DE1936104C3 - Vorrichtung zur Erleichterung des Anlassens einer eine Pumpe antreibenden Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Auch hier obliegt der Bedienungsperson wieder geschwindigkeit mißt und schließt, wenn die ^

,ine schwierige Aufgabe, nämlich das Umgehung»- mungsgeschwindigkeit einen Betrag· JJJJLJ' _ngs.

mntil so lange geölTnet zu halten, bis die Temperatur einer oberhalb der Anlaufdrehzahl der ^vf ^rDr.^e", 5_ie

er Druckflüssigkeit auf den gewünschten Wert ange- kraftmaschine liegenden Drehzahl ^enlsP["; "·. _der

•tieeen ist, aber auch nur so lange, da« keine un- 5 vorzugsweise zwischen der ^Anlaufdren.^zar'_f, ";"_hi_ne

Se Zeit und Energie dadurch verschwendet wird, Leerlaufdrehzahl der Verbrennungsraum·«."«

laß das Umgehungsventil langer als notwendig ge- liegt. . auseebildet,

öffnet bleibt. Das Umgehungsventil ist ferner so ^ausS;^U1' '

Es ist bekannt (USA.-Patentschrift 2 329 401), in duU es den Betriebsdruck des Systems nach oe^

linlben-Luftverdichtern ein Umgehungsventil vor/u- io Schließen des Ventils mißt und beim ^L „'_rmai_er

fin das die Antriebsmaschine des Verdichters Drucks auf einen Wert, der «"«^b "ormaier

Ehrend seiner Anlaßperiode dadurch entlastet, daß Druckschwankungen des Systems liegt, onneu τ

Γ den Kompressionsraum des Verdichters mit der daher die Verbrennungskraftmaschine arnci

Außenatmosphäre verbindet. Dieses Umgehung.- Betriebs abgeschaltet wird, läßt der UrocKjn

SHird mechanisch durch eine Fliehkrafteinrich- _l5 System infolge von Undichtigke, en allmahhch^ach

«steuert, die in der Kurbelwelle des Luftver- so daß sich das Ventil von selbst öffnet unoD

meingebaut ist und in Abhängigkeit von deren geöffnet ist, bevor die Verbrennungskraftmaschine

l d Uehungsventil betätigt Der bau erneut angelassen wird _i

Di Efdg w.rd

Smeingebaut ist und in Abhängigkeit von deren Drehzahl das Umgehungsventil betätigt. Der bau-TAfand der durch diese mechanische Steue

ahl das Umgehungsventil betätigt. Der bau-Aufwand, der durch diese mechanische Steue-ί« Umgehungsventils mittels einer Fliehkraft-

Lg , ,^ ,st en, «r_f mßc«

Kolben wirkenden hydraulic ^ ^

drucksei.igen Cicgendruck samt I-ederk.alt uberwin- ₅₅ an eme l'umpc c.^s. χ la. 'J·^ > _{isl Ein}

digkeit der c'i.rch du· Pumpe strömenden de,■ Pumpe un.l un sd a^ . _k._Ein,_;lßsam.

DrucknUsiikei, mit der Drehzah, der Vcrhannungs- 6_S ie mj, Jr mch ^tU, Nu^r ^

kraftmaschine zusammenhangt. V ,.',„, J₁₁₁₁, dulurch geregelt sein, daß

LIIt. iviiiiv-i £,*- ■■*»- "-' «■ ·■ ■ . - ·...-.. - _-

■ Veränderunu oder spezielle Anpa^sunu der Ben. die tli

Pumpe'an das Umgehungsventil nicht e,to„ien. Das und die ^mes-ung ^^¹ _Di;mrainms. wie cc _t

Umgehungsventil soll ferner einen emtachen. korn- L 4 /..U m '^l'^im.^L V _n/ ¹J₁₁₁₁ Venl.lkolben £

pakien Aufbau aufweisen, sehr leicht ansprechen und 35 l-lcrkiah und die Dr -^ £ " _R(dllung ^

fchlaeartiu schließen. zunJ.mc». «^» ^s'^ül /¹J;¹ ^^,Ustellun,. be- *

Gemäß der Erfindung wird diese Aulgabe dadurch aut den \entuleller. d. h. in die N.nnc

gelöst, daß der Ventilköqier des Unigehunusventils wogt: _Di-i«ramms die Dreh-

Le Axialbohrung aufweist, welche Hoch- und Nie- F , g. ? zeigt „ ^n D. J _{c vmd}

derdruckseite der Pumpe verbinde, und in welcher ₄c momentkurven dc V Ir ™^' _{hu vcntil:}

ein durch eine Feder in die (Wenstellung gedrückter der hydrau J^" J^-stL Imm und zeigt, wie

Kolben verschiebbar gelagert ,st. der einen der Nie- I- . μ h ,st cn ' ^Ul^ ' _Ba._msdrchmomcnt der

derdruckseite zugewandten Verschlußkörper trägt. das Umgeh..r,|^svcn u-Ba"_{y skr;sfl}.

daß ferner ein Durchflußkanal im Kolben sorgesehen Pumpe so lange χ zo, r toj ^^,^,^

ist der unter Druckabfall die llochdruckseite mit 45 maschine über ihre Anlautcirenzam

der Niederdruckseite verbindet, und daß der Durch- nigt .st: „, _{das /c}i_gt. wie

HuBkanal im Kolben eine Umlenkstelle aufweist, an I ig. 7 is, cm ahnhc:he »^~^ _bc>_kaltcr

welcher die den Kolben durchlließende Lmgehun.s- die thermische \ erzog^runtsv r chi g _c |

ITiissigkeit einen im Ventil-SchHeßsmne wirkenden Drucklluss.gKeU das I ^" ^¹™^^ _{/u Jasscn}.

Sf.udn.ck erzeugt, derart, :U.ß bei Erreichen einer 50 Ncr/om-rt. um der DrucktlusM^L.t /x

cue vorbestimmfe Drehzahl der Brennkraftmaschine N^mahemperatur anzunehmerL _

entsprechenden DurchllußgeschwindigkeU dieser Stau- Γ- . g. 1 /eg sc.Kn J^ -» A ^ £

druck im Verein mit den hoehdruckse.U;, auf den msch ..1 eine \ erb in mg mechanisch ^

Kolben wirkenden hydraulischen Kräften den nieder- schlossen und d.e N a d^nc hrcrsu ^

zunutze,
daß die Strömungsgeschwindigkeit der Druckllüssig- .-_ ..^ ■_;;;;;;,_ ,_{lvHr!llllischcn} Systems. ^

_kci, in eier Verdrängerpumpe mu ,u,k„„,u,k., ^ ¹^ ,/j^V^-g,, _{wjc das} lin.gchungsvcnliMQJ^cmcr j

hängigkcit von Druckschwankungen in der Hochdruck-Sammcllcitung 12 selbsttätig verstellt wird.

Der Zylinderblock 14 der Pumpe ist derart ausgebohrt und in den Bohrungen mit Absätzen und Innengewinde versehen, daß er den Umgehur.gsvcntilkörper 16 aufnimmt, der mit einem Außengewinde 18 in das genannte Innengewinde eingreift. Der Ventilkörper 16 ist mit einem sechseckigen Endteil 20 versehen, an dem ein Schraubenschlüssel angesetzt werden kann, um den Ventilkörper 16 so fest anziehen zu können, daß er unter Mitwirkung eines Dichtringes 22 abgedichtet ist.

Die Einlaßseitc des Ventilkörpers 16 ist zur Hochdruck-Sammelleitung 12 hin geöffnet, und das gegenüberliegende Ende des Ventilkörpers enthält einen axialen Aiislaßkanal 24 mit kleincrem Durchmesser. Diesem Auslaßkanal ist ein Ventilteller 25 vorgeordnet, vorzugsweise dadurch, daß die Kanten des Kanals 24 abgeschrägt sind.

Das äußere Ende des Auslaßkanals 24 ist mit Hilfe eines Rohrstopfens 26 dicht verschlossen, und der Auslaßkanal steht über mehrere radiale Bohrungen 28 und eine im Zylinderblock 14 umlaufende Rille 29 mit der Niederdruckbohrung 15 in Verbindung. Wie man sieht, verbindet diese Anordnung die Einlaßseite des Umgehungsventils mit der Hochdruck-Sammelleitung 12 der Pumpe und die Auslaßscite des Umgehungsventils mit der Nicdcrdruck-Einlaßsammelleitung der Pumpe. Die mit der Einlaß-Sammelleitung der Pumpe in Verbindung stehende Bohrung 15 kann jedoch auch weggelassen werden, wenn man den Rohrstopfen 26 durch ein Rohr ersetzt, das mit der Niedcrdruckscite des hydraulischen Systems verbunden ist.

In einer am Ventilteller 25 endenden Axialbohrung 32 des Ventilkörpers ist ein Vcntilglicd 30 in Form eines Differentialkolbens gleitend angeordnet. Das hochdruckseitige Ende 34 des Kolbens füllt die Bohrung 32 vollständig aus und ist engtolericrt in der Bohrung eingepaßt, so daß es dicht an der Wandung der Bohrung anliegt. Das niederdruckscitige Ende 36 des Kolbens hat einen kleineren Durchmesser und ist mit einer sich zum Ende hin konisch verjüngenden Spitze 38 versehen, die in den Ventilteller 25 paßt. D?r Kolben 30 wird normalerweise durch eine Schraubenfeder 40 in geöffneter Stellung gehalten, wobei er sich an einem Sprengring 42 abstützt.

Der Kolben 30 ist mit einem Durchflußkanal versehen, der beim Anschlag der Kolbenspitze 38 am Ventilteller 25 geschlossen ist. Eine axiale Bohrung 44 verläuft durch das hochdruckseitige Ende 34 des Kolbens und endet in einer diametralen Bohrung 45 im dünneren niederdruckseitigen Ende 36, wobei die Axialbohrung an ihrem Ende 46 verengt ist.

Da der Durchfiußkanal im Kolben 30 seine Richtung ändert, drückt der Flüssigkeitsstrom gegen die Oberfläche 48 der diametralen Bohrung 45. Die strömende Flüssigkeit erzeugt daher zusätzlich zur Druckdifferenz" am Kolben, die bestrebt ist. ihn gegen den Ventilteller zu drücken, einen dynamischen Druck gegen die Oberfläche 48, der ebenfalls bestrebt ist. den Kolben in Richtung des Ventikellers 25 zu bewegen.

Wenn der Kolben 30 die in F i g. 2 gezeigte geöffnete Lage einnimmt, wirken die Spitze 38 und der Ventilteller 25 als veränderbare Austrittsöffnung zusammen, die mit der vercncten Öffnung 46 in Reihe liegt und die Druckdifferenz am Ventilstößel steigert. Vorzugsweise sind die beiden Öffnungen so geformt und dimensioniert, daß der Druckabfall an der Öffnung 46 etwa gleich dem Dreifachen des Druckabfalls an der veränderbaren Ölfnung bei maximal gcöffneter Stellung des Ventilkolbens ist, doch ist dieses Verhältnis nicht kritisch.

Während sich der Kolben 30 von seiner weit geöffneten Stellung in seine Schließstellung bewegt,

ίο wird die variable AuslaßöfTnung allmählich verengt. so daß der Druckabfall hier exponentiell ansteigt und bewirkt, daß das Ventil schnappartig schließt. Der Schnappvorgang ist auch an F i g. 4 zu erkennen, aus deren Diagramm zu ersehen ist. daß die durch die Kurve 58 dargestellte Federkraft linear allmählich ansteigt, je weiter der Kolben in Richtung auf seine Schließstellung bewegt wird, wohingegen die Druckdifferenz am Vcntilkolbcn. die von der durch das Ventil strömenden Druckflüssigkeit erzeugt wird,

ao mehr als linear steil ansteigt, wie es durch die Kurve 60 dargestellt ist.

Wie in F i g. 2 gezeigt ist, enthält die Vorrichtung zum Verzögern des Schließens des Umgehungsventils für den Tall, daß die Temperatur der Druckflüssigkeit

a5 unzulässig niedrig ist. einen tangential angeordneten Stift 50 in einer transversalen Vertiefung 52 in der Wand der Hauptbohrung 32 Jcs Ventilkörpers. Ein gekrümmtes Bimetallelement 54 in der Vertiefung spricht auf einen Tempcrauirabfall dadurch an, daß es sich biegt und den Stift 40 in eine Umfangsnut 55 im Kolben 30 drückt, wie es in F i g. 2 a gezeigt ist. Bei normaler Betriebstemperatur der Druckflüssigkeit gestattet das Bimetallelement 54 ein Zurückziehen des Stiftes 50 aus der Nut 55. so daß der Normalbetrieb des Kolbens 30 nicht behindert wird.

Fig. 3 veranschaulicht schematisch die Größen, die in die Berechnung des Druckabfalls und der Auslegung der Ventilfeder 40 eingehen. P₁ ist der Druck der aus der Pumpe austretenden Druckflüssigkeit.

P₂ = P₁ minus dem Druckabfall an der AuslaßöfTnung O₁.

P₃ = P₂ minus dem Druckabfall an der Auslaßöffnung O₂.

«5 ,1P₁ = P, minus P₂.
AP, = P, minus P,.

Die Fläche der Auslaßöffnung O₁ ist gleich A_x, und die veränderbare AuslaßöfTnung O₂ hat eine veränderbare Querschnittsfläche A₉.
Für die Druckdifferenzen gilt

O²
/JP, = ■-■" und ΛΡ. = --

^{KA K}

In diesen Gleichungen ist K₁ eine Konstante. Die veränderbare Fläche ist:

wobei

= K₉-Ii.

K., = sin θ -txD;

D ist der Durchmesser des Auslaßkanals 24, dessen Qucrschnittsftäche A„ ist. Die Querschnittsfläche der Hauptbohrung des Ventilkörpers ist A_n. Nimmt man an. daß die Durchflußmenge pro Zeiteinheit O in dem Auaenblick konstant ist. in dem die Dnick-

diffcrenz die Federkraft F_s überschreitet, so daß der Vcntilkolbcn mit der Schlicl. 'lewcgung beginnt, dann ist

/■" ~ι i P A

WA

' ^{2 s}

der Durchmesser der Hauptventilbohrung 32 beispielsweise 15,9 mm beträgt und die anderen Ventilabmcssungen dazu im Verhältnis stehen, dann kann die Ventilfeder in Übereinstimmung mit den Betriebseigenschaften der Pumpe sowie in Abhängigkeit von der vorgewählten Strömungsgeschwindigkeit, bei der das Umgehungsventil schließen soll, und dem vorgewählten Druckabfall im System, bei dem der Ventilkotben vom Ventilteller abheben soll, nachdem die Pumpe abgeschaltet ist, ausgelegt und bemessen werden.

Fig. 5 zeigt das Drehmoment der Vcrbrennungskraftmaschine und das Bremsdrehmoment der Pumpe, wenn das System ohne Umgehungsventil 10 betrieben wird. Aus dem Diagramm ersieht man, daß das Bremsdrehmoment der Pumpe zu Beginn, wenn der Anlasser in Betrieb ist und die Vcrbrennungskraftmaschine auf seine Anlaßdrehzahl beschleunigt, steil bis auf einen Maximalwert ansteigt, der ungeführ gleich dem Vierfachen des Moments des Motors ist.

Fig. 6 zeigt den Einfluß des Umgehungsventil ^au^ ^c'^as System. ^VV('bci angenommen ist, daß die Druckflüssigkeit eine normale Anfangstemperatur hat. Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist. ist das Brems· drehmoment der Pumpe, während der Zeit, in der der Anlasser den Motor auf seine Anlaufdrchzahl beschleunigt, minimal und das maximale Brcmsdrchmoment der Pumpe bis zu einem Zeitpunkt verzögert, in dem sich der Motor bis auf eine Drehzahl beschleunigt hat, die weit über der Anlaufdrchzahl liegt.

Fig. 7 zeigt das Anlassen des Systems bei einer Druckflüssigkeitstemperatur, die unzulässig niedrig ist. Fig. 7 zeigt, wie die zusätzliche Verzögerung, die durch die temperaturabhängige Verriegelung des Kolbens 3<) bewirkt wird, eine weitere Verschiebung des maximalen Bremsdrehmoments der Pumpe zui Folge hat, d. h. eine weitere Verzögerung des Schlic Gens des Umgehungsventils, um der Druckflüssigkeil eine angemessene Zeit zum Erwärmen bis auf Nor maltempcratur durch ständige Umgchungszirkulatior zu lassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen «C9 649

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erleichterung des Anlassens einer eine Pumpe antreibenden Brennkraftmaschine, bei welcher beim Anlassen ein Umgehungsventil selbsttätig bis zum Erreichen einer vorbestimmten Brennkraftmaschinendrehzah! die Pumpe von ihren Verbrauchern entlastet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (16) des Umgehungsventils (10) eine Axialbohrung (32) aufweist, welche Hoch- und Niederdruckseite der Pumpe verbindet und in welcher ein durch eine Feder (40) in die OfTenstellung gedrückter Kolben (30) verschiebbar gelagert ist, der einen der Niederdruckseite zugewandten Verschlußkörper (38) trägt, daß ferner ein Durchflußkanal im Kolben (30) vorgesehen ist, der unter Druckabfall die Hochdruckseite mit der Niederdruckseite verbindet, und daß der Durdiflußkan:'l im Kolben eine Umlenkstelle (bei 48) aufweist, an welcher die den Kolben durchfließende Umgehungsflüssigkeit einen im Ventil-Sehließsinnc wirkenden Staudruck erzeugt, derart, daß bei Erreichen Jner eine vorbestimmte Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechenden Durchflußgeschwindigkeit dieser Staudruck im Verein mit den hochdruckseitig auf den Kolben wirkenden hydraulischen Kräften den niederdruckscitijien Gegendruck samt Federkraft überwindet und tli'.s Umgehungsventil schließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben ;30) ein Differentialkolben ist, dessen K^lbentr-il (34) größeren Durchmessers auf der Hochdru,:kseite liegt und dessen Kolbenteii (36) geringeren Durchmessers den der Niederdruckseite zugewandten Vcrschlußkörper (38) tragt, und daß der Durchflußkanal im Kolben (30) die Hochdruckseile mit einem Rmgraiim verbindet, der den Kolbenteil (36) geringeren Durchmessers umgibt und die Feder (40) aufnimmt.

λ Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine tcniperaturempfindlichc Einrichtung (50. 52, 54. 55) vorgesehen ist. die die Temperatur der Druckflüssigkeit mißt und eine Bewegung des Kolbens (30) in die Schließstellung verhindert, wenn die Druckflüssigkeit Untertemperatur aufweist, und das Schließen so lange verzögert, bis die Temperatur der Druckflüssigkeit auf einen vorbestimmten Wert angestiegen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturcmpfindlichc Vorrichtung einen Stift (50) aufweist, der /wischen zwei Stellungen hin und her bewegbar ist, wobei ein Bimetallelement (54) den Stift bei Untertemperatur der Druckflüssigkeit in eine die Bewegung des Kolbens sperrende Lage bewegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Kolben (30) verlaufende Kanal eine axiale Bohrung (44) in dem hochdruckscitigeii Ende (34) und eine Querbohrung (45) enthält, die die axiale Bohrung (44) schneidet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umgehungsventil (10) im Körper (14) der Pumpe angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erleichterung des Anlassens einer eine Pumpe antreibenden Brennkraftmaschine, bei welcher beim Anlassen ein Umgehungsventil selbsttätig bis zum Erreichen einer vorbestimmten Brennkraftmaschinendrehzahl die Pumpe von ihren Verbrauchern entlastet.

Bei einem typischen, bekannten hydraulischen System eines Lastkraftwagens oder Traktors, bei dem

ίο der Druck einer an den Motor des Lastkraftwagens oder Traktors angeschlossenen Pumpe der Verdrängebauart geregelt ist, um einen vorbestimmten Betriebsdruck in dem hydraulischen System aufrechtzuerhalten, wird der Motor von einem Anlasser bis auf eine .orbestimmte Anlaufdrehzahl angelassen, von der ab der Motor sich selbst bis auf eine höhere Leerlaufdrehzahl beschleunigt.

Ein normaler Anlasser, der nicht vom Bremsmoment der Pumpe belastet wird, ist zwar πι tier Lage.

ao das Bremsmomeni des Motors zu überwinden und den Motor bis auf die Anlaufdrehzahl zu heschleuniijen, die etwa bei 80 bis IUO Umdrehungen in der Minute liegt, woraufhin die Motorleistung den Motor bis auf eine Leerlaufcirehzahl beschleunigt, die im Bereich von 600 bis SOO Umdrehungen in der Minute liegen kann. Das zusätzliche Bremsmomeni einer Verdrängerpumpe hat jedoch zur Folge, dal.', die Leistungsfähigkeit eines normalen Anlassers überschritten wird, weil die Pumpe beim Anlaufen volle Verdrängung hat und, nachdem Schwunderscheinungen infolge Leckverlusten oder Undichtigkeiten überwunden sind, der Druck im System so lange proportional mit dem Durchlluß ansteigt, bis der Druckregler anspricht und die Pumpe auf eine uerincere Verdrängung einstellt. Das maximale Drehmoment tritt auf, wenn die Pumpe mit maximaler Verdrängung und bei maximalem Überdruck arbeitet, kurz bevor der Druckregler einseift und die Y'erdräimung der Pumpe auf einen niedrigeren Wert einstellt. Die ersten Umdrehungen der Pumpe bringen also das hydraulische System auf einen Betriebsdruck, dei im Bereich von 160 bis 240 Kilopond pro ()u;idratzcnlimcter liegt, was einen sprungartigen Anstieg des Bremsmoments der Pumpe bis auf einen Maximalwert zur Folge hat. bevor der Anlasser den Motor bis auf die Anlaufdrehzahl beschleunigt hat. Wenn der Anlasser sowohl das Anfangsbrcmsmomcnt tier Pun.pe als auch das des Motors aufbringen soll, muß er gegenüber einem normalen Anlasser auf eine wesentlich höhere Leistung ausgelegt sein.

Eine bekannte Lösung des Problems besteht darin, vor dem Anlassen des Motors den Pumpenausgang über ein geöffnetes Umgehungsventil mit der Niederdruckseitc zu verbinden und nach dem Anlassen des Motors das Ventil zu schließen. Wenn die Bedienungsperson versäumt, das Umgehungsventil zu öffnen, wird der Anlasser jedoch zwangläufig blockiert, und wenn die Bedienungsperson anschließend versäumt, das Ventil zu schließen, fällt das hydraulische System aus.

Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich dadurch, daß die Druckflüssigkeit bei niedriger Umgebungstemperatur sehr zäh und dickflüssig ist. In diesem F⁷JiIIc sollte die Bedienungsperson tlas Schließen des Umgehungsventil* so lange verzögern, bis die ständige Umgehungs/irkulation tier Druckflüssigkeit diese bis auf eine normale Betriebstemperatur erwärmt hat.