DE2913230C2 - Vorrichtung zum Regeln eines dieselmotorischen Pumpenantriebs - Google Patents

Vorrichtung zum Regeln eines dieselmotorischen Pumpenantriebs

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln eines dieselmotorischen Pumpenantriebs mit Einspritzpumpe, Dieselmotor und Förderpumpe und von der Förderpumpe zu einem Verbraucher führender Förderleitung mit dem Verbraucher nachgeschalteter Druckhaltung und ggf. zum Pumpensumpf der Förderpumpe rückführender Rücklaufleitung, wobei an die Förderleitung ein Regelkreis für den Dieselmotor mit der Einspritzpumpe als Stellglied und mit einem Stellmotor angeschlossen ist und der Stellmotor unter Zwischenschaltung einer Differenzdruck-Meßeinrichtung von dem Fördermedium mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt ist, sowie über einen Stelltrieb auf das Stellglied bzw. die Einspritzpumpe arbeitet.
Nach dem Prinzip der Energieerhaltung muß jedes Verbundsystem entsprechend der Energieaufnahme einen gleichwertigen Energiebetrag wieder abgeben. Ist die Leistungsaufnahme größer als die Leistungsabnahme, so wird der Rest in thermische Leistung umgewandelt. Bei einem dieselmotorischen Pumpenantrieb aus Einspritzpumpe, Dieselmotor und Förderpumpe tritt in thermische Leistung umzuwandelnde Restenergie stets dann auf, wenn überschüssiges unter Druck stehendes Fördermedium über einen Widerstand wie /.. B. eine Druckhaltung geführt und dabei entspannt wird. Die bei diesem Prozeß frei werdende Wärme geht an die Atmosphäre verloren. Ist die Verbraucherleistung null, so wird die gesamte Förderpumpenleistung in thermische Leistung umgewandelt und schließlich als frei gewordene Wärme an die Atmosphäre abgegeben. Daraus resultieren überflüssiger Energieaufwand. Verbrauch an Fördermedium und Verschleiß an der Druckhaltung. Soll die thermische Leistung null sein, was grundsätzlich angestrebt wird, so muß die aufgenommene Förderpumpenleistung gleich der jeweils benötigten und abgenommenen Verbraucherleistung sein.
Es ist eine Vorrichtung zum Regeln eines dieselmotorischen Pumpenantriebs bekannt, bei welcher die Förderleitung der Förderpumpe nicht zu einem Verbraucher mit dem Verbraucher nachgeschalteter Druckhal-
bo tung führt, vielmehr arbeitet die von dem Motor angetriebene Förderpumpe ausschließlich auf den Stellmotor für das Stellglied der Einspritzpumpe und auf die aus Ausgleichsventil ausgebildete Differenzdruck-Meßeinrichtung. Darüber hinaus ist der Stellmotor als lediglich Zylinderkolbenanordnung mit einem doppelseitig beaufschlagten Steuerkolben ausgebildet, welcher das Stellglied für die Einspritzpumpe trägt und folglich betätigt (vgl. DE-PS 8 91 638). - Diese bekannte Vorrich-
tung beschäftigt sich mit einem ganz speziellen Problem, nämlich mit der hydraulischen Regelung von Einspritzmotoren, mit einer Verdrängerpumpe, die mit einer der Motordrehzahl proportionalen Drehzahl angetrieben wird, und mit einem den durc>, die Pumpe geförderten Fördermedium ausgesetzten federbelasteten Steuerkolben zur Verstellung der Regelstange der Einspritzpumpe. Der auf ein Ende des Steuerkolbens wirkende FlÜAiigkeitsdruck wird durch ein selbsttätig wirkendes Ausgleichsventil geregelt, während die Regelung des auf das andere Ende wirkenden Druckes über eine von Hand geregelte Austrittsöffnimg erfolgt, so daß die den Steuerkolbei belastende Feder in einer auf eine Abschaltung der Kraftstoffzufuhr arbeitenden Richtung wirken kann und der Regeler selbst für den Fall betriebsfähig bleibt, daß der Motor im entgegengesetzten Sinn zu laufen beginnt oder die Kraftstoffzufuhr zum Regler aus irgend einem Grunde versagt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Regein eines dieselmo'.orischen Pumpenantriebs der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche es ermöglicht, die augenblickliche Förderpumpenleistung fortlaufend out tatsächlichen Verbraucherleistung anzupassen, damit das Verbundsystem mit minimalem Energieaufwand, Verbrauch an Fördermedium und Verschleiß arbeitet.
Diese Aufgabe löst die Erfindung bei: einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch, daß der Stellmotor eine Druckwaage und eine differenzdruckabhängige Begrenzungseinrichtung und die Druckwaage eine mit Fördermedium aus dem Förderstrom vor Eintritt in die Differenzdruck-Meßeinrichtung beaufschlagte Zylinderkolbenanordnung aufweist, deren Stellkolben über ein Gestänge mit dem Stelltrieb verbunden und entgegen seiner Fördermediumbeaufschlagung in Richtung Vollförderung der Einspritzpumpe von einer Feder beaufschlagt ist, und daß die Begrenzungseinrichtung eine mit Fördermedium vor oder nach Austritt aus der Differenzdruck-Meßeinrichtung beaufschlagte Zylinderkolbenanordnung aufweist, deren Begrenzungskolben koaxial gegen den Stellkolben der Druckwaage arbeitet und entgegen seiner Fördermediumbeaufschlagung von einer Feder beaufschlagt ist. und daß die Differenzdruck-Meßeinrichtung zwischen der Druckhaltung und dem Verbraucher in die Förderleitung eingesetzt ist und eine zwischen D'fferenzdruck-Meßeinrichtung und Verbraucher abzweigende Meßleitung zu der Druckwaage und eine zwischen Druckhaltung und Differenzdruck-Meßeinrichtung abzweigende Meßleitung zu der Begrenzungseinrichtung führt.
Diese Maßnahmen der Erfindung haben zur Folge, daß die Punipenfördcrung geregelt wird Dazu wird der Förderst rom in Abhängigkeit von dem benötigten Druck und Mengenverbrauch ständig überwacht. Die Drehzahl der Förderpumpe wird in Abhängigkeit von den Indikatoren Förderstrom an der Druckhaltung und jeweils vorliegender Systemdruck verstellt. Der Druckwaage ist eine Begrenzungseinrichtung zugeordnet, damit d^r Ausschlagweg der Druckwaage analog zu dem sich Pei Pi'mpendruckerhöhung einstellenden SystemdrucKansti^g verkürzt wird. Diese Verkürzung des Ausschlaßwegl·!; dient zur Aufrechterhaltung des geforderten Drehrr1|ömentes und der verlangten Mindestdrehzahl am Dieselmotor. Der Stelltrieb ermöglicht eine Abstimmung zwischen dem Stellmotor, der Einspritzpumpe und d<-> Differenzdruck-Meßeinrichtung. Da die Druckwaage durch ihren federbeaufschlagten Stellkolben in Richtung Vollförderung der Einspritzpumpe wirkt, wird durch die Differenz im Forderstrom eine Stellkraft gegen diese Feder aufgebracht Daraus resultiert ein entsprechender Ausschlag an der Druckwaage. Der Begrenzungskolben bildet gleichsam einen lastabhängigen Anschlag für den Steälkolben, um eben dessen Kolbenhub und damit den Ausschlagweg der Druckwaage zu verkürzen. Auf diese Weise ist eine Einstellung der Einspritzpumpe sichergestellt, welche eine vorgegebene Mindestdrehzahl an dem Dieselmotor gewährleistet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind im folgenden aufgeführt. Erfindungsgemäß ist der Begrenzungskolben als Differentialkolben ausgebildet und weist eine über seine Länge verlaufende Zentralbohrung auf. Dadurch übernimmt der Begrenzungskolben Drosselfunktion, aus der ein vorgegebenes Dämpfungsverhalten des Regelkreises resultiert. Die der Eingangsgröße proportionale Ausgangsgröße an der Druckwaage verzögert sich entsprechend den Zeitkonstanten gegenüber der Eingangsgröße. Vorzugsweise sind die Federn für einerseits den Stellkolben und andererseits den Begrenzungskolben mit einstellbarer Vorspannung auswechselbar auf den zugehörigen Zylindern der beiden Kolben angeordnet und jeweils über ein Joch mit dem Stellkolben bzw. Begrenzungskolben verbunden. Dadurch läßt sich die jeweils günstigste Differenzkraft an der Druckwaage durch Wahl einer geeigneten Zugfeder oder Anzahl ihrer federnden Windungen unter Berücksichtigung einer entsprechenden Einstellung fixieren. Folglich kann die Federkonstante und somit die Eigenfrequenz im Regelkreis festgelegt werden. Auch die Begrenzungseinrichtung läßt sich in Abhängigkeit von dem hydraulischen Nenndruck einrichten, z. B. durch Einsatz unterschiedlicher Druckfedern und folglich Variation der Federkennlinie. Außerdem ist eine Federjustierung durch Einstellung der betreffenden Druckfeder möglich. Dadurch wird eine stets ausreichende Treibstoffzufuhr zur Einhaltung der Mindestdrehzahl bei Sicherstellung jenes Drehmomentes erreicht, welches sich über die Einspritzpumpe in Abhängigkeit vom Förderdruck der Förderpumpe an dem Dieselmotor einstellt. Außerdem sieht die Erfindung vor, daß der Stelltrieb einen schwenkbar gelagerten Stellhebel mit variabel einstellbarer Hebellänge und einen an den Stellhebel angeschlossenen Bowdenzug aufweist, der zu dem Stellglied bzw. der Einspritzpumpe führt. Der herstellbare Stelltrieb ermöglicht die Einstellung des jeweils günstigsten Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Stellmotor und der Einspritzpumpe.
Folglich läßt sich das Verhältnis Stellweg/Stellmotor zu Stellweg/Einspritzpumpe optimieren. Eine Anpassung des Stellmotors an jede beliebige Einspritzpumpe unterschiedlicher Bauart ist möglich.
Zweckmäßigerweise ist der Differenzdruck-Meßeinrichtung eine Bypassleitung mit einem Überdruckventil zugeordnet. In Kombination mit dem als Differentialkolben mit Zentralbohrung ausgeführten Begrenzungskolben der Begrenzungseinrichtung ist auf diese Weise eine Rückführung in dem Meßleitungssystem möglich, was im Extremfall nicht nur eine Signalminderung, sondern auch ein Gegensignal über dsn Stellmotor hervorruf?n kann. Ein um 180° versetztes Signal am Stellmotor entgegen der ursprünglichen Stellkraft vermeidet Instabilität. Die Differenzdruck-Meßeinrichtung selbst kann
b5 als Meßblende ausgebildet sein. Die Druckhaltung ist vorzugsweise als ein stufenlos einstellbares Überströmventil ausgebildet. — Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Druckhaltung der Diffcrenzdruck-Meßein-
richtung vorgeschaltet ist und die eine zu der Druckwaage führende Meßleitung zwischen der Druckhaltung und der Differenzdruck-Meßeinrichtung abzweigt und die andere zu der Begrenzungseinrichtung führende Meßleitung vor der Druckhaltung bzw. dem Verbraucherabzweigt.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß eine Vorrichtung zum Regeln eines dieselmotorischen Pumpenantriebs verwirklicht wird, welche dafür Sorge trägt, daß die augenblickliche Leistung der Förderpumpe fortlaufend dem tatsächlichen Verbrauch angepaßt wird. Dadurch arbeitet das Verbundsystem Einspritzpumpe, Dieselmotor, Förderpumpe und Verbraucher. mit optimalem Wirkungsgrad, d. h. mit minimalem Energieaufwand, Verbrauch an Fördermedium und Verschleiß. Darüber hinaus verlangt die erfindungsgemäße Regelvorrichtung keinen elektrischen Regelkreis, weil — wie die Erfindung erkannt hat — die als Stellglied funktionierende Einspritzpumpe lediglich kleine Stellkräfte benötigt. Folglich ist eine Verstärkung der Stellkräfte mit Hilfe eines elektrischen Regelkreises nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung ist daher auch für den Einsatz in explosionsgeschützten Anlagen geeignet. Im ganzen ermöglicht die erfindungsgemäße Regelvorrichtung die optimale Regelung eines dieselmotorischen Pumpenantriebs.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung mit axial geschnittenem Stellmotor und Regelkreis,
F i g. 2 eine Aufsicht auf den Stellmotor nach Fig. 1,
F i g. 3 einen Schnitt A-Bdurch den Gegenstand nach Fig. 1,
F i g. 4 einen Schnitt C-D durch den Gegenstand nach F i g. 2 und
F i g. 5 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1.
In den Figuren ist eine Vorrichtung zum Regeln eines dieselmotorischen Pumpenantriebs mit Einspritzpumpe 1. Dieselmotor 2 und Förderpumpe 3 dargestellt. Von der Förderpumpe 3 führt eine Förderleitung 4 zu einem Verbrauchers, dem eine Druckhaltung6 nachgeschaltet ist. Hinter der Druckhaltung 6 führt eine Rücklaufleitung 7 zu dem Pumpensumpf 8 der Förderpumpe 3 zurück. An die Förderleitung 4 ist ein Regelkreis 9 für den Dieselmotor 2 mit der Einspritzpumpe 1 als Stellglied und mit einem Stellmotor 10 aus Druckwaage 11 und differenzdruckabhängiger Begrenzungseinrichtung 12 für die Druckwaage 11 angeschlossen. Die Druckwaage 11 und die Begrenzungseinrichtung 12 sind unter Zwischenschaltung einer Differenzdruck-Meßeinrichtung 13 von dem Fördermedium mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt. Die Druckwaage 11 arbeitet über einen Stelltrieb 14 auf das Stellglied bzw. die Einspritzpumpe 1. Die Druckwaage 11 weist eine mit Fördermedium aus dem Förderstrom hinter der Förderpumpe 3 vor Eintritt in die Differehzdruck-Meßeinrichtung 13 beaufschlagte Zylinderkolbenanordnung auf, deren Stellkolben 15 über ein Gestänge 16 mit dem Stelltrieb 14 verbunden und entgegen seiner Fördermediumbeaufschlagung in Richtung Vollförderung der Einspritzpumpe 1 von einer Feder 17, z. B. Zugfeder, beaufschlagt ist. Die Begrenzungseinrichtung 12 weist eine mit Fördermedium vor oder nach Austritt aus der Differenzdruck-Meßeinrichtung 13 beaufschlagte Zylinderkolbenanordnung auf, deren Begrenzungskolben 18 koaxial gegen den Stellkolben 15 der Druckwaage Jl arbeitet und entgegen seiner Fördermediumbcaufsehlagung von einer Feder 19. z. B. Druckfeder, beaufschlagt ist. Der Begrcnzungskolbcn 18 kann als Differcntialkolben ausgebildet sein und zu Dämpfungszwecken eine über seine Länge verlaufende Zcntralbohrung 20 aufweisen. Die Federn 17,19 für einerseits den Stcllkolbcn 15 und andererseits den Begrenzungskolben 18 sind mit einstellbarer Vorspannung auswechselbar auf den zugehörigen Zylindern 21 der beiden Kolben angeordnet und jeweils über ein Joch 22, 23 mit dem Stellkolben 15 bzw. Begrenzungskolben 18 verbunden. Darüber hinaus ist die Anzahl der federnden Windungen mittels eines Gewindekerns 24, 25 einstellbar. Der Stelltrieb 14 weist einen schwenkbar gelagerten Stellhebel 26 mit variabel einstellbarer Hebellänge und einen an den Stellhebel 26 angeschlossenen Bowdenzug 27 auf, der zu dem Stellglied bzw. der Einspritzpumpe 1 führt. Dadurch läßt sich der Stelltrieb 14 an die Gegebenheiten der jeweils eingesetzten Einspritzpumpe 1 unschwer anpassen. Die Differenzdruck-Meßeinrichtung 13 ist nach dem einen Ausführungsbeispiel /wischen der Druckhaltung 6 und dem Verbraucher 5 in die Förderleitung 4 eingesetzt, wobei eine zwischen Differenzdruck-MelJeinrichiung 13 und Verbraucher 5 abzweigende Meßleitung 28 zu der Druckwaage 11 und eine zwischen Druckhaltung 6 und Differenzdruck-Meßeinrichtung 13 abzweigende Meßleitung 29 zu der Begrenzungseinrichtung 12 führt. Der Differenzdruck-Meßeinrichtung 13 ist eine Bypass-
leitung 30 mit einem Überdruckventil 31 zugeordnet, welche den maximalen Differenzdruck limitiert. Die Differenzdruck-Meßeinrichtung 13 ist als Meßblende ausgebildet. Die Druckhaltung 6 ist als ein stufenlos einstellbares und feinfühliges Überströmventil ausgebildet.
Der Stellmotor 10 aus Druckwaage 11 und Begrenzungseinrichtung 12 erlaubt ein Superponieren der Funktionen Drehmomentenüberwachung und Förderstromüberwachung in Abhängigkeit von dem benötigten Druck und Mengenverbrauch.
Nach der abgewandelten Ausführungsform besteht im übrigen die Möglichkeit, die Druckhaltung 6 der Differenzdruck-Meßeinrichtung 13 vorzuschalten und die eine zu der Druckwaage 11 führende Meßleitung 28 zwischen der Druckhaltung 6 und der Differenzdruck-Meßeinrichtung 13 abzuzweigen, während die andere zu der Begrenzungseinrichtung 12 führende Meßleitung 29 vor der Druckhaltung 6 bzw. dem Verbraucher 5 abzweigt. In diesem Fall ist der Begrenzungskolben 18 weder als Differentialkolben noch mit einer Zentralbohrung ausgeführt.
Das von dem Verbundsystem Einspritzpumpe 1, Dieselmotor 2 und Förderpumpe 3 geförderte Fördermedium gelangt zum Verbraucher 5. Gleichzeitig wird von dem in dem Fördermedium herrschenden Druck über die Differenzdruck-Meßeinrichtung 13 die Druckhaltung 6 beaufschlagt Nach Erreichen der eingestellten Druckvorgabe an der Druckhaltung 6 beginnt darüber der Fördermediumfluß. Das führt zur Bildung einer Druckdifferenz an der Differenzdruck-Meßeinrichtung 13, wobei die Größe der Druckdifferenz durch die Durchflußmenge bestimmt wird. Ober die beiden Meßleitungen 28, 29 wird die Druckdifferenz erfaßt und der Druckwaage 11 des Stellmotors 10 zugeführt. Die Druckwaage 11 ist derart gestaltet, daß durch ihre Zug-
b5 feder 17 der Stellkolben 15 in Richtung Vollförderung der Einspritzpumpe 1 wirkt und durch die Druckdifferenz eine Stellkraft gegen die Zugfeder 17 aufgebracht wird. Das bewirkt einen entsprechenden Ausschlag der
Druckwaage 11. Der Ausschlagweg wird analog zum
Systemdruckanstieg bzw. der Förderpumpendruckerhöhung durch die Begrenzungseinrichtung 12 verkürzt,
damit — zur Aufrechterhaltung des geforderten Drehmomentes und der Mindestdrehzahl am Dieselmotor 2
— die Treibstoffmenge ausreicht.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
10
35
40
45
55
60

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Regeln eines dieselmotorischen Pumpenantriebs mit Einspritzpumpe. Dieselmotor und Förderpumpe und von der Förderpumpe zu einem Verbraucher führender Förderleitung mit dem Verbraucher nachgeschalteter Druckhaltung und ggf. zum Pumpensumpf der Förderpumpe rückführender Rücklaufleitung, wobei an die Förderleitung ein Regelkreis für den Dieselmotor mit der Einspritzpumpe als Stellglied und mit einem Stellmotor angeschlossen ist und der Stellmotor unter Zwischenschaltung einer Differenzdruck-Meßeinrichtung von dem Fördermedium mit untet-schieitlichen Drücken beaufschlagt ist. sowie über einen Stelltrieb auf das Stellglied bzw. die Einspritzpumpe arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (10) eine Druckwaage (II) und eine differenzdruckabhängige Begrenzungseinrichtung (12) und die Druckwaage (11) eine mit Fördermedium aus dem Förderstrom vor Eintritt in die Differenzdruck-Meßeinrichtung (13) beaufschlagte Zylinderkolbenanordnung aufweist, deren Stellkolben (15) über ein Gestänge (16) mit dem Stelltrieb (14) verbunden und entgegen seiner Fördermediumbeaufschlagung in Richtung Vollförderung der Einspritzpumpe (1) von einer Feder (17) beaufschlagt ist, und daß die Begrenzungseinrichtung (12) eine mit Fördermedium vor oder nach Austritt aus der Differenzdruck-Meßeinrichtung (13) beaufschlagte Zylinderkolbenanordnung aufweist, deren Begrenzungskolben (18) koaxial gegen den Stellkolben (15) der Druckwaage (11) arbeitet und entgegen seiner Fördermediumbeaufschlagung von einer Feder (19) beaufschlagt ist, und daß die Differenzdruck-Meßeinrichtung (13) zwischen der Druckhaltung (6) und dem Verbraucher (5) in die Förderleitung (4) eingesetzt ist und eine zwischen Differenzdruck-Meßeinrichtung (13) und Verbraucher (6) abzweigende Meßleitung (28) zu der Druckwaage (11) und eine zwischen Druckhaltung (6) und Differenzdruck-Meßeinrichtung (29) zu der Begrenzungseinrichtung (12) führt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungskolben (18) als Differentialkolben ausgebildet ist und eine über seine Länge verlaufende Zentralbohrung (20) aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (17, 19) für einerseits den Steilkolben (15) und andererseits den Begrenzungskolben (18) mit einstellbarer Vorspannung auswechselbar auf den zugehörigen Zylindern (21) der beiden Kolben angeordnet und jeweils über ein Joch (22, 23) mit dem Stellkolben (15) bzw. Begrenzungskolben (18) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stelltrieb (14) einen schwenkbar gelagerten Stellhebel (26) mit variabel einstellbarer Hebellänge und einen an den Stellhebel (26) angeschlossenen Bowdenzug (27) auf-WLMsi. der zu dem Stellglied bzw. der Einspritzpumpe (1) führt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck-Meßeinrichtung (13) eine Bypassleitung (30) mit einem Überdruckventil (31) zugeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffcrcnzdruck-
Meßeinrichtung(13) als Meßblende ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Druckhaltung (6) als ein stufenlos verstellbares Überströmventil ausgebildet ist
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhaltung (6) der Differenzdruck-Meßeinrichtung (13) vorgeschaltet ist und die eine zu der Druckwaage (11) führende Meßleitung (28) zwischen der Druckhaltung (6) und der Differenzdruck-Meßeinrichtung (13) abzweigt und die andere zu der Begrenzungseinrichtung (12) führende Meßleitung (29) vor der Druckhaltung (6) bzw. dem Verbraucher (5) abzweigt.
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