DE2800029A1 - Fliehkraftregler - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fliehkraftregler zur Steuerung des Förderdruckes einer Flüssigkeitspumpe, insbesondere einer Pumpe zur Förderung von flüssigem Kraftstoff unter Druck zur Einspritzpumpe einer Brennkraftmaschine

Aufgabe der Erfindung ist es, für diesen Zweck einen Fliehkraftregler in baulich einfacher, betriebssicherer Weise zweckmäßig auszubilden.

Der Lösung dieser Aufgabe dienen die in den Patentansprüchen angegebenen Mittel.

Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 in Umrissen die KraftstoffVersorgung einer Brennkraftmaschine und den erfindungsgemäßen Regler in größerem Maßstab im Schnitt und

Fig. 2 eine Modifikation des erfindungsgemäßen Fliehkraftreglers .

L 66 P 168

3.1.78 - 6 -

809828/0775

- Sr -

Gemäß Fig. 1 ist einer Brennkraftmaschine 10 mittels einer Einspritzpumpe 11 Kraftstoff zuzuführen, die den Kraftstoff mit dem für die Einspritzung erforderlichen Druck in vorbestimmter Reihenfolge den Einspritzdüsen zuführt. Eine der Anzahl der Einspritzdüsen entsprechende Anzahl von Pumpenauslässen 12 ist hierzu der Pumpe zugeordnet. Die Einspritzpumpe ist zweckmäßigerweise als Rotationspumpe ausgebildet, deren Rotor in zeitlicher Abhängigkeit von der Brennkraftmaschine angetrieben wird.

Um der Einspritzpumpe 11 Kraftstoff zuführen zu können, ist eine Speisepumpe 13 vorgesehen, deren Kraftstoffauslaß mit 14 und deren Kraftstoffeinlaß mit 15 bezeichnet ist. Zweckmäßigerweise sind dia Rotoren der Einspritzpumpe 11 und der Speisepumpe 13 aus einem Stück gebildet. Die Speisepumpe arbeitet mit einstellbarem, aber nach der Einstellung konstantem Fördervolumen und hat eine Vielzahl von Schaufeln im Rotor, der in einer exzentrischen Kammer rotiert. Das Fördervolumen der Speisepumpe 13 ist stets größer als das von der Einspritzpumpe in die Brennkraftmaschine geförderte Kraftstof fvolumen.

Die Menge des von der Einspritzpumpe in die Brennkraftmaschine geförderten Kraftstoffes wird mit einer Drossel 16 bestimmt, die zwischen dem Auslaß 14 der Speisepumpe und dem Einlaß der Einspritzpumpe angeordnet ist.

L 66 P 168

3.1.78 - 7 -

809828/0775

2800023 - r-

Die Drossel 16 ist von der Bedienungsperson der Brennkraftmaschine einstellbar, so daß die Bedienungsperson die Arbeitsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine bestimmen kann. Außerdem ist der Drossel 16 ein Regler zugeordnet, dessen primäre Aufgabe es ist zu verhindern, daß eine vorgegebene Arbeitsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine überschritten wird. Darüber hinaus kann es Aufgabe des Reglers sein, die Einhaltung anderer Grenzen bei der Kraftstoff zufuhr zu der Brennkraftmaschine zu bewirken, um bestimmte Arbeitscharakteristiken zu ergeben.

Der Regler kann ein mechanischer Fliehkraftregler sein, der mehrere Fliehgewichte enthält, die sich mit zunehmender Umlaufgeschwindigkeit entgegen der Wirkung einer Feder nach außen bewegen. Mit zunehmender Verstellbewegung der Fliehgewichte nach außen wird der wirksame Durchflußquerschnitt der Drossel 16 verkleinert und damit in entsprechender Weise die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge verringert. Die von der Feder aufgebrachte Rückstellkraft kann durch die Bedienungsperson der Brennkraftmaschine innerhalb eines normalen Arbeitsbereiches der Brennkraftmaschine bestimmt werden, so daß die Arbeitsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine gesteuert werden kann. Alternativ hierzu kann eine Hebelverbindung zwischen den Fliehgewichten und dem

L 66 P 168

3.1.78 - 8 -

809828/0775

54

Drosselelement von der Bedienungsperson der Brennkraftmaschine einstellbar sein, so daß diese ebenfalls die Steuerung der Arbeitsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine in einem üblichen Geschwindigkeitsbereich bewirken kann.

Alternativ hierzu kann der Regler auf den Förderdruck der Speisepumpe ansprechbar sein, der mit zunehmender Arbeitsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine ansteigt, was im einzelnen noch erläutert wird. In diesem Fall weist der Regler vor allem einen Kolben auf, der dem Förderdruck der Speisepumpe unterworfen ist. Der Kolben steuert den effektiven urosselquerschnitt, und bei ansteigender Arbeitsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine wird der Drosselquerschnitt entsprechend verringert. Dem auf den Kolben wirkenden Druck wirkt der Druck einer Rückstellfeder entgegen, und diese Gegenkraft der Rückstellfeder ist von der Bedienungsperson der Brennkraftmaschine einstellbar, so daß die gewollte Arbeitsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine innerhalb eines normalen Geschwindigkeitsbereiches eingestellt werden kann.

Für eine wirksame Arbeitsweise des Reglers ist es sowohl bei mechanischer als auch bei hydraulischer Ausbildung erforderlich, daß der Förderdruck der Speisepumpe 13 vom

1 66 P 168

3.1.78 - 9 -

809828/0775

Quadrat der Antriabsdrehzahl des Reglers abhängig ist und daß der Druck entsprechend der Entspannung veränderbar ist (n² + k).

Zur Steuerung des Förderdruckes der Speisepumpe 13 ist nun erfindungsgemäß ein Fliehkraftregler 18 vorgesehen. Der Regler weist ein Regelglied 19 auf, das drehbar in einer Kammer 21 eines Gehäuses 20 angeordnet ist. Das Regelglied 19 weist eine Antriebswelle 22 auf. In der praktischen Ausführung ist das Gehäuse 20 auf dem Hauptgehäuse der Kraftstoff-Fördervorrichtung rait der Speisepumpe und der Einspritzpumpe befestigt. Dabei ist die Welle 22 mit dem Rotor der Speisepumpe gekoppelt. Die Kammer 21 steht mit dem Auslaß 14 der Speisepumpe in Verbindung. Eine Ringnut 23 der Welle 22 steht mit dem Einlaß 15 der Speisepumpe sowie einer Kraftstoffquelle 24 in Verbindung.

In dem Regelglied 19 erstreckt sich diametral eine Bohrung 25. Das eine Ende dieser Bohrung hat einen relativ weiteren Querschnitt, und in diesem Teil der Bohrung ist ein erster Kolben 26 verstellbar gelagert. Im engeren Abschnitt der Bohrung 25 ist ein zweiter Kolben 27 verstellbar gelagert. Der Kolben 27 stützt sich über einen Stössel 28 mit abgerundetem Ende auf dem Kolben 26 ab. Der Querschnitt des Stössels 28 ist kleiner als der kleinere Querschnitt der

L 66 P 168

3.1.78 - 10 -

809828/077S

ΑΌ

Bohrung 25. Der Stössel bildet zusammen mit der Bohrungswand und den einander zugekehrten inneren Kolbenstirnflächen einen Abströmraum 29.

Dieser Abströmraum 29 steht mittels einer Bohrung 30 in ständiger Verbindung mit der Ringnut 23. Darüber hinaus ist in der Wand des Regelgliedes 19 eine Abströmöffnung 31 vorgesehen. Diese Abströmöffnung 31 hält den Abströmraum 29 in Verbindung mit der Kammer 21, und ihre Größe ist abhängig von der Stellung des zweiten Kolbens 27, indem dieser die Ablauföffnung mehr oder weniger überdeckt.

Die Bewegung der Kolben in der Richtung einer Verkleinerung des freien Querschnittes der Abströmbohrung 31 wird von einer Rückstellfeder in der Form einer gewickelten Druckfeder 32 bewirkt. Die Rückstellfeder stützt sich mit ihrem einen Ende an der äußeren Stirnseite des Kolbens und mit ihrem anderen Ende an einem Widerlager am äußeren Ende des engeren Abschnittes der Bohrung 29 ab. Die Menge des Kraftstoffes, die in der Zeiteinheit in den und aus dem engaren Abschnitt der Bohrung 29 fließt, ist durch den Durchflußquerschnitt in einer Absperrplatte 33 bestimmt. Diese Absperrplatte ist von der Rückstellfeder 32 in Anlage an dem Widerlager der Rückstellfeder gehalten. Das Heraus-

L 66 P 168

3.1.78 - 11 -

809828/0775

— ~\i —

fallen des im Querschnitt größeren Kolbens 25 aus den im Querschnitt größeren Abschnitt der Bohrung 29 wird durch einen Anschlag am äußeren Ende dieses Bohrungsabschnittes verhindert. Die Masse der beiden Kolben 26,27 und des Stössels 28 ist in Richtung auf den v/eiteren Abschnitt der Bohrung 29 relativ zur Drehachse des Regelgliedes 19 ausgeglichen.

Ist die Vorrichtung im Betrieb, sind die äußeren Enden der beiden Kolben 26,27 dem Förderdruck der Speisepumpe unterworfen. Da jedoch der Querschnitt des Kolbens 26 größer als der Querschnitt des Kolbens 27 ist, wird der Förderdruck der Speisepumpe die Tendenz haben, beide Kolben in Richtung auf die Absperrplatte 33 zu bewegen. Dieser Kraft entgegen wirkt die Kraft der Feder 32. Ferner wirkt die Zentrifugalkraft auf die Kolben 26,27. Wird für einen Augenblick eine stetige Umlaufgeschwindigkeit und ein konstanter Kraftstoff-Fluß durch die Drossel 16 unterstellt, so werden die Kolben eine Gleichgewichtsstellung einnehmen, in der die oben genannten Kräfte ausgeglichen sind. Die Öffnung 31 ist teilweise geöffnet, so daß Kraftstoff von dem Kraftstoffauslaß 14 der Speisepumpe zurück zum Kraftstoffeinlaß 15 der Punpe gelangt, und zwar über die öffnung 31, den Abströmraum 29, die Bohrung 30 und die Umfangsnut 23. Steigt nun die Arbeitsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine an, so daß das Regelglied 19 mit

L 66 P 168

3.1.78 - 12 -

809828/0775

2800023

- ve - 42

höherer Geschwindigkeit umläuft, so steigt die Zentrifugalkraft in der Weise an, daß die Kolben 26,27 gemeinsam weiter von der Absperrplatte 33 weg bewegt werden, so daß der von dem Kolben 27 freigegebene wirksame Querschnitt der öffnung 31 verkleinert wird. Hierdurch wird der Förderdruck der Speisepumpe ansteigen. Auf Grund der Bauweise der Speisepumpe wird auch das Fördervolumen der Pumpe ansteigen, und da auch der Kraftstoff-Fluß durch die Drossel wahrscheinlich ansteigen wird, muß mehr Kraftstoff zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Pumpe strömen. Daraus resultiert, daß die Bewegung der Kolben in der Tat kleiner sein wird, als oben beschrieben.

Aufgabe der Absperrplatte 33 ist die Steuerung des Ausmaßes der Bewegung der beiden Kolben in der Zeiteinheit. Wäre die Absperrplatte nicht vorhanden, würden die Kolben anfangen zu oszillieren, wann immer Anlaß hierzu durch eine Veränderung der Arbeitsbedingungen gegeben ist, beispielsweise bei einer Geschwindigkeitsänderung oder bei einer plötzlichen Änderung des Kraftstoff-Flusses zu der Speisepumpe. Im Fall des Vorhandenseins der Absperrplatte sind die Kolbenbewegungen gedämpft, und ihre Oszillationsbewegungen sind reduziert. Sind die Kolben kritisch gedämpft, wird der Gleichgewichtszustand unverzüglich, in kürzestmöglicher Zeit ohne Oszillieren erreicht.

L 66 P 168

3.1.78 - 13 -

809828/0775

In der Praxis kann mathematisch nachgewiesen v/erden, daß es eine Geschwindigkeit gibt, in dar der Förderdruck der Speisepumpe unabhängig von der Viskosität des Kraftstoffes konstant ist, und es wird anheimgestellt, diese Geschwindigkeit so zu wählen, daß sie der vom Regler überwachten Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine entspricht insbesondere, wenn ein hydraulischer Regler verwendet wird, wie er beschrieben wurde. Es ergibt sich auch ein Vorteil für die Anwendung bei Maschinen, bei denen plötzliche Belastungsabfälle zu erwarten sind. Eine solche Maschine ist beispielsweise eine Schiffsmaschine, bei der infolge der Wellenbewegungen die Schiffsschraube aus dem Wasser austauchen kann. Geschieht das, so wird die Maschine plötzlich entlastet, und ihre Geschwindigkeit bzw. Drehzahl wird plötzlich stark ansteigen. Mit einer Dämpfung infolge der ^bsnerrplatte wird der Regler ein sehr rasches Ansteigen des Förderdruckes der Speisepumpe bewirken, wodurch der vom hydraulischen Regler bewirkte Regeleffekt früher wirksam wird und die Regelung bewirkt wird, ehe die zu überwachende Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Maschine erreicht wird. Äußerstenfalls wird die Maschine geregelt, wenn sie die zu überwachende Geschwindigkeit erreicht hat.

Der Förderdruck der Speisepumpe, der mit dem beschriebenen

2 Regler erreicht wird, folgt dem Gesetz (n + k), worin η

L 66 P 168

3.1.78 - 14 -

•09828/0775

die Rotationsgeschwindigkeit und k die Federkraft ist. Werden zwei Kolben verwendet, von denen einer einen etwas größeren Durchmesser als der andere hat, so kann der Förderdruck der Speisepumpe auf einsn höheren Wert eingeregelt werden, als wenn nur ein einzelner Kolben verwendet würde. Das hat seine Ursache darin, daß entgegen der Zentrifugalkraft auf die Kolben ein geringerer Kraftstoffdruck wirkt.

Wichtig ist die Kontur der Auslaßöffnung 31, da diese einen Einfluß auf die Charakteristik des Reglers hat und in Wechselbeziehung zur Viskosität des Kraftstoffes steht.

Bei der Modifikation gemäß Fig. 2 ist der sich zwischen den beiden Kolben erstreckende Stössel 35 an dem Kolben mit dem größeren Querschnitt befestigt. Der im Querschnitt kleinere Kolben 36 ist tassenförmig, dessen Boden dem im Querschnitt größeren Kolben entgegengerichtet ist. Die Kolben sind von einer Feder 32 federbelastet, deren den Kolben abgewandtes Ende sich am einen geschlossenen Ende der Bohrung abstützt. Der Kolben 36 ist mit einer Ringnut versehen, die sich zwischen zwei Flanschen 37 und 38 befindet. Der Flansch 37, der der vom größeren Kolben entferntere Flansch ist, hat einen etwas geringeren Querschnitt als die Bohrung, so daß er zusammen mit dem Boden der Bohrung als Stoßdämpfer wirkt.

L 66 P 168

3.1.78 - 15 -

809828/0776

AS

Axial gegeneinander versetzt münden in die Bohrung zwei Öffnungen 39,40. Beide Öffnungen stehen mit der Kammer für die Aufnahme des Regelgliedes in Verbindung/ die ihrerseits mit der Förderseite der Speisepumpe in Verbindung steht. Eine der Bohrung 30 der Fig. 1 entsprechende Öffnung steht mit dem Ringraum zwischen den beiden Kolben in Verbindung. Die Ringnut zwischen den beiden Flanschen 37,38 steht ständig mit der Öffnung 39 oder der Öffnung 40 in Verbindung. Die Größe des Teiles der Öffnung 40, der mit dem Bereich zwischen den Kolben in Verbindung steht, ist durch die Stellung des Kolbens 36 bestimmt, um die Menge des Kraftstoffes zu bestimmen, die zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Speisepumpe strömt. Die Funktion dieses "Ventiles" entspricht der oben beschriebenen Funktion.

Der Kolben 36 ist hohl, um eine möglicht geringe Masse zu haben und um sein Massenzentrum so nahe wie möglich der Drehachse der Welle 22 zu haben, vorzugsweise auf der Seite des im Querschnitt größeren Kolbens. Dadurch bewegen sich beide Kolben unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte in der gleichen Richtung.

In beiden Ausführungsformen kann die Diimnfung dem größeren Kolben zugeordnet sein.

L 66 P 168
3.1.78

«09828/077S

Leerse ife

Claims (1)

1. 280(1029

   L 66 P 168

   Anmelder: LUCAS INDUSTRIES LIMITED, Great King Street, Birmingham B19 2XF, England

   Titel; Fliehkraftregler

   Patentansprüche

   Fliehkraftregler zur Steuerung des Förderdruckes einer Flüssigkeitspumpe mit einem in einer Kammer drehbaren Regelglied, dessen Umdrehungsgeschwindigkeit den Fördardruck der Pumpe bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß

   1.1 sich in dem Regelglied (19) diametral eine Bohrung (25) mit einem engeren Abschnitt am einen und mit einem weiteren Abschnitt am anderen Ende erstreckt,

   1.2 in jedem Abschnitt der Bohrung (25) ein Kolben (26,27) gleitend gelagert ist und diese beiden Kolben sich über einen Stössel (28) aneinander abstützen,

   1.3 sich zwischen dem Stössel (28), der Wand der Bohrung (25) und den einander zugekehrten, inneren Stirnseiten der Kolben (26,27) ein Abströmraum (29) befindet,

   1.4 die äußeren Stirnseiten der Kolben (26,27) dem in der Kammer (21) herrschenden Druck unterworfen sind und die Gesamtmasse der beiden Kolben und des Stössels

   (28) relativ zur Drehachse des Regelgliedes (19) in Richtung auf den größeren Kolben (26) ausgeglichen ist,

   3.1.78 - 2 -

   809828/0775

   ORiGiKiAL INSPECTED

   1.5 eine Abströmöffnung (31) in der Wand der Bohrung (25) angeordnet ist, die die Kammer (21) und den Abströmraum (29) miteinander in Verbindung hält,

   1.6 der wirksame Querschnitt der Abströmöffnung (31) von einem (27) der beiden Kolben (26,27) gesteuert wird derart, daß eine Feder (32) diesen Kolben im Hinblick auf eine Verkleinerung des Querschnittes beeinflußt,

   1.7 dem Abströinraum (29) ein Auslaß (30) zugeordnet ist und der Kammer (21) ein Einlaß (4), der in der Betriebsstellung mit der PumpenfÖrderseite verbunden ist und daß

   1.8 Mittel (33,37) zur Verringerung der Kolbenbewegung

   in der Zeiteinheit mit Veränderung der Geschwindigkeit und/oder des Förderdruckes vorgesehen sind.

   2. Fliehkraftregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder gemäß dem Teilmerkmal 1.6 eine gewickelte Druckfeder (32) ist, die innerhalb der Bohrung (25) angeordnet ist und auf die äußere Stirnfläche des die Abströmöffnung (31) steuernden Kolbens (27) einwirkt.

   3. Fliehkraftregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Ende des engeren Abschnittes der Bohrung

   L 66 P 168

   3.1.78 - 3 -

   809828/0775

   (25) ein Widerlager für die Feder (32) angeordnet ist, die sich über eine Absperrplatte (33) an dem Widerlager abstützt, wobei die Absperrplatte den Flüssigkeitsdurchfluß zwischen dem engeren Abschnitt der Bohrung und der Kammer (21) drosselt, um die Bewegung der Kolben (26,27) in der Zeiteinheit zu verringern.

   4. Fliehkraftregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   4.1 sich die Feder (32) am geschlossenen Ende des engeren Abschnittes der Bohrung (25) abstützt,

   4.2 auf dem Kolben (36) mit kleinerem Querschnitt, der die Abströmöffnung steuert, von zwei Flanschen (37,38) eine Ringnut gebildet wird und

   4.3 der dem geschlossenen Ende der Bohrung (25) nähere Flansch (37) einen geringfügig kleineren Durchmesser als der engere Bohrungsabschnitt aufweist, um die Strömung des Kraftstoffes zwischen dem zwischen dem Kolben und dem geschlossenen Bohrungsende liegenden Bereich der Bohrung und dem Ringraum zwischen den Flanschen(37,48) zu verzögern.

   5. Fliehkraftregler nach /mspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem geschlossenen Ende der Bohrung (25) nähere Kolben (36) tassenförraig ausgebildet ist.

   L 66 P 168

   3.1.78 - 4 -

   809828/0775

   6. Fliehkraftregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitspumpe die mit einstellbarer, nach der Einstellung jedoch konstanter Fördermenge arbeitende Speisepumpe der Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine ist.

   L 66 P 168

   3.1.78 - 5 -

   809828/0775