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Steuerventil
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Steuerventil Die Erfindung betrifft ein Steuerventil zum Abstellen
einer Verbrennungskraftmaschine, bei dem Kraftstoff zum Antreiben der Maschine durch
eine innere Ventilöffnung fließt, die normalerweise federbeaufschlagt geschlossen
ist, außer wenn ein Kolben durch den Naschinenöldruck zum Ausführen einer Bewegung
gegen die innere Ventilöffnung gedrückt wird, um die Ventilöffnung in Offenstellung
zu halten.
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Ein typisches Steuerventil zum nbscllalten einer Maschine, wie es
beispielhaft durch das Ventil nach der US-PS 3 202 143 gezeigt ist, schützt die
Maschine gegen Zerstörung durch Bewirken eines Abstellens beim Abfallen
des
Maschinenöldrucks unter einer vorgewählten Minimalwert. Wenn beim Starten die tiaschinengeschwindigkeit
nur nominal 555 Umdrehungen pro Minute (UpM) beträgt, erreicht Öl mit nominal etwa
1 bar (14 psi - Pfund pro Quadratzoll) eine ausreichende Schmierfunktion. Bei voller
Leistung jedoch, wenn die Maschine typischerweise bei 1.800 UpM läuft, kann das
Schmieren nicht durch Ölen bei weniger als nominal 3,8 bar (40 psi) erreicht werden.
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Das erwähnte Steuerventil zum Maschinenabstellen des Standes der Technik,
das nur auf einen einzelnen, ausgewählten Öldruck begrenzt ist, bei dem es seine
Abstellfunktion ausführt, kann daher keinen Maschinenschutz sowohl beim Starten
als auch bei voller Leistung gewährleisten, da es bei diesen beiden Betriebsbereichen
verschiedene Ö1-druckerfordernisse gibt. Daher werden im Zusammenhang mit der Verwendung
eines öldruckbetätigten Steuerventils zum Abstellen nach dem Stand der Technik andere
Betriebsparameter der Maschine üblicherweise überwacht und kontrolliert, um die
Maschine über ihren gesamten Betriebsbereich zu schützen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der
eingangs genannten Art unter Vermeidung der obengenannten Nachteile der Ventile
nach dem Stand der Technik derart zu verbessern, daß es über einen weiten Bereich
des überwachten Öldruckes und daher auch über einen entsnrechenden Bereich der Plaschinenleistungsgeschwindigkeiten
arbeitet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Steuerventil der eingangs
genannten Art gelöst, welchcs dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Druckeinrichtung
zum Ausüben eines Druckes innerhalb der Maschine als variable
Druckquelle
zum Anzeigen der Betriebserfordernisse der Maschine ausgewählt ist; daß Leitungseinrichtungen
zwischen der ausgewählten druckausübenden Einrichtung und dem Bewegungsweg des inneren
ventilöffnenden Kolbens zwischengeschaltet sind, um den ausgeübten Druck der Druckeinrichtung
gegen die ventilöffnende Bewegung des ventiloffnenden kolbens zu führen, wobei das
durch das Beenden des KraftstofEließens durch die innere Ventilöffnung bewirkte
Abstellen der Maschine dem ausgeübten Druck der ausgewählten Druckwelle und daher
der Maschinenbetriebsgeschwindigkeit zugeordnet ist.
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Erfindungsgemäß wird also insbesondere der Öldruck als Kriterium für
das Maschinenabstellen in einem Ventil mit einer Kraftstoffleitung benutzt, aber
ebenso wird der Öldruck wirksam den wechselnden Betriebsbedingungen der Maschine
abgepaßt. Daher übertrifft der erforderliche Öldruck beim Starten ein ausgewähltes
Minimum und überschreitet bei voller Leistung ein höheres Druckniveau, wobei das
Ventil ein Abstellen der Maschine bewirkt, um eine Zerstöruna wegen unzureichender
Schmierung zu verhindern.
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Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Steuerventils zeichnen
sich dadurch aus, daß die einen ausgewählten Druck ausübende Linriclltuna der Maschine
ein abluftgetriebenes Gebläse der Maschine und/oder Kompressor ist; und daß dessen
Druck durch Dfllcklurwt ausgeübt wird, die von der Druckeinrichtung durch die Leitungsmittel
zum ventilöffnenden Kolben fließt.
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Das abluftqetriebene Gebläse und/oder der Kompressor dienen also als
variable Druckquelle, die die Betriebsbedingungen der Maschine anzeigt.
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Allgemein ist zu sagen, daß jedes Abschalten der Maschine, das durch
die Beendigung des Kraftstoffließens durch die innere Ventilöffnunq bewirkt wird,
auf de- zum durch die ausgewählte Druckquelle ausgeübten Druck bezogen ist und daher
notwendigerweise auch zu den Betriebsbedinuncr'en der Maschine in Beziehung steht.
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Weitere erfindungsgemäße Merkmals ausprägungen und Vorteile ergeben
sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten, erläuternden
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht im Längsschnitt eines tpischen bekannten Ventils, das
die Steuerung des Abstellens einer Verbrennungsmaschine als Funktion des durch das
Ventil überwachten Öldrucks der Maschine durchführt; und Fig. 2 eine Darstellunq
des erfindungsgemäßen, verbesserten Steuerventils zum Abstellen einer Maschine in
einem ähnlichen Längsschnitt, in dem die verbesserten Konstruktionsmerkmale gegenüber
dem bekannten Ventil der Fig. 1 deutlich ausgeführt sind.
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Die Vorteile des Anordnens eines Ventils in der Kraftstoffleitung
einer Verbrennungskraftmaschine zum Beenden des Kraftstofflusses zur Maschine bei
einem Abfallen des Öldrucks sind gut bekannt und beispielhaft gezeigt bei dem Steuerventil
zum Maschinenabstellen nach der US-PS 3 202 143. Die übliche Konstruktion solche
eines Ventils 10 ist in Fig. 1 illustriert.
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Das Ventil 10 ist in der Kraftstoffleitung der Verbrennungskraftmaschine
angeordnet und weist entsprechend einen Kraftstoffeinlaß 12 und einen Kraftstoffauslaß
14 auf, durch die der die Maschine antreibende Kraftstoff
fließt.
Der Kraftstoffluß wird durch eine Ventilöffnung 16 mit einer zusammenwirkenden Ventilkugel
18 gesteuert, wie normalerweise durch eine Ventilfeder 20 in eine geschlossene Stellung
vorgespannt ist. Bei dem beabsichtigten Betrieb des Ventils 10 nach dem Stand der
Technik hält jedoch ein Koppelstift oder ein ventilabhebendes Teil 22 die Ventilöffnung
16 in ihrer Offenstellung, wenn nicht eine den Öldruck der Maschine betreffende
Notfallsituation gegeben ist. Insbesondere ist am entgegengesetzten Ende des Koppelstifts
oder -teils 22 ein Kolben 24, der in einer Kammer 26 wirkt, die dem öldruck der
Maschine ausgesetzt ist, der durch einen Einlaß 28 in die Kammer 26 eintritt, Um
ein richtiges Funktionieren der (nicht gezeigten) Verbrennungskraftmaschine sicherzustellen,
darf der Öldruck nicht geringer als ein bestinmtes Minimum sein, was üblicherweise
bei nominal 1 bar (14 Pfund pro Quadratzoll) beim Starten der Maschine liegt. Daher
ist es notwendig, daß der ausgeübte Öldruck, der mit 30 bezeichnet ist und der gegen
den Kolben 24 wirkt, ausreicht, um die Gegenkraft der Ventilfeder 20 und ebenso
die Kraft einer Regelfeder 32 zu überwinden, um die Ventilkugel abzuheben, damit
die Maschine ihre Kraftstoffzufuhr durch die Durchlässe 12 und 14 erhält. In praxi
ist die durch den Öldruck 30 ausgeübte Kraft so gepaßt, daß sie den speziellen Betrag
von nominal 1 bar (14 Pfund pro Quadratzoll) überschreiten muß, um die gerade beschriebene
Stellung aufrecht zuerhalten. Im Falle, daß dieser Öldruck nicht aufrechterhalten
wird, nimmt die Ventilkugel 18 natürlich ihre aufsitzende Stellung in der Ventilöffnung
16 ein, was die Kraftstoffzufuhr abschneidet und daher ein Abschalten der Maschine
bewirkt.
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Aus dem Vorhergesagten ist sofort ersichtlich, daß, während das bekannte
Ventil 10 die Steuerung des Maschinenabschaltens für irgendeinen ausgewählten, speziellen
Betrag des Öldruckes gewährleistet, der im beschriebenen Fall nominal 1 bar (1d
Pfund pro Quadratzoll) beträgt, das Ventil 10 nicht auf wechselnde Betriebsbedingungen
in der Verbrennungskraftmaschine anspricht.
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Als spezielles Beispiel sei ausgeführt, daß es bekannt ist, daß beim
Starten der Öldruck, wie gerade bemerkt, wenigstens etwa 1 bar (14 Pfund pro Quadratzoll)
betragen soll. Zu diesem Zeitpunkt läuft die Maschine typischerweise mit 550 Umdrehungen
pro Minute (UpM) und daher ist ein Öldruck nominal 1 bar (14 Pfund pro Ouadratzoll)
zur vollständigen Schmierung der Maschine während dieser Betriebsphase angemessen.
jedoch ist es bei voller Leistung, wie bei 1.800 UpM, notwendig, einen öldruck zu
haben, der nicht unter nominal 2,8 bar (40 Pfund pro Quadratzoll) liegt. Daher ist
es bei einem Ventil 10 nach dem Stand der Technik unter den angenommener Bedingungen,
daß die Maschine bei ihrer Volleistungsgeschwindigkeit von 1.800 UpM läuft, vorstellbar,
daß ein Abfallen des Öldrucks in dem Maße eintritt, daß er unter die erforderlichen
nominalen 2,8 bar (40 Pfund pro Quadratzoll) fällt und dennoch das überwachende
Ventil 10 des Standes der Technik keinerlei Abstellfunktion der Maschine bewirkt,
da der Öldruck 30 noch nominal 1 bar (14 Pfund pro Quadratzoll) überschreitet.
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Im Gegensatz zu dem Vorhergesagten gewährleistet das erfindungsgemäße
Steuerventil 40 zum Abstellen, das in Fig. 2 dargestellt ist, eine Abstellungsüberwachung
der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von ihren
wechselnden
Betriebsbedingungen. Speziell ist es erforderlich, und wird nun detailliert erläutert,
daß wie es das Ventil 10 des Standes der Technik tut, der Öldruck beim Starten über
einem ausgewählten Minimalwert liegt, wie nominal 1 bar (14 Pfund pro Quadratzoll)
Zusätzlich erfordert das Ventil 40 auch, daß während des Maschinenbetriebs, wie
bei voller Leistung, der Öldruck oberhalb eines höheren ausgewählten Minimums liegt,
wie es in diesem Zeitpunkt erforderlich ist, um eine ordentliche Schmierung der
Maschine aufrecht zu erhalten. Dies wird beim Ventil 40 im wesentlichen dadurch
erreicht, daß das Ventil 40 mit einer Druckquelle 43 verbunden ist, die einen variablen
Betrag während des Betriebs der Maschine besitzt und die zu jedem Zeitpunkt den
wechselnden Erfordernissen für die Ölschmierung der Maschine während ihres Betriebs
zugeordnet ist. Beispielsweise kann die Druckquelle 42 ein von den Maschinenabgasen
getriebenes Gebläse und/oder ein Kompressor sein, wobei in diesem Fall die Druckquelle
42 Druckluft über eine Leitung 44 zum Ventil 40 zuführen würde und diese Durckluft
besitzt die Wirkung -die weiter unten beschrieben ir - den cJ.ldruckwert zu beeinflussen,
bei dem das Eintreten des Abstellens der Maschine erlaubt wird. An diesem Punkt
reicht es aus, zu bemerken, daß die Druckluft einen anwachsenden Wert besitzt, wenn
die Geschwindigkeitsleistung der Maschine anwächst und daß der Luftdruck daher eine
verläßliche und verwendbare Anzeige der Betriebserfordernisse der Maschine ist.
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Bei der Verwendung der gerade erwähnten Druckquelle 42 oder jeder
anderen geeigneten Druckquelle, worunter jede Quelle zu verstehen ist, die eine
Druckkraft durch
Druckluft angibt, die während des Betriebs der
Maschine auscreiibt wird, und die zu dieser Zeit die Leistungsanforderung anzeigt
oder registriert, weist eine derartige Ouelle eine Verbindungsleitung 44 zum Ventil
40 auf.
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Daher wird der durch die Druckquelle 42 ausgeübte Druck tatsächlich
zu einem Einlaß 46 eingeführt, der über einen Durchlaß 48 mit einer Öldruckkammer
50 des Ventils 40 kommuniziert, was aber deutlich auf der abgewandten oder entgegengesetzten
Seiten des Kolbens 52 gelegen ist, der in der Öldruckkammer 50 wirkt.
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Daher wird ein Gegendruck 54 gegen die Druckkraft 56 des in die Kammer
50 durch den Einlaß 58 eintretenden Öls ausgeübt. Daher muß der minimale Öldruck
56 der zu jedem Zeitpunkt erforderlich ist, um die Kraftstoffzufuhr zur Verbrennungskraftmaschine
aufrecht zu erhalten, einen Betrag haben, der notwendig ist, um nicht nur den Vorspannungsfederdruck
zu übertreffen, wie es Fall des Ventils 10 des Standes der Technik ist, sondern
offensichtlich auch den zusätzlichen Gegendruck 54 der Druckquelle 42. Da die Druckquelle
42, wie schon aufgezeigt wurde, die Maschine während ihres Betriebs überwacht und
die Leistungsanforderung der Maschine anzeigt, ergibt sich notwendigerweise, daß
der minimale Öldruck 56, der erforderlich ist, um das Abstellen der Maschine zu
verhindern, mit den Leistungsanforderungen des Maschinenbetriebs und daher auch
mit den Schmiererfordernissen der Maschine bei den speziellen Gegebenheiten in Beziehung
steht.
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Das verbesserte Funktionieren des Abstellens durch das Ventil 40 gegenüber
dem Ventil 10 des Standes der Technik, wie es oben beschrieben wurde, erfordert
eine unterschiedliche Ausgestaltung des Ventils, wie es im folgenden
beschrieben
wird. Besonders wegen des Fluiddrucks hinter dem Kolben 52, der gegen den Öldruck
56 gerichtet ist, ist es notwendig, das Druckfluid am Vermischen und Verschmutzen
des Kraftstoffs zu hindern, der in das Ventil 40 durch den Einlaß 60 durch einen
zylindrischen Flußdurchgang 62 und aus dem Ventil 40 heraus zur Kraftstoffpumpe
und/oder einer Einspritzpumpe durch den Auslaß 64 fließt. Dies wird erreicht durch
einen Kolben 66 mit einem Dichtungsring 68, der den Kraftstofflußdurchgang 62 effektiv
gegen die gegenüberliegende Seite der Öldruckkammer 50 isoliert. Hierzu ist der
Kolben 52 mit einem Dichtungsring 70 versehen, der das Öl auf der linken Seite der
Kammer 50 wirksam dichtend gegen das Druckfluid aus der Druckquelle 42 isoliert,
welches auf der rechten Seite in der Kammer 50 ist, welcher Teil mit 72 in Fig.
2 bezeichnet ist.
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Die Kolben 52 und 66 sind geeignet abständig entlang eines zylindrischen
Körpers 74 des Ventils 40 angeordnet.
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Der Ventilkörper 74 weist auch einen Längsteil 76 auf der linken Seite
des Kolbens 52 auf, der eine weiter unten beschriebene Funktion besitzt. Der zylindrische
Körper 74 weist weiterhin einen Längsteil 78 auf der rechten Seite des Kolbens 66
auf. Der Längsteil 78 des Ventilkörpers 74 weist weiterhin einen Kraftstoffabstellkolben
80 mit einem Dichtungsring 82 auf. Der Kolben 80 ist vorteilhafterweise entlang
des Ventilkörpers 80 angeordnet und ist so relativ in seiner Größe zum Kraftstoffdurchfluß
62 ausgestaltet, daß er den Kraftstoffluß vom Einlaß 60 zum Auslaß 64 wirksam abschneidet,
wenn der Kolben 80 in dem Flußdurchgang eintritt Diese Schließbewegung 84 des Kolbens
80, d.h., die Bewegung des Kolbens 80 aus seiner mit durchgezeichneten
Linien
gezeigten Stellung in seine Stellung die gestrichelt in Fig. 2 dargestellt ist,
tritt ein, wenn ein Abfall im Öldruck 56 gegeben ist und wenn daher eine Bewegung
des Kolbens 52 zur linken Seite durchgeführt wird, bis der Längsteil 76 gegen die
Ventilabschlußwand 86 anliegt. Dies geschieht, wenn der Druck 54 den Öldruck 56
übertrifft, wobei der Kolben 52 natürlich durch die Bewegung nach links gedrückt
wird und im Maße des Abstands 8& an der Bewegung teilnimmt, wobei der Abstand
88 natürlich dem Abstand oder der Schließbewegung 84 entspricht. Dies erlaubt, wie
schon bemerkt wurde, dem Kraftstoff-Absperrkolben 80 in den Durchlaß 62 einzutreten
und so den Kraftstofffluß von der Quelle zur Kraftstoffpumpe und/oder der Einspritzpumpe
zu unterbrechen.
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Um die Konzentrizität der Ventilkörper 74, 76 und 78 relativ zum Flußdurchgang
62 aufrecht zu erhalten, ist das rechte Ende des Ventilkörpers 78 in eine Spiralfeder
90 gerichtet, die gegen eine entgegengesetzte Ventilabschlußwand 92 anliegt.
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Um bei gewissen Maschinen und bei gewissen Bedingungen das Starten
der Maschine zu unterstützen, was insbesondere für Maschinen der Firmen Mack, Cummins,
Detroit and Caterpillar zutrifft, ist das Ventil 40 und insbesondere der Längsteil
78 des Ventilkörpers mit einem hilfsweisen, inneren Nebendurchlaß 94 versehen, der
einen Auslaß 96 in Verbindung mit dem Kraftstoffauslaß 64 besitzt. Der Kraftstoffluß
durch diesen liilfsdurchlaß ist fabrikmäßig für alle Maschinen durch drehbares Einstellen
eines Schließteils 98 in der Öffnung anpaßbar, wobei das Schließteil 98 am Einlaßende
des Durchlasses 94 vorgesehen
ist.
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Aus der vorangehenden Beschreibung sollte leicht zu verstehen sein,
daß das Ventil 40 ein auf der überwachung des Öldrucks begründetes Abstellen der
Maschine gewährleistet, das nicht nur gerade in übereinstimmung mit den Schmiererfordernissen
der Maschine beim Starten, sondern auch bei den verschiedenen Betriebsleistungsanforderungen
der Maschine gegeben ist, wobei diese Anforderungen entsprechend verschiedene Schmiererfordernisse
haben. Obwohl eine bevorzugte Ausgestaltung des Ventils 40 im Vorangehenden beschrieben
wurde, ist es selbstverständlich, daß eine Weite in der Variation, vorgesehen ist,
und daß unter manchen Umständen einige Merkmale der Erfindung ohne entsprechendes
Verwenden anderer Merkmale verwendet werden können. Entsprechend sind die Ansprüche
in angepaßter Weise weit und in einer Weise gefaßt, die dem Erfindungsgedanken entspricht.