DE1913808B2

DE1913808B2 - Uberdrehsicherung für Einspritzpumpen von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1913808B2
Application number: DE1913808A
Authority: DE
Inventors: Franz 7000 Stuttgart Eheim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1969-03-19
Filing date: 1969-03-19
Publication date: 1975-05-28
Also published as: US3661130A; GB1249262A; DE1913808A1; DE1913808C3; FR2030969A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überdrehsicherung für Einspritzpumpen von Brennkraftmaschinen, die einen Hochdruckteil und einen Niederdruckteil aufweisen, wobei der Hochdruckteil über ein elektromagnetisch betätigbares Sicherheitsventil mit den Niederdruckteil verbunden ist und ein Drehzahlmesser vorhanden ist, welcher Bestandteil der Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine irt und der zusätzlich eine elektrische Drehzahlgröße abgibt, durch die der Elektromagnet steuerbar ist.

Dieselmotoren dürfen nicht über eine zulässige Höchstdrehzahl hinaus betrieben werden. Diese höchste Drehzahl ist durch die konstruktive Auslegung des Motors bestimmt. Wird dem Motor nach Erreichen dieser zulässigen Höchstdrehzahl eine zunehmende Kraltstoffmenge zugeführt, so besteht bei der sich daraus ergebenden Drehzahlzunahme die Gefahr, daß die bewegten Teile des Motors beschädigt werden.

Zur Drehzahlbegrenzung bei Dieselmotoren ist es bekannt, mechanische Fliehkraftregler in Verbindung mit Einspritzpumpen zu verwenden. Überschreitet das Regelelement eines derartigen Fliehkraftreglers eine vorbestimmte Auslenkung, so wird dadurch die Fördermenge der Einspritzpumpe beeinflußt.
Bei der elektronischen Regelung eines Dieselmotors müssen entweder die bereits bekannten mechanischen Überdrehsicherngen zusammen mit den elektronischen Geräten verwendet werden, oder es müssen spezielle elektronische Überdrehsicherungen geschaffen werden, die genauso sicher und zuverlässig wie die seither verwendeten mechanischen Geräte arbeiten. Bei einer bekannten Überdrehsicherung der eingangs genannten Art (USA.-Patentschrift 20 53 682) wird durch einen mechanischen Drehzahlregler bei Erreichen der zulässigen Höchstdrehzahl ein elektrischer Schalter betätigt, der den Elektromagneten steuert. Abgesehen davon, daß eine derartige Steuerung mittels eines mechanischen Reglers sehr aufwendig ist, besteht die Gefahr, daß bei einem Drahtbruch des elektrischen Kreises des Elektromagneten der Motor »durchgeht«.

Drehzahlmesser, die Bestandteil der Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine sind, sind für sich bei Zündeinrichtungen einer Brennkraftmaschine (USA.-Patentschriften 33 56 082 und 34 30 615) bekannt. Bei einer der bekannten Einrichtungen (USA.-Patentschrift 33 56 082) arbeitet der Drehzahlmesser mit einer Zahnscheibe. Außerdem ist bereits vorgeschlagen worden (deutsches Patent 19 10 112), bei einem derartigen Drehzahlmesser, allerdings bereits bei einer Krafistoffeinspritzpumpe angewandt, die einander gegenüberliegenden Seiten von Zahnscheibe und Joch einander entsprechend zu verzahnen. Auch ist es für sich bekannt (britische Patentschrift 9 96 032), den Hochdruckteil der Brennkraftmaschine mit dem Niederdruckteil über ein elektromagnetisch betätigbares Sicherheitsventil zu verbinden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Überdrehsicherung der eingangs genannten Art zu schaffen, die für Großserienfertigung geeignet, billig herstellbar ist und bei der der Motor auch bei Ausfallen eines elektronischen Bauelementes eine vorgegebene, höchstzulässige Drehzahl nicht überschreiten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehzahlmesser eine mit der Antriebswelle der Einspritzpumpe verbundene ferromagnetische Zahnscheibe und ein Joch aufweist, dessen Enden entsprechend der Zahnscheibe gezahnt sind, und daß das Joch zwei Wicklungen trägt, von welchen die eine der Regelung der Brennkraftmaschine zugeordnet ist und die andere dem Steuerkreis des Elektromagneten angehört.

Die Betriebssicherheit der elektronischen Überdrehsicherung kann dadurch wesentlich erhöht werden, daß das Absperrventil in einen Steuerkreis eingeschaltet ist, der ausschließlich zur Überdrehsicherung dient und der mit einem eigenen galvanisch getrennten Teil des elektrischen Drehzahlmessers verbunden ist. Auf diese Weise bleiben von außerhalb des Steuerkreises einwirkende Stöi größen weitgehend ohne Wirkung auf den Steuerkreis.

Bei einer bevorzugten Ausführung enthält dieser Steuerkreis einen Verstärker, der eingangsseitig mit dem Drehzahlmesser und ausgangsseitig mit einem das Sicherheitsventil einschaltenden Hilfsschalter verbunden ist, wobei sich eingangsseitig und/oder ausgangsseitig des Verstärkers Grenzwertsicherungen befinden. Im einfachsten Fall sind diese Grenzwertsicherungen

Is Schmelzsicherungen ausgebildet. In diesem Fall isi j_er im Eingangskreis oder Ausgangskreis des Verstärkers fließende Strom die drehzahlproportionale Größe, deren Grenzwert nicht überschritten werden soll. Darnjjer hinaus können diese Grenzwertsicherungen auch als elektronische Strom- oder Spannungssicherungen ausgebildet sein. In vorteilhafter Weise wird jeweils mehr als eine Sicherung verwendet werden, so daß 'üch bei Ausfall einer Sicherung der Motor nicht gefährdet werden kann.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich «n Verbindung mit dem nachstehend beschriebenen und der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

ρ i g. 1 eine Ausführungsform, bei der das Sicherheitsventil im Zulauf zum Hochdruck der Pumpe angeordnet ist, und

Fig-2 eine Ausführungsform, bei der das Sicherheitsventil in einem Rücklauf vom Hochdruckraum der Pumpe zum Saugraum angeordnet ist.

In der F i g. 1 ist schematisch ein Teil einer Verteilereinspritzpumpe gezeigt, bei der mit Hilfe eines Ringschiebers 10 Förderbeginn oder Förderende der Hochdruckpumpe und somit die Fördermenge veränderbar ist Der Ringschieber 10 ist mit einem elektromagnetitchen Mengenstellwerk 11 verbunden, dem bei dem Pfeil 12 eine elektrische Größe zugeführt wird. Der Hochdruckteil 14 der Einspritzpumpe enthält den Pumpenkolben 13, der in bekannter Weise Hubdrehbewegungen ausführt. Mit der Antriebswelle der Einspritzpumpe, die auch die Pumpenkolben 13 antreibt, ist ?ine aus ferromagnetischem Material bestehende Zahnscheibe 34 verbunden. An die Zahnscheibe 34 grenzt ein Joch 15, dessen der Zahnscheibe gegenüberliegende Enden eine entsprechende, nicht in der Figur sichtbare Zahnung aufweisen. Das Joch 15 trägt zwei Induktionswicklungen 16 und 17. Die von der Induktionswicklung 16 erzeugte elektrische Drehzahlgröße wird bei dem Pfeil 18 einem nicht näher beschriebenen elektronischen Gerät zur Regelung des mit der Einspritzpumpe zusammenarbeitenden Dieselmotors zugeführt. Das von der Induktionswicklung 17 erzeugte elektrische Drehzahlsignal wird einem Steuerkreis 19 zugeführt, dessen Ausgang mit einem elektromagnetisch betätigbaren Sicherheitsventil 20 verbunden ist. Das Sicher heitsventil 20 weist in seinem Inneren einen axial beweglichen ferromagnetischen Kern 21 auf, der von einer Feder 22 aus dem Inneren des Absperrventils herausgedrückt wird. An dem freien Ende des ferromagnetischen Kernes 21 befindet sich ein Schließkörper 23, der in der Ruhestellung des Sicherheitsventils mit Hilfe der Feder 22 den Zulauf 24 zum Hochdruckteil 14 der Pumpe verschließt. Der Innenraum des Sicherheitsventils steht über Ausgleichbohrungen mit dem Niederdruckteil der Pumpe in Verbindung, so daß die Bewegung des Kernes 21 bei Betätigung des Ventils nicht behindert werden kann. Der Sleuerkreis 19 enthält einen Verstärker 26, der eingangsseitig mit der Induktionswicklung 17 des elektrischen Drehzahlmessers verbunden ist. In der Zuleitung zu dem Verstärker 26 befindet sich außerdem eine erste Sicherung 27. Der Ausgang des Verstärkers 26 ist mit der Reihenschaltung eines Relais 28 und einer zweiten Sicherung 29 verbunden. Das Sicherheitsventil 20 ist über einen Arbeitskontakt des Relais 28 an eine Hilfsspannungsquelle 31 angeschlossen. Dem Arbeitskontakt 30 ist außerdem ein Hilfskontakt 32 parallel geschaltet, der mit einem in der Figur nicht dargestellten Anlasserschalter verbunden ist und nur kurzzeitig während des Anlassens betätigt wird. Aus dem Hochdruckteil 14 der Pumpe gelangt der einzuspritzende Kraftstoff unter dem dort herrschenden Druck zu den in der Zeichnung nicht dargestellten Einspritzdüsen, wie es bei 33 mit einem Pfeil angedeutet ist

Das betrachtete Ausführungsbeispiel arbeitet folgendermaßen: Solange sich die ferromagnetische Zahnscheibe 34 nichi bewegt, wird in der Induktionswicklung i7 keine Spannung induziert; das Retais 28 bleibt unerregt und sein Arbeitskontakt 30 ist geöffnet. Bei geöffneten Kontakten 30 und 32 befindet sich das Sicherheitsventil 20 in seiner Ruhestellung; die Feder 22 preßt dann den Schließkörper 23 in die gezeichnete is Lage, so daß der Zulauf zum Hochdruckteil der Einspritzpumpe abgesperrt ist. Soll nun der Dieselmotor angelassen werden, so wird in Verbindung mit dem Anlasserschalter der Kontakt 32 vorübergehend geschlossen. Dadurch wird das Sicherheitsventil 20 mit der Hilfsspannungsquelle 31 verbunden, sein ferromagnetischer Kern 21 wird in das Innere des Ventilkörpers gezogen und die Zulaufbohrung 24 zum Hochdruckteil der Pumpe ist freigegeben.

Sobald der Motor angesprungen ist, wird in der Induktionswicklung 17 eine Spannung induziert, so daß über den Verstärker 26 das Relais 28 erregt und dadurch sein Arbeitskontakt 30 geschlossen wird. Nun bleibt das Sicherheitsventil 20 unabhängig von der Stellung des Hilfskontaktes 32 mit der Hilfsspannungsquel-Ie 31 verbunden, so daß der Zulauf über die Zulaufbohrung 24 zum Hochdruckteil der Pumpe geöffnet bleibt. Der Verstärker 26 ist so ausgelegt, daß er einen genau vorherbestimmten konstanten Eingangswiderstand aufweist, der sich auch während längeren Betriebes nicht verändert, so daß der in seinem Eingangskreis fließende Strom genau proportional der in der Induktionswicklung 17 entstehenden Spannung ist. Sobald durch Überschreiten einer höchstzulässigen Drehzahl diese Spannung einen höchstzulässigen Wert überschreitet, steigt damit auch der Strom so weit an, daß die erste Sicherung 27 anspricht und der Eingangskreis des Verstärkers 26 aufgetrennt wird. Sobald jedoch dem Eingang des Verstärkers kein Spannungssignal mehr zugeführt wird, fällt das Relais 28 ab, sein Arbeitskontakt 30 öffnet sich und das Sicherheitsventil 20 bewirkt, daß der Zulauf 24 zum Hochdruckteil der Pumpe abgesperrt wird. Der Ansprechstrom der ersten Sicherung 27 entspricht dabei der höchstzulässigen Drehzahl der mit der Antriebswelle verbundenen Scheibe 34 und damit der höchstzulässigen Motordrehzahl.

Es ist nun jedoch denkbar, daß durch Ausfall eines elektronischen Bauelements, beispielsweise durch Zerstörung eines Transistors, der Verstärker 26 an seinem Ausgang ständig eine hohe Spannung aufweist, obwohl die erste Sicherung 27 bereits seinen Eingangskreis aufgetrennt hat. Damit auch in diesem Fall ein sicheres Abschalten des nur im unerregten Zustand absperrenden Ventils 20 erfolgen kann, ist auch die zweite Sicherung 29 auf einen Ansprechstrom eingestellt, der wiederum der höchstzulässigen Drehzahl entspricht. Sobald dieser Wert überschritten wird, spricht auch diese zweite Sicherung an, und der Arbeitskontakt 30 des Relais 28 wird infolge des Überschreitens der höchstzulässigen Drehzahl geöffnet.

65 Das in F i g. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in F i g, 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung des Sicherheitsventils, das in einer vom Hochdruckteil {4 der Pumpe zum

Siederdruckteil führenden Verbindung angeordnet ist. Unmittelbar an den Hochdruckteil 14 schließt ein Ventilkörper 40 an, der über Bohrungen 41 sowie über den verschließbaren Öffnungsquerschnitt des Sicherheitsventils 20 und über eine zum Niederdruckteil führende Verbindung 42 den Hochdruckteil 14 mit dem Niederdruckteil verbindet.

Dabei ist der von dem ferromagnetischen Kern 21 bewegte Schließkörper 23 des Sicherheitsventils 20 kegelig zum Hochdruckteil hin verdickt, so daß sich zu- to sammen mit dem Ventilkörper 40 ein tellerventilartiger Verschluß bildet.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 arbeitet folgendermaßen: Die Feder 22 drückt den ferromagnetischen Kern 21 aus dem Inneren des Ventils 20. Dadurch ist der Öffnungsquerschnitt zwischen dem Ventilkörper 40 und dem Schließkörper 23 freigegeben, so daß der Hochdruckteil 14 der Pumpe ständig mit dem Niederdruckteil verbunden ist und kein Kraftstoff eingespritzt werden kann. Wird nun, wie bereits im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben, das Sicherheitsventil 20 erregt, so wird sein Kern 21 in das Innere des Ventils gezogen und dadurch der Öffnungsquerschnitt verschlossen. Nun kann sich der zum Einspritzen erforderliche Druck in dem Hochdruckteil 14 aufbauen. Der im Raum 14 herrschende Druck wirkt dabei im Sinne eines Schließens des Öffnungsquerschnittes. Sobald das Sicherheitsventil 20 stromlos wird und im Hochdruckteil 14 kein zum Einspritzen erforderlicher Druck herrscht, kann die Feder 22 den Schließkörper 23 wieder so bewegen, daß das Sicherheitsventil 20 geöffnet wird. Nach dem Unterbrechen des Erregerstromkreises vergeht demnach längstens ein Hub des Pumpenkolbens 13, bis das Sicherheitsventil sich öffnet und damit kein Kraftstoff mehr eingespritzt werden kann.

In Ausgestaltung dieser Ausführungsbeispiele ist es möglich, eine der Sicherungen als elektronische Grenzwertsicherung auszubilden. Die Sicherungen können in jedem Fall so ausgebildet sein, daß sie zumindest teilweise wiedereinschaltbar sind. Als einfachste Ausführung ist es ausreichend, Schmelzsicherungen vorzusehen.

Im Zusammenhang mit einer vollelektronischen Regelung aller Betriebsdaten eines Dieselmotors wird der Mehraufwand eines erfindungsgemäßen elektronischen Steuerkreises nicht so erheblich ins Gewicht fallen, da mitverwendbare Versorgungsspannungen und Befestigungsmöglichkeiten für die übrige Steuerelektronik bereits vorhanden sind. Besonders in diesem Fall werden durch die beschriebene Überdrehsicherung keine wesentlichen zusätzlichen Kosten verursacht, sondern im Gegenteil aufwendige mechanische Fliehkraftregler durch wesentlich einfacher herzustellende elektronische Einrichtungen ersetzt, von denen auch nur ein einziger Bautyp erforderlich ist, da er sehr einfach an die verschiedensten Drehzahlen angepaßt werden kann. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Überdrehsicherung besteht darin, daß der Hochdruckteil der Pumpe nur dann den Einspritzdüsen Kraftstoff zuführt, wenn das Sicherheitsventil 20 an die Hilfsspannungsquelle 31 geschaltet ist Alle Störungen, die eine Leitungsunterbrechung des Steuerkreises 19 verursachen haben lediglich einen Förderstop der Hochdruckpumpe und keine Gefährdung der Funktion der Überdreh sicherung zur Folge.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überdrehsicherung für Einspritzpumpen von Brennkraftmaschinen, die einen Hochdruckteil und einen Niederdruckteil aufweisen, wobei der Hochdruckteil über ein elektromagnetisch betätigbares Sicherheitsventil mit dem Niederdruckteil verbunden ist und ein Drehzahlmesser vorhanden ist, welcher Bestandteil der Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine ist und der zusätzlich eine elektrische Drehzahlgröüe abgibt, durch die der Elektromagnet steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlmesser eine mit der Antriebswelle der Einspritzpumpe verbundene ferromagnetische Zahnscheibe (34) und ein Hoch (15) aufweist, dessen Enden entsprechend der Zahnscheibe gezahnt sind, und daß das Joch (15) zwei Wicklungen (16, 17) trägt, von welchen die eine (16) der Regelung der Brennkraftmaschine zugeordnet ist und die andere (17) dem Steuerkreis des Elektromagneten angehört.

2. Überdrehsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsventil in einen Steuerkreis (119) eingeschaltet ist, der ausschließlich zur Überdrehsicherung dient und der mit einem eigenen galvanisch getrennten Teil des elektrischen Drehzahlmessers (17) verbunden ist.

3. Überdrehsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (19) einen Verstärker (26) enthält, der eingangsseitig mit dem Drehzahlmesser und ausgangsseitig mit einem das Sicherheitsventil einschaltenden Hilfsschalter (29) verbunden ist, und daß sich eingangsseitig und/oder ausgangsseitig des Verstärkers Grenzwertsicherungen (27,29) befinden.

4. Überdrehsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwertsicherungen (27, 29) zumindest teilweise als elektronisch wirkende Sicherungen ausgebildet sind.

5. Überdrehsicherung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im gesamten Steuerkreis mindestens zwei Grenzwertsicherungen befinden.