoffmenge auf einen Höchstwert begrenzt, der sich in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl ändert. Bei jeder Betriebsdrehzahl der Maschine ist dieser Höchstwert so bemessen, daß die Maschine die eingespritzte Brennstoffmenge einwandfrei verarbeiten kan. Für jede am Regler eingestellte Solldrehzahl der Brennkraftmaschine wird die Ist-Drehzahl, solange die Brennstoffzufuhr unterhalb der zulässigen Höchstgrenze bleibt, ausschließlich durch das vom Fliehkraftregler gesteuerte Dosierventil geregelt, ohne daß dazu die Einrichtung zum Begrenzen der Brennstoffmenge auf einen zulässigen Höchstwert beiträgt

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsvorschlags sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachste- ·> hend in bezug auf die Zeichnung erläutert In dieser zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Brennstoffzufuhrvorrichtung,

Fig.2 eine Querschnittsansicht der in der Ausführungsform von Fig. 1 enthaltenen Unterbaugruppe für die Abtastung und Regulierung der Strömung,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die einstellbare Spannfeder, die in der Unterbaugruppe von F i g. 2 Verwendung findet, und

Fig.4 eine Teilquerschnittsansicht einer anderen Ausfühiungsform der Brennstoffzufuhrvorrichtung, die einen Ansaugdruck- und Temperaturkompensator enthält.

Der Brennstoff wird aus einem Tank 1 durch eine

ro Einlaßöffnung 2 einer Baugruppe 3 angesaugt, die unmittelbar auf dem Gehäuse 4 eines Pumpenaggregats sitzt. Die Baugruppe 3 dient dem Zweck, die Brennstoffmenge zu messen und zu steuern.

Die Brennstoffpumpe 4 liefert dosierte Brennstoff-2Ί mengen durch die Leitung 24 zu den Brennstoffeinspritzdüsen des Motors 23, wie sie beispielsweise bei 25 gezeigt sind.

Der Brennstoff tritt in die Einlaßöffnung 2 der

Strömungstast- und Strömungssteuerteilanordnung 3

«ι ein, läuft dann durch eine Strömungsöffnung 5, die, wie am besten aus F i g. 2 ersichtlich ist, einen Rand nach Art einer Messerkante aufweist, so daß sie viskositätsempfindlich ist, und gelangt in eine Kammer 6 der Steuerteilanordnung 3 und von dort aus dann in einen

υ Einlaßkanal 7 der Einspritzpumpe 4. Von dem Einlaßkanal 7 aus strömt der Brennstoff in die Niederdruckförderpumpe 8, die den Brennstoff in einen Luftabscheider 9 fördert, von wo aus er in einen verzweigten Auslaßkanal 10 strömt, dessen Ast It mit

in einem Druckregulierventil 12 in Verbindung steht, das einen Teil des Brennstoffs zum Einlaß der Förderpmpe 8 zurückführt und den Brennstoffauslaßdruck an der Förderpumpe 8 so steuert, daß ein den Außendruck übersteigender Druck geschaffen wird, der sich mit

■γ. wachsender Motordrehzahl erhöht.

Der von der Förderpmpe 8 gelieferte Brennstoff strömt außerdem durch den anderen Zweigkanal 13 in eine Hülse 14, von der aus er über einen Ringraum 16, einen Kanal 17 und einen Ringraum 18 durch eine ,(i Dosieröffnung 15 läuft Die Hülse 14 trägt ein drehbares und hin- und herbewegliches Dosierventil 19, das die Weite der Dosieröffung 15 steuert, und zwar so, daß es den Durchfluß einengt, um unter normalen Betriebsbedingungen eine eingestelle Motordrehzahl aufrechtzu- v\ erhalten. Von der Dosieröffnung 15 strömt der dosierte Brennstoff durch ein Ventil 20, das die Menge des eingespritzten Brennstoffs auf einen Höchstwert begrenzt und von einer Feder 21 in Richtung auf seine vollständig geöffnete Stellung gediückt wird und das hu mit der Dosieröffnung 19 in Reihe liegt. Von dort läuft der Brennstoff in den Rotor 22 der Pumpe 4, der die Hochdruckeinspritzpumpe 26 enthält. Die Einspritzpumpe 26 versorgt die angeschlossene Brennkraftmaschine über mehrere Abgabeleitungen 24 und Abgabe-. , vorrichtungen, die in Form von mehreren Einspritzdüsen 25 vorhanden sind, von denen aus Vereinfachungsgründen in F i g. 1 nur eine dargestellt ist, in bestimmten zeitlichen Abständen mil abgemessenen Hochdruck-

brennstoffmengen.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, ist das Dosierventil 19 in der in einer Bohrung der Pumpe 4 sitzenden Hülse 14 gleitend gelagert und wird durch einen Zentrifugalregler mit mehreren Zentrifugalgewichten 30 gesteuert. Diese Gewichte 30 sind in einem Käfig angebracht, der von einem Zahnrad 32 gebildet wird, das in Segmente aufgeteilt ist, so daß längliche Finger geschaffen werden, die Schlitze 34 zur Aufnahme der Gewichte 30 begrenzen. Die die Schlitze 34 bildenden Segmentfinger stehen mit einem Stirndruckkörper 36 des Reglers in Berührung. Das Zahnrad 32 wird durch ein dazu passendes, nicht gezeigtes Zahnrad, das auf dem Rotor der Pumpe 4 befestigt ist, angetrieben, so daß auf die Reglergewichte 30 eine Zentrifugalkraft einwirkt, die von der rviuiordrehzahl abhängt.

Das Zahnrad 32 rotiert auf einem festen Lager 38, das auf der Hülse 14 montiert ist, und das Dosierventil 19 ist an den Regler angekuppelt, so daß es von dem Regler in Umdrehung versetzt wird. Die Zentrifugalgewichte 30 üben unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft einen Druck aus, der das Dosierventil 19 von F i g. 1 aus gesehen um eine Strecke nach rechts drückt, die sich mit steigender Motordrehzahl vergrößert. Diese Zentrifugalkraft hat das Bestreben, die öffnungsweite der Dosieröffnung 15 zu verkleinern, um dadurch die durch die öffnung strömende Brennstoffmenge mit steigender Drehzahl zu begrenzen, und dementsprechend regelt die Zentrifugalkraft die Motordrehzahl auf einen vorgewählten Wert ein.

Die Hülse 14 enthält aber nicht nur das Dosierventil 19 sondern auch eine unabhängige Vorrichtung zur Schaffung eines zentrifugalkraftgesteuerten Druckes, dessen Höhe auf die Motordrehzahl bezogen ist.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, berührt die Reglerhauptfeder 40 das rechte Ende des Dosierventils 19 und erzeugt dadurch eine Druckkraft, die der auf das Dosierventil 19 einwirkenden, von den Fliehgewichten 30 ausgeübten Kraft entgegengerichtet ist, und die Gleichgewichtsstellung des Dosierventils in Längsrichtung der Hülse ergibt sich dann, wenn diese beiden entgegengesetzt gerichteten Kräfte gleich sind. Für die Reglerfeder 40 ist ein länglicher hohler Sitz 42 vorgesehen, der nicht festliegt oder unmittelbar mit der Drosselstange 44 verbunden ist, die sich einstellen läßt, um die gewünschte Motordrehzahl festzusetzen. Der Sitz 42 ist an seinen Enden mit Umfangsstegen 42a und 42i> versehen, die ihn in der Hülse 14 koaxial zu dem Dosierventil 19 gleitend halten. Der Sitz 42 ist des weiteren mit einer zentralen öffnung 46 ausgerüstet, die mit der Überströmnadel 48 des Reglers zusammenwirkt, um die wirksame Querschnittsfläche der öffnung 46 einzustellen.

Da das Dosierventil 19 mit dem Zentrifugalregler in Drehverbindung steht und die Reglerfeder 40 mechanisch mit dem Sitz 42 gekuppelt ist, so daß sie sich mit dem Ventil 19 dreht, ergibt sich, daß der Sitz 42 in Drehung versetzt wird, während er sich gleichzeitig in axialer Richtung relativ zu der Hülse bewegt Da das Reglerventil 19 eine Gleichgewichtslage einnimmt wenn die Druckkraft der Feder 40 der entgegenwirkenden Kraft der Fliehgewichte 30 das Gleichgewicht hält, ist die axiale Stellung des Federsitzes 42 bei irgendeiner ausgewählten Drehzahl axial fixiert Da sich der Federsitz 42 axial bezüglich der Oberströmnadel 48 bewegen kann, ist ihre Stellung offensichtlich durch den in der Kammer 50 zwischen einem axial einstellbaren, unteren, in Ruhe befindlichen Anschlag 52 und dem

Federsitz 42 festgelegt.

Die Kammer 50 beherbergt die in Ruhe befindliche Feder 54, mit der ein leichter Druck auf den Federsitz 42 ausgeübt wird, sobald die Drosselstange 44 in ihre äußerste rechte Stellung bewegt wird und die Überlaufnadel 48 von der Feder 56 ebenfalls in ihre äußerste rechte Stellung gedrückt wird. Ein zweiter einstellbarer Anschlag 58 ist in ähnlicher Weise in das zu ihm passende Gewinde der Hülse 14 eingeschraubt, um die Maximalbcwcgung der Überlaufnadel 48 (und der Drosselstange 44) in Richtung nach links zu begrenzen und dadurch die Höchstdrehzahl des Motors zu begrenzen, indem die Nadel 48 auf dem Anschlag 58 auftrifft.

Der Brennstoff tritt in die Kammer 50 ein, indem er aus dein Ringraiiiii !8 rund um das Dosierventil 19 strömt, an der Ringrippe 60 vorbei, die eine festliegende Einschnürung des in die Kammer 50 erfolgenden Brennstoffflusses dadurch bewirkt, daß sie mit der Bohrung der Reglerhülse 14 einen Ringspalt von etwa 12,7 Mikrometer Breite bildet. Der Brennstoff fließt dann durch eine veränderliche öffnung 62, deren Wirkungsfläche gemäß dem Betrag variiert, um den die Dosieröffnung 15 geöffnet wird und umgekehrt. Daraufhin fließt der Brennstoff durch den Längskanal 64, der in der Außenwand der Reglerhülse 14 vorhanden ist, die öffnung 66, den Ringraum 68 und die durch den Steg 42t> des Sitzes 42 führenden Schlitze 70 in die Kammer 50 ein.

Der Brennstoffaustrag aus der Kammer 50 erfolgt durch eine veränderliche Strömungsöffnung, die zwischen der öffnung 46 des Federsitzes 42 und der Überlaufnadel 48 vorhanden ist. Der Brennstoff fließt dann durch den isolierten Längs-Kanal 72 des Dosierventils 19, den Ringraum 74, den Kanal 76 und die Reglerkammer 78, um zu der Einlaßöffnung der Förderpumpe 8 durch einen Kanal 80 und ein den Gehäusedruck steuerndes Ventil 82 zurückzukehren, das in der Pumpe einen konstanten, den Außendruck übersteigenden Druck aufrechterhält.

Wie aus der oben beschriebenen Konstruktion ersichtlich ist, wird der in der Kammer 50 herrschende Brennstoffdruck durch die automatische Änderung der den Brennstoffstrom einschnürenden Einlaß- und Auslaßquerschnitte geregelt, die an der variablen Einlaßöffnung 62 und der variablen Überlauföffnung 46 vorhanden sind. Da der in der Kammer 50 herrschende Druck die von der Reglerfeder 40 und dem Gehäusedruck innerhalb der Kammer 92, der durch das den Gehäusedruck regelnde Ventil 82 auf einem konstanten Niveau gehalten wird, ausgeübte, entgegenstehende Kraft ausgleichen muß, und da diese Kraft wiederum gleich der durch die Zentrifugalgewichte auf das Dosierventil 19 einwirkenden Kraft sein muß, ergibt sich, daß der in der Kammer 50 herrschende Druck automatisch auf einer Höhe eingeregelt wird, die in einer bestimmten Beziehung zu der Motordrehzahl steht

Man erkennt, daß das linke Ende des Dosierventils 19 von der Bohrung der Dosierventilhülse 14 einen Abstand aufweist so daß ein Ringkanal 84 geschaffen wird, der mit einem Steg 86 des Dosierventils 19 endet Jegliche Luft die eingeschlossen in dem Brennstoff in das Gehäuse der Pumpe 4 gelangen könnte, ist bestrebt durch die bei der Rotation des Reglers auftretende Zentrifugalwirkung sich von dem Brennstoff abzutrennen und sich an seiner Drehachse und in dem Ringkanal 84 zu konzentrieren. Der Steg 86 des Dosierventils 19 ist

in axialer Richtung in bezug auf die Belüftungsöffnung 88 so angeordnet, daß er zwischen der öffnung 88 und dem Ringkanal 84 unter nur geringen Motorbelastungen oder wenn das Dosierventil im wesentlichen in seine ganz rechts befindliche Stellung bewegt wird, eine Verbindung zwischen der öffnung 88 und dem Ringkanal 84 herstellt, um die Luft durch die Leitung 90 zu dem Tank 1 zurückzuführen, wobei diese Leitung der einzige Rückführweg zwischen der Pumpe 4 und dem Tank 1 ist. Da die öffnung 88 nur unter sehr kleinen iu Motorbelastungen geöffnet ist, wird verständlich, daß, abgesehen von einem geringfügigen Durchsickern einer gleichmäßigen Brennstoffmenge an dem Steg 86 vorbei, der ganze Brennstoff, der an der Öffnung 5 am Einlaß der Steuerteilanordnung 3 vorbeiströmt, unter allen π sonstigen Bedingungen an den Motor abgegeben wird.

Wie aus der bisherigen Beschreibung ersichtlich ist, wird also ein Regler geschaffen, bei dem das Dosierventil 19, die Drosselstange 44 und der axial einstellbare Ventilsitz 42 zur Schaffung eines von der 2» Motordrehzahl abhängigen Steuerdruckes in der Kammer 50 für im folgenden noch beschriebene Zwecke in der Bohrung der Reglerhülse 14 koaxial angeordnet sind, so daß eine kompakte und einfache Anordnung entsteht. Darüber hinaus werden die Elemente, die für die veränderliche Verengung der Dosieröffnung 15, der variablen Einlaßöffnung 62 und der Überlauföffnung 46 vorgesehen sind, zwangsläufig angetrieben, so daß sie eine Relativdrehung ausführen, wodurch ein Festfahren in der Anordnung durch die Antriebsverbindung zwischen dem Dosierventil 19 und der zur Kupplung des Ventils 19 mit dem verschiebbaren Ventilsitz 42 verwendeten Feder 40 verhindert wird, ohne daß dadurch die Unabhängigkeit ihrer axialen Stellungen beeinträchtigt wird.

Unter Normalbedingungen dient die Dosieröffnung 15 unter dem Einfluß des Reglers als alleinige Vorrichtung zur Regelung des Brennstoffflusses zum Motor. Gemäß einem weiteren Merkmal der neuartigen Vorrichtung sind von dem Dosierventil unabhängige Mittel zur Regelung der maximalen Brennstoffabgabe an den Motor bei variierender Menge in Abhängigkeit von der durch den Regler eingestellten Motordrehzahl vorhanden, wodurch die gewünschte Drehmomentenkurve für den Motor erzeugt wird. Wie ersichtlich ist <5 weist diese Drehmomentbegrenzungsvorrichtung die Form eines Drehmomentbegrenzungsventils 20 auf, das in dem Einlaßkanal der Hochdruckpumpe 26 angeordnet ist und in Reihe mit dem Dosierventil 15 liegt

Normalerweise wird das Drehmomentbegrenzungsventil 20 durch seine Rückführfeder 21 in seine oberste Stellung gedrückt so daß es keine Steuerwirkung auf den Brennstofffluß zu dem Rotor 22 ausübt Wenn jedoch, wie dies im folgenden näher erläutert ist der gewünschte maximale Brennkraftstoffstrom zu dem Motor bei einer gegebenen Motorbetriebsdrehzahl erreicht ist wird das Drehmomentbegrenzungsventil 20 von dem angelenkten Drehmomentbaum 96 abwärts bewegt und fibernimmt die ausschließliche Steuerung der Brennstoffabgabe an den Motor.

Wie bereits erläutert wurde, wird der in der Kammer 50 herrschende Brennstoffdruck automatisch so geregelt daß ein Druck entsteht der eng auf die Motordrehzahl bezogen ist Aufgrund der offenen Verbindung zwischen der Kammer 50 und der öffnung 66 ist der in dem Zweigkanal 98 herrschende Druck gleichfalls auf einer auf die Motordrehzahl bezogenen Höhe. Der Kanal 98 steht mit dem Zylinder 100 in der Steuerteilanordnung 3 in Verbindung und übt einen Druck aus, der den Kolben 102 nach oben bewegt. Der Kolben 102 besteht am besten aus Kohlenstoff, so daß er eine geringe Trägheit und einen niedrigen Reibungswiderstand in Verbindung mit der Glaszylinderhülse 104 des Zylinders 100 aufweist. Das obere Ende des Kolbens 102 steht mit dem Nocken 106 des federbelasteten Hebels 108 in Berührung, der an einem festliegenden Stützpunkt 110 angelenkt ist.

Wie am besten aus Fig.2 ersichtlich ist, ist an dem freien Ende des Hebels 108 mit Hilfe eines Kugelgelenkes 112 eine Strömungsnadel 114 befestigt. Das freie Ende der Strömungsnadel 114 ist abgeschrägt und arbeilet mit der öffnung 5 zusammen, um dadurch eine veränderliche Einschnürung des Brennstoffstroms zu schaffen. Da der Steuerdruck in dem Zylinder 100 auf die Motordrehzahl bezogen ist, ergibt sich, daß die auf den Kolben 102 einwirkende Kraft und damit auch die Stellung des Kolbens in dem Zylinder 100 von der Motordrehzahl abhängig sind. Deshalb wird die Axiallage der Strömungsnadel 114 in bezug auf die öffnung 5 gleichermaßen durch die Motordrehzahl bestimmt, und der durch die öffnung 5 auf die Brennstoffströmung ausgeübte Widerstand ändert sich mit der Motordrehzahl.

Ein von der öffnung 5 auf den Brennstoffstrom ausgeübter kleinerer Widerstand wird in einer Vorrichtung zur Betätigung des Drehmomentbegrenzungsventils 20 übertragen. Die Vorrichtung zur Betätigung des Drehmomentbegrenzungsventils 20 kann die Form eines mechanischen oder hydraulischen Servomechanismus haben.

Eine in der Steuerteilanordnung 3 vorhandene Kammer 120 steht mit der Anströmseite der Öffung 5 durch die öffnung 122 in Verbindung, während eine Kammer 124 durch eine öffnung 126 an die Abströmseite der öffnung 5 angeschlossen ist. Auf diese Weise entspricht die Druckdifferenz zwischen den Kammern 120 und 124 dem Druckabfall über der öffnung 5. Eine Membran 128 trennt die Kammer 120 von der Kammer 124 und trägt einen Servoventilplungerkolben i30. Eine schwache Feder 132 mit linearer Kennlinie wirkt auf die Membran 128 ein, und zwar in Richtung nach oben, so daß sie der Hydraulikkraft die durch die auf die Membran 128 ausgeübte Druckdifferenz verursacht wird, entgegengesetzt ist.

Der mit dem Auslaß des Luftabscheiders 9 der Pumpe 4 verbundene Zweigkanal 11 steht auch mit einer in der Steuerteilanordnung 3 vorhandenen Leitung 134 in Verbindung, wodurch Brennstoff durch eine fixe Drosselöffnung 138 an eine Kammer 136 abgegeben wird. Die fixe Drosselöffnung 138 dient zur Drosselung irgendwelcher Druckschwankungen des abgegebenen Brennstoffs und zur Stabilisierung des in die Kammer 136 eintretenden Brennstoffstroms. Die Kammer 136 ist von der Kammer 124 durch eine starre Wand 140 isoliert die außerdem zur gleitenden und abdichtenden Lagerung eines axial beweglichen Servoventilsitzes 142 dient der koaxial zu dem Ventilplunger 130 angeordnet ist Der Ventilsitz 142 ist bei 143 mit einer öffnung versehen und arbeitet mit dem Ventilplunger 130 zur Steuerung der von der Kammer 136 in die Kammer 124 ausgestoßenen Brennstoffmenge zusammen, wodurch eine Dämpfung der aus der Kammer 136 ausgetragenen und durch die öffnung 126 in die Eintrittsöffnung der Pumpe abströmseitig der Öffnung 5 einlaufenden Brennstoffmenge erreicht werden solL An dem Servo-

ventilsitz 142 ist eine Antriebsmembran 144 befestigt sowie eine herabhängende Stange 146, die mit dem Drehmomentbaum 96 in Berührung steht.

Während des Normalbetriebs, wobei der Ausstoß der Pumpe unter der ausschließlichen Steuerung des Dosierventils 19 steht, ist der Druckabfall über der öffung 5 so, daß der Ventilplunger 130 sich in einer Lage befindet, in der eine nur geringe Einschnürung der durch die öffnung 143 des Ventilsitzes 142 erfolgenden Brennstoffströmung stattfindet, so daß sich in der Kammer 136 kein Druck aufbaut und deshalb von der Antriebsmembran 144 eine nur geringe Kraft auf den Drehmomentbaum 96 ausgeübt wird. Demzufolge bleibt das Drehmomentbegrenzungsventil 20 in seiner obersten Lage, wo es den Brennstoffstrom zum Motor nicht beeinflußt. Wenn jedoch die Belastung des Motors steigt, vergrößert sich auch der Durchstrom durch die veränderliche öffnung 5, wodurch der Druckabfall über der öffnung zunimmt. Dies wiederum hat eine entsprechende Druckdifferenz über der Membran 128 zur Folge, die den Plunger 130 abwärts gegen den Druck der Feder 132 bewegt. Dadurch wird die durch das Servoventil 142 geschaffene Einschnürung größer und bewirkt einen Druckaufbau in der Kammer 136. Dies wiederum hat eine Bewegung der Antriebsmembran 144 nach unten zur Folge, wodurch auf die Stange 146 eine Kraft ausgeübt wird, die den Drehmomentbaum 96 abwärts gegen den Druck der Feder 21 bewegt.

Sobald die Durchströmung der öffnung 5 die für die spezielle Betriebsdrehzahl des Motors gewünschte Maximalhöhe erreicht, ist die Druckdifferenz an der öffnung 5 und damit die auf die Membran 128 einwirkende Druckdifferenz so groß, daß das Servonadelventil veranlaßt wird, die Durchströmung des Ventils 142 so weit einzuschnüren, daß die Kraftmembran 144, der Drehmomentbaum 96 und das Drehmoment begrenze Ventil 20 nach unten gedrückt werden, so daß das Drehmomentventil den Brennstoffstrom einschnürt. Da das Dosierventil 19 unter dem Einfluß des Reglers so wirkt, daß es den Motor auf einer konstanten Drehzahl hält, nimmt es gleichzeitig seine vollständig geöffnete Lage ein, und das Drehmomentventil 20 dient dann als die für die Regelung des Brennstoffstroms zu dem Motor alleinig maßgebende Vorrichtung.

Sobald die Anstriebsmembran 144 abgesenkt wird, so daß sie das Drehmomentbegrenzungsventil 20 betätigt, senkt sie auch den Servoventilsitz 142, um dadurch die Einschnürung des Brennstoffstroms aus der Kammer 136 zu verringern. Jede Vergrößerung des Brennstoffdurchflusses durch die öffnung 5 bewirkt jedoch eine entsprechende Bewegung des Plungers 130 zur Herstellung einer Gleichgewichtsbedingung. Diese Folgewirkung oder Rückwirkung des Ventilsitzes 142 in bezug auf den Ventilplunger 130 beim Erreichen der Gleichgewichtslage verbessert die Systemstabilität und regelt das Drehmomentsteuerventil 20 mit hoher Empfindlichkeit ohne Pendelschwingungen.

Da die Form des Teils des Drehmomentbegrenzungsventils 20, das eine Einschnürung des Brennstoffstroms zum Motor bewirkt, sowie die Größe der Axialbewegung des Ventils 20 veränderliche Werte in der Brennstoffregelung durch das Ventil 20 sind, wird verständlich, daß die Form der Spitze des Ventils 20 sowie die Federkraft auf den Hebel 108 bei der Formung der Drehmomentkurve (d. h. der maximale Brennstofffluß bei beliebiger Motordrehzahl über den ganzen Betriebsbereich) benutzt werden können, um die Drehmomentenkurve an die für den speziellen Motor, für den die Steuerung verwendet wird, gewünschte Drehmomentenkurve anzupassen.

Die Spitze des Ventils 20 ist vorzugsweise mit einer Verlängerung 20a derselben Größe wie der Ventilschaft ■> versehen, um dadurch die auf das Ventil infolge des in dem Kanal 152 herrschenden, zu regelnden Brennstoffdruckes auf das Ventil ausgeübten Axialkräfte auszugleichen. Bei dieser Bauweise steht das geschlossene Ende der Bohrung, das die Ventilspitzenverlängerung

ίο 20a enthält, mit der Reglerkammer 78 so in Verbindung, daß in ihr ein konstanter Gehäusedruck herrscht.

F i g. 3 ist eine Draufsicht auf die Antriebshebel- und Federteilanordnung 108, die bei der Ausführungsform von Fig. 2 verwendet wird. Ihre Feder besitzt in Wirklichkeit eine veränderliche Federkonstante, die sich so einstellen läßt, daß sie der Drehmomentkurvc mehrerer Motoren angepaßt ist, bei der der Erfindungsgegenstand Verwendung findet. Das eine Ende der Federn ist an dem Hebel 108 befestigt, während das andere Ende mit mehreren Federblättern 108a ausgerüstet ist. In den Steuerkaslen 3 sind mehrere Einstellschrauben 150 eingeschraubt, die verstellbar sind und wahlweise mit den einzelnen Federblättern 108a zusammenwirken.

Diese Einstellschrauben 150 sind untereinander so eingestellt, daß sie hintereinander eine wachsende Zahl Federblätter 108a berühren, wenn der Hebel 108 im Uhrzeigersinn schwenkt, um dadurch den gewünschten Hebel der Druckkraft zu schaffen, die dem Kolben 102 entgegengesetzt ist. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, die den Zustand bei niedriger Drehzahl darstellt, läßt sich nur eine der Schrauben so einstellen, daß sie ein Federblatt 108 berührt, während die anderen Einstellschrauben 150 in unterschiedlichen Abständen von ihren zugehörigen Federblättern 108a angeordnet sind, so daß sie aufeinanderfolgend ein Federblatt 108a bei verschiedenen Dreh winkeln des angelenkten Hebels 108 berühren und dadurch den Hebel mit unterschiedlichen Federkräften beaufschlagen, die dem auf den Kolben 102 einwirkenden von der Zentrifugalkraft herrührenden Druck entgegengesetzt wird, wenn sich die Motordrehzahl ändert. Auf diese Weise können die Schrauben so eingestellt werden, daß sie die Steuernadel 114 in eine Lage bringen, in der ein bestimmter

Druckabfall über der öffnung 5 erzeugt wird, um dadurch den Steuervorgang des Drehmomentsteuerventils 20 bei unterschiedlichen Brennstoffströmungsmengen über den ganzen Drehzahlbereich auszulösen.
Was den Drehzahlsteuerregler anbelangt, der die Drehzahl des Motors unter normalen Öffnungsbedingungen regelt, so ist ersichtlich, daß der in der Kammer 50 zum Ausgleich der Fliehkraft bei irgendeiner beliebigen Drehzahl erforderliche Druck größer ist, wenn das Dosierventil auf seine geschlossene Grenzlage bewegt wird (d. h, wenn die Fliehgewichte 30 ihren größten Kreisbahndurchmesser einnehmen) als dann, wenn das Dosierventil sich in seiner offenen Grenzlage befindet Dies ist ohne Folgen, wenn die Strömung von dem Dosierventil gesteuert wird. Wenn jedoch der in

ω der Kammer 50 herrschende Steuerdruck sich während der Regelung des Brennstoffstromes durch das Drehmomentbegrenzungsventil 20 ändert, dann wird sich das gesteuerte Strömungsniveau ändern, weil eine Veränderung des Steuerdrucks zu einer Änderung der Einschnürung führt die durch die Strömungsöffnung 5 und die Nadel 114 gebildet wird, und zwar eine Änderung aufgrund der Axialbewegung der Steuemadel 114.

Um diesen Zustand zu kompensieren, sind die Füße der Fliehgewichte, wie Fig. I zu entnehmen ist, gekrümmt, so daß sich der Berührungspunkt des Fußes mit der Muffe 154 verschiebt, wenn sich der Bahnradius der Fliehgewichte vergrößert, wodurch sich das ' Verhältnis der Länge des Hebelarms von dem Fußberührungspunkt zum Fliehgewichlgelenkpunkt zu der Länge des Hebelarms von dem Mittelpunkt der Kreisbahn der Fliehgewichte zum Fliehgewichlgelenkpunkt vergrößert. Durch Formung des Fußes wird eine solche Kompensation wenigstens über einen Teil der Dosierventil-(und Fliehgewicht-)Wanderung erreicht, sobald sich das Dosierventil seiner vollständig geöffneten Lage nähert. Auf diese Weise bleibt der auf den Kolben 102 einwirkende Steuerdruck aufgrund der Bewegung der Fiiehgewichte zu der voll geöffneten Stellung unverändert, wenn das Drehmomentbegrenzungsventil 20 die Brennstoffdurchflußmenge zu dem Motor steuert.

Wie bereits angedeutet wurde, findet, weil die Belüftungsöffnung 88 für die Rückführung von Brennstoff und irgendwelcher eingeschlossener Luft in den Tank 1 nur bei geringer Motorbelastung geöffnet ist und das Dosierventil 15 vollständig geöffnet ist, sobald der Brennstoffstrom von dem Drehmomentbegrenzungsventil 20 geregelt wird, jeder Rückstrom zu dem Tank unter Drehmomentsteuerbedingungen bei einem konstanten Niveau statt, und zwar in Abhängigkeit von einer beliebigen Leckage, die an dem Steg 86 des Dosierventils 19 vorbei erfolgt. Somit ist die durch die 3d Öffnung 5 strömende Brennstoffmenge ein genaues Maß für den dem Motor zugeführten Brennstoff.

In Fig.4 ist eine andere Ausführungsform der Vorrichtung von F i g. 1 dargestellt, die einen Sammelleitungsdruck- und Temperaturkompensator enthält, j5 Bei dieser Ausführungsform ist in der Kammer 120 eine Trimmfeder 160 mit linearer Kennlinie angeordnet, deren unteres Ende an der Membran 128 anliegt. Das obere Ende der Trimmfeder 160 berührt eine axial bewegliche Belastungsplatte 162, die mit einer Kompensatorstange 164 so verbunden ist, daß sie sich mit dieser bewegt. Bei dieser Ausführungsform ist die obere Wand 166 der Kammer 120 mit einer ringförmigen Aussparung 168 versehen, die eine öffnung zur Lagerung der Kompensatorstange 164 aufweist, so daß sich die Stange 164 koaxial zu dem Servoventil 130 hin- und herbewegen kann. Die Kompensatorbelastungsplatte 162 weist von den Wänden 170 der Aussparung 168 einen geringfügigen Abstand auf, der als Puffer oder Dämpfer dient, wodurch die Bewegung der Kompensa- w torstange 164 gegen rasche Schwankungen stabilisiert wird.

Das obere Ende der Kompensatorstange 164 steht mit einem Hebel 172 in Berührung, der an der Seitenwand des Kompensators 158 angelenkt ist. Über dem Hebel 172 befindet sich ein einstellbarer Trimmsteuerarm 173, der mit einer Einstellschraube 174 eine Kugelgelenkverbindung aufweist. Das freie Ende 176 des Trimmsteuerarms 173 ist mit kugelförmigen Oberflächen versehen, die mit dem Hebel 172 und einem zweiten Hebel 178 in Berührung bringbar sind, der in gleicher Weise an der Seitenwand des Kompensators gelenkig befestigt ist Auf der gegenüberliegenden Seite der Kugeloberfläche 176 befindet sich der Hebel 172, so daß bei der Einstellung der Stellschraube 174 die Hebelarme beider Hebel 172 und 178 verändert werden, um dadurch die auf die Trimmfeder 160 durch die Kompensatorstange 164 einwirkende Druckkraft zu ändern.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist der Kompensator 158 einen evakuierten Faltenbalg auf, der durch eine innere Feder 182 in seiner gestreckten Lage gehalten wird, so daß der Faltenbalg 180 das Bestreben zeigt, sich bei ansteigendem Druck in dem Kompensator 158 außerhalb des Balgs zu verkürzen. Der Kompensator 158 ist mit einem Ansaugdruckeinlaß 184 versehen, der mit der Ansaugleitung des zugehörigen Motors in Verbindung steht, um dadurch den innerhalb des Kompensators 158 herrschenden Druck dem in der Ansaugleitung anzupassen. Man erkennt, daß mit wachsendem Ansaugdruck die auf die Trimmfeder 160 ausgeübte Druckkraft abnimmt, so daß sich das Servosteuerventil 130 aufwärts bewegen kann. Da die Spannkraft der Trimmfeder 160 die über der öffnung 5 beim Schließen des Servoventils herrschende Druckdifferenz vergrößert, ist über der Öffnung 5 zur Betätigung des Drehmomentbegrenzungsventils 20 eine größere Druckdifferenz erforderlich. Demzufolge ist in den Fällen, in denen der Ansaugdruck erhöht wird, um eine größere Luftmenge in den Zylindern des zugehörigen Motors zur Verfügung zu haben, an der Öffnung 5 eine höhere Brennstoffströmungsgeschwindigkeit erforderlich, um das Drehmomentbegrenzungsvenil 20 zu betätigen. Tatsächlich verändert diese Anordnung den maximalen Brennstoffstrom mit dem Ansaugdruck, um ein festes, maximales Brennstoff-Luft-Verhältnis in den Zylindern zu schaffen, und zwar unabhängig von Schwankungen im Ansaugdruck.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei Bimetall-Thermoelemente 186 vorgesehen, die zusammenklappen, wenn sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden, wodurch sich die Spannkraft der Trimmfeder mit höheren Temperaturen verringert. In den Fällen, in denen die Temperaturkompensationselemente 186 in dem Kompensator 158 eingebaut werden, muß eine Belüftungsöffnung 188 vorgesehen werden, damit sichergestellt ist, daß Ansaugluft über die Thermoelemente 186 strömt Ein Anstieg der Lufttemperatur hat die gegenteilige Wirkung des Anstiegs des Saugdrucks auf die gewünschte Spannkraft der Trimmfeder 160, und indem er die Spannkraft unterstützt, erzeugt er die Druckdifferenz über der Öffnung 5 beim Betätigen des Drehmomentbegrenzungsventils 20. Darüber hinaus erkennt man, daß die Einstellung des Trimmsteuerarms 173 zur Regelung der Spannkraft der Trimmfeder 160 in Verbindung mit der Einstellung der Spannfeder für den Hebelarm 108 dazu verwendet werden kann, das Nadelventil 114 zu verstellen, das die wirksame Größe der Öffnung 5 einstellt und damit die Stellung des Servoventils 130 (und den Antrieb des Drehmomentbegrenzungsventils 20) unter beliebigen Betriebsbedingungen.

Aus dem obigen wird ersichtlich, daß die hier beschriebene Vorrichtung eine viskositätsempfindliche Drehmomentsteueranordnung darstellt die sich leicht einstellen läßt, so daß sie der gewünschten Drehmomentkurve in dem ganzen Betriebsbereich eines zugehörigen Motors angepaßt ist und zwar für die Vielzahl der Strömungsmengen, die für verschiedene Motoren verlangt werden, für die sie verwendet wird.

Es leuchtet ferner ein, daß die beschriebene Vorrichtung sich zur Betätigung eines Drehmomentbegrenzungsventils eignet und zwar unabhängig von dem Dosierventil, das den Brennstoffzufluß zu dem Motor unter Drehmomentbedingungen regelt die unter dem Maximum liegen, und daß hier ein Strömungstastsignal

derselben Höhe erzeugt wird, das zur Betätigung des Drehmomentbegrenzungsventils dient, und zwar unabhängig von der Brennstoffc'.römungsmenge oder der Drehzahl des Motors.

Femer wird mit Hilfe der hier beschriebenen Vorrichtung durch den Drehzahlsteuerregler ein zuverlässiger hydraulischer Steuerdruck geschaffen, der über

eine neuartige Anordnung zur Einstellun Strömung bezüglich einer öffnung Steuer dient, um ein präzises Drehzahisignal zu s zur Betätigung des Drehmomentbegren verwendet wird, und zwar unabhänig ν veränderlichen Größen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kanal, durch den der Brennstoff dem Einlaß einer Einspritzpumpe mit einem Brennstoffauslaß zum Anschluß an Brennstoffeinspritzdüsen der Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei in den Kanal ein mit einer veränderlichen Durchflußöffnung versehenes Dosierventil eingeschaltet ist das drehzahlabhängig verstellbar ist zur Vergrößerung der Durchflußöffnung bei Zunahme der Belastung der Maschine, um — zwecks Festwertregelung der Maschinendrehzahl für jede Einstellung des Drehzahlsollwertes unter normalen Betriebsbedingungen trotz Zunahme der Last — die der Maschine zugeführte Brennstoffmenge zu vergrößern, gekennzeichnet durch ein ebenfalls in den Kanal (152) eingeschaltetes verstellbares Steuerventil (20), das durch Drosseln seines Strömungsquerschnitts die dem Einlaß der Brennstoffeinspritzpumpe (26) zugeführte Brennstoffmenge begrenzt und durch eine Steuerung (50, 98, 102, 108, 114, 5, 122, 120, 130, 146, 96) nur dann wirksam gemacht wird, wenn der der Maschine zugeführte Brennstoff bei der im ganzen Betriebsbereich der Maschine jeweils gegebenen Drehzahl die dabei zulässige Höchstgrenze erreicht hat, wobei durch das Dosierventil (19, 15) in einer Kammer (50) ein von der Drehzahl der Maschine abhängiger Druck erzeugt wird, der als Steuerdruck die zulässige Höchstgrenze der Brennstoffzufuhr festlegt, bei welcher die Steuerung (50, 98, 102, 108, 114, 5, 122, 120, 130, 146, 96) wirksam wird.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Kammer (50) herrschende Steuerdruck als Mittel dient, um den Druckabfall in einer stromauf von dem Kanal (7,10, 13, 16, 15, 152) gelegenen Durchflußöffnung (5) zu steuern, die die Brennstoffströmungsmenge mißt, welche der Maschine zugeführt wird.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Durchflußöffnung (5) verstellbare keglige Nadel (114) den veränderlichen Durchflußquerschnitt steuert, den die Öffnung (5) bei verschiedenen Betriebsdrehzahlen der Maschine aufweist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Feder (108, lO&a) von verstellbarer Härte zum Vorspannen der Ventilnadel (114) in derjenigen Richtung, in der die Nadel den Durch flußquerschnitt der Öffnung (5) vergrößert.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Hilfsantrieb mit einem aus zwei Elementen, nämlich Ventilsitz (142) und Verschlußkörper (130), bestehenden Ventil, dessen eines Element durch einen Hebel (96) verstellbar ist, durch den das Steuerventil (20) verstellbar ist.