DE2941513A1 - Kraftmaschinenanlage - Google Patents

Description

Beschreibungseinlei tung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmaschinenanlage mit einer durch Druck selbst zündenden Brennkraftmaschine, einar Kraftstoff-Fördereinrichtung zur Förderung des Kraftstoffes in zeitlicher Beziehung zu den Brennkrammern der Maschine, einen Kraftstoffregelglied als Teil der Kraftstoff-Fördereinrichtung, das einstellbar ist, um die durch die Fördereinrichtung geforderte Kraftstoffringe bei jede« Fördertakt einstellen zu können, einem Lufteinlaß und einem Auslaß für die Abgase der Brennkraftmaschine sowie schließlich mit einem Ventil, das zu betätigen ist, um die Abgase vom Auslaß zum Einlaß zurückführen zu können.

■iotorabgase sollen deswegen in den Einlaß zurückgeführt werden, um die in den Abgasen enthaltenden Schadstoffe zu verringern. Den Schadstoffanteil der /abgase auf diese Weise zu verringern, ist an sich bereits bekannt. Es ist jedoch erforderlich, den zurückzuführenden Anteil der Aotorabgase genau zu steuern. Generell sollte die Menge der zurückzuführenden Motorabgase mit zunehmender Belastung der Brennkraftmaschine abnehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftmaschinen-Anlage der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß diesem

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Probiert in einfacher und besonders zweck.näßijer Jeise Rechnung getragen wird.

^emüß der Trfinduny schließt zur Lösung dieser Aufgabe bei einer Kraftmaschinen-Anlage der eingangs genannten Art das Ventil ein Ventilglied ein, das zwischen der Schließ- und der i'fnungsstellung mit einem Betätigungselement zu verstellen ist, wobei das Betätigungselement ein aruc''?>bh^:ingiges Glied einschließt, das unter der '⁷irkung einer elastischen vorspannung in einer Stellung gehalten wird, in der das Ventilglied seine Schließstellung einnimmt; ferner sind eine ^umpe zur Förderung eines Fluids unter Druck, ein in einem Zylinder angeordneter Kolben, Feder-Kittel zum Verstellen des Kolbens gegen das eine Zylinderende, sowie öffnungen im Kolben und i.n Zylinder vorgesehen, die aer Steuerung des Tluiddruckes am anderen Zylinderende dienen, v;obei die vom Fluiddruck entwickelte und auf das Kolbenende am erstgenannten, einen Zylinderende wirkende ^raft durch die Kraft der Federmittel und den Fluiddruck ausgeglichen wird, der auf das genannte andere Kolbenende wirkt; schließlich ist eine Verbindung vorgesehen, durch die der Fluiddruck am vorgenannten anderen Zylinderende dem druckabhängigen Glied des Betätigungselementes mitgeteilt wird, wobei ein Bauelement vorgesehen ist, das auf die Stellung des Äraftstoffregelgliedes zur iinderung der von dem Federmittel ausgeübten Kraft anspricht.

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rigurenbesch reibung

L'in Ausführungsbeispiel ge^viß der j;rfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 in scheaatischer Darstellung die "xaschinenanlage, ^icf. 2 in sehe mtisciur Darstellung die Kraftstoffpumpe, Fig. 3 einen Teillänrr^schni tt durch einen Teil der Kraftstoffpumpe ,
Fig. 4 bis 7 grafische Darstellungen zur Erläuterung der

Arbeitsweise der Anlage,
Fig. 8 eine 7\bwandlung eines Teiles der Anordnung von Fig. 3 und

Fig. 9 die Anordnung der Fig. 3 mit der Abwandlung gemäß Fig. 8 in größerer Darstellung und unter einen Kinkel von 90° gesehen gegenüber der Darstellung in Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 v/eist die dargestellte selbstzündende Brennkraftmaschine 10 Kraftstoffeinspritzdüsen 11 auf, denen mittels nicht gezeigter Leitungen Kraftstoff zugeführt wird. üer Kraftstoff-Förderung dient eine Kraftstoff-Fordervorrichtuna 12, die in einer bestimmten zeitlichen Abhängigkeit von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Brennkraft-

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maschine hat einen Aixiasauslaß 13 und einen Lufteinlaß 14. .'her den Lufteinlaß 14 wird bein Betrieb der Brennkraftmaschine Abnosohärenluft durch ein Filter hindurch angesaugt. Der Äogasauslaß ist über eine Xurzschlußleitung 15 mit dem Lufteinlaß 14 verbunden, wobei dia Kurzschlußleitung ein Ventil 16 einschließt, dessen Stellung mit einem Ventilbetätigungselement 17 bestimmt wird. Ist während des Betriebes der brennkraftmaschine das v⁷entilqlied des Ventiles 16 geöffivBt, so belangen lotorabgase vom A.bgasauslaß 13 durch ■las Ventil 16 in den Frischlufteinlaß.

Oie l'ückführun7 der Abgase zum Lufteinlaß ist an sich bereits bekannt, und bei einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Anordnung wird von einer Prennkraftmaschine mit Abgasrückführung gesprochen. Der Zweck der Abgasrückführung ist die Verringerung der schädlichen Bestandteile in den in die Atmosphäre abgegebenen Abgasen.

Bei einer mit Druck selbst zündenden Brennkraftmaschine hat es sich gezeigt, daß das Verhältnis der Motorabgase relativ zur reinen Luft in dem Maße größer werden kann, in dem die Belastung der zugehörigen Brennkraftmaschine geringer wird und daß eine Anzeige der Belastung der Brennkraftmaschine durch die Kraftstoffmenge erhalten werden kann, die der Brennkraftmaschine mit der Kraftstoff-Fördereinrichtung zugeführt wird.

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In Fig. 2 ist als Blockbild die Kraftstoff-Fördereinrichtung 12 dargestellt. Eine Einspritzpumpe 18 ist mit Kraftstoffauslässen versehen, die in ihrer Gesamtheit mit 19 bezeichnet sind und mit den Einspritzdüsen 11 verbunden sind. Die Einspritzpumpe 18 wird mit einer Niederdruckpumpe 20 über ein Kraftstoffregelelement in Form einer einstellbaren Drossel mit Kraftstoff versorgt. Der Förderdruck der Speisepumpe wird mit einem Ventil 22 eingestellt, durch das Leckkraftstoff zwischen dem Auslaß 23 und dem Einlaß 24 der Kraftstoff Speisepumpe im Kurzschluß gefördert wird. Der Einlaß der Pumpe ist mit einer Kraftstoffquelle, beispielsweise einem Kraftstofftank, verbunden, wobei in an sich bekannter Weise in diese Verbindung ein Kraftstoff-Filter eingebaut ist. Das Ventil 22 ist so ausgebildet, daß der Druck am Auslaß der Pumpe von der Pumpendrehzahl abhängig ist und sich entsprechend der Pumpendrehzahl ändert. Die Speisepumpe 20 und die Einspritzpumpe 18 sind durch eine Welle 25 miteinander gekuppelt, die mit einem geeigneten Abtriebselement der Brennkraftmaschine verbunden ist.

Die Stellung der Drossel 21, die eine Anzeige für die Be lastung der Brennkraftmaschine sein soll, wird durch einen Regler 26 bestimmt. Der Regler spricht auf die jeweilige Drehzahl der zugehörigen Brennkraftmaschine an, was dadurch bewirkt werden kann, daß der Regler ein Element aufweist,

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das auf den Auslaßdruck der Speisepumpe 2O anspricht oder das ein Zentrifugalelement sein kann, das in zweckmäßiger Weise der Welle 25 zugeordnet ist. Der Regler kann jedoch auch zwangsweise von außen verstellt v/erden, wozu beispielsweise eine Regelstange 27 dient, die zur Drehzahländerung von der Bedienungsperson der Brennkraftmaschine zwangsweise verstellt werden kann. Wird die Regelstange 27 auf eine höhere Motordrehzahl verstellt, so wird die Drosselung des Kraftstoffes durch das Verstellen der Drossel 21 verringert und umgekehrt. Der Regler kann als kontinuierlicher Geschwindigkeitsbereichsregler oder als Grenzwertregler mit zwei festen Grenzwerten ausgebildet sein.

Gemäß Fig. 3 enthält das Ventilbetätigungselement 17 ein druckabhängiges Stellglied in der Form eines Kolbens 28, der in einem Zylinder 29 eingeschlossen ist. Die Kolbenstange 30 des Kolbens ist mit dem Ventilglied des Ventiles verbunden. Darüber hinaus wirkt auf den Kolben ein Federelement in der Form einer vorgespannten Wickelfeder 31 ein, die den Kolben in der Stellung hält, in der das Ventil 16 geschlossen ist.

Weiterhin ist gemäß Fig. 3 eine insgesamt mit 32 bezeichnete Ventileinheit vorgesehen, um den auf den Kolben 28 wirkenden Druck bestimmen zu können.

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Die Ventileinheit 32 enthält einen Zylinder 33, in dem ein Kolben 34 angeordnet ist, der von einer gewickelten Druckfeder 37 gegen das eine Ende des Zylinders gedrückt wird, die in der Federkammer 38 angeordnet ist, die ein Ansatz am anderen Ende des Zylinders 33 ist. Das erstgenannte, eine Ende des Zylinders 33 steht mit dem Auslaß der Speisepumpe 20 in Verbindung. Das dein Kolben 34 abgekehrte Ende der Feder 37 ist einem Anschlag 39 zugeordnet, dessen Stellung von einem Nocken 40 bestimmt wird. Der Nocken ist gemäß Fig. 3 einer iJelle 41 zugeordnet, die durch ein nicht dargestelltes Hebelgestänge mit der einstellbaren Drossel 21 verbunden ist. Hebelgestänge und Nocken 40 sind in der Weise einander zugeordnet, daß, wenn die effektive Größe der Drossel verringert wird, der Anschlag 39 vom Kolben 34 entfernt wird, um dadurch die auf den Kolben ausgeübte Federkraft zu verringern.

Der Kolben 34 ist mit einer Umfangsnut 42 versehen, die über eine Querbohrung und eine Längsbohrung 43 des Kolbens 34 mit der Federkammer 38 in Verbindung steht. In der Wand des Zylinders 33 ist ein Paar in Zylinderlängsrichtung gegeneinander versetzter öffnungen 44,45 vorgesehen, von denen die öffnung 44 mit einer Drainage, die öffnung 45 mit dem Auslaß 23 der Speisepumpe 20 in Verbindung steht. Zusätzlich ist die Federkammer 38 über eine Leitung 46 mit dem

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Ende des Zylinders 29 verbunden, das nicht die Feder 31 aufnimmt.

Während des Betriebes ist der Druck in der Feuerkammer 38 von dem Druck abhängig, mit dem die Feder 37 auf den Kolben 34 einwirkt, sowie von dem Druck in dem Teil des Zylinders 33, der der Federkammer 38 entfernter ist. Für den angenommenen Zeitpunkt des konstanten Druckes wird bei einer Verringerung der von der Feder erzeugten Kraft der Kolben nach rechts bewegt, um dabei dem Kraftstoff den übertritt aus der öffnung 45 in die Federkammer 38 zu ermöglichen. Hierdurch wird der Druck in der Federkammer 38 ansteigen, der ansteigende Druck wird auf den Kolben wirken, und dieser wird so verstellt, daß er die öffnung 45 wieder verdecxt. Andererseits wird bei einer Erhöhung des von der Feder auf den Kolben 34 ausgeübten Druckes sich der Kolben 34 nach links bewegen, um dem Kraftstoff den übertritt von der Federkammer in die öffnung 44 zu ermöglichen und dadurch einen Druckabfall in der Federkammer zu bewirken. Der in der Federkammer 38 herrschende Druck wirkt auf den Kolben 28, so daß ein Ansteigen des Druckes in der Federkammer eine Verstellung des Kolbens 28 nach rechts und eine Erhöhung der Menge der über die Kurzschlußleitung 15 rückgeführten Motorabgase zur Folge hat und umgekehrt. Eine Erhöhung der von der Feder 37 ausgeübten Kraft verringert die Menge der über die Kurzschlußleitung 15 rück-

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geführten Motorabgase und umgekehrt.

Der Nocken 40 ist so angeordnet und mit dem Kraftstoffregelglied gekoppelt, daß, wenn das Kraftstoffregelglied in Richtung auf eine Erhöhung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge, d.h. zur Erhöhung der Belastung der Brennkraftmaschine bewegt wird, die von der Feder 37 ausgeübte Kraft ansteigt und umgekehrt. Nochmals angenommen, daß der Kraftstoffdruck auf das oben genannte eine Zylinderende konstant bleibt, ergeben sich die Kurven gemäß Fig. 4. Diese Kurven nähern sich dem idealen Kurvenverlauf, und eine solche Anordnung kann dort verwendet werden, wo für eine vorgegebene Stellung des Kraftstoffregelgliedes die Menge des bei jedem Einspritztakt der Einspritzpumpe gelieferten Kraftstoffes über den ganzen Drehzahlbereich konstant bleibt.

Im Fall, daß das Kraftstoffregelglied in der beschriebenen Weise eine Drossel ist, wird sich das nicht ergeben, und für eine vorgegebene Drosselstellung wird, wenn die Drehzahl der zugehörigen Brennkraftmaschine ansteigt, die Menge des bei jedem Einspritztakt zugeführten Kraftstoffes geringer werden, weil für den Kraftstoff-Fluß nur noch eine geringere Zeit zur Verfügung steht. Die Stellung der Drossel wird jedoch durch einen Regler gesteuert, und die Tendenz der Drossel ist es,

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sich zu öffnen, wenn die Motordrehzahl ansteigt, um dem beschriebenen Effekt entgegenzuwirken. Wie sich die Stellung der Drossel ändert, so ändert sich auch die Menge der zurückgeführten Abgase und das Ergebnis wäre, daß für eine konstante Teillast die Menge der zurückgeführten Abgase mit ansteigender Motordrehzahl ansteigen würde.

Die Tatsache, daß sich der Druck des dem vorerwähnten einen iinde des Zylinders 33 zugeführten Kraftstoffes in Übereinstimmung mit der Drehzahl ändert, wirkt dem oben genannten Effekt entgegen. In Fig. 5 ist gezeigt, wie sich der Druck in der Federkammer 38 mit der Drehzahl ändert in der Annahme, daß sich die Stellung des Regelgliedes nicht mit der Drehzahl ändert. Es zeigt sich, daß der Druck in der Kammer mit der Drehzahl ansteigt und deshalb das Ventil 16 dahin tendiert, sich mit ansteigender Drehzahl zu öffnen.

Wenn das Kraftstoffregelglied eine Drossel ist, dann wird die in Fig. 5 dargestellte o"ffnungscharakteristik einen Viert erreichen, der durch die Tatsache kompensiert wird, daß mit ansteigender Drehzahl für eine vorgegebene Belastung die Drossel geöffnet ist und dabei die von der Feder 37 ausgeübte Belastung erhöht wird und so die Veränderung der Stellung des Ventiles 16 mit Belastung und Drehzahl eher wie die Veränderung in Fig. 4 sein wird. Die erhaltene

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Charakteristik kann für einige Maschinen passend sein. In der Praxis ist jedoch der Kraftstoff-Fluß durch die Drossel 21 für verschiedene feste Einstellungen der Drossel so, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Die verschiedenen Kurven konvergieren mit zunehmender Drehzahl, wobei jedoch der Punkt des Zusammentreffens außerhalb des Drehzahlbereiches der Brennkraftmaschine liegt. Um eine genauere Kompensation zu schaffen, ist es deswegen notwendig, daß sich der Druck im vorerwähnten einen Ende des Zylinders 33 ebenso in Übereinstimmung mit der Stellung der Drossel ändert. Hierzu ist eine Vorrichtung zur Steuerung des Kraftstoffdruckes vorgesehen, die mit der Drossel gekuppelt ist. Vor der Erläuterung der praktischen Ausführung dieser Vorrichtung soll unter Bezugnahme auf Fig. 7 die durch diese Vorrichtung erzielte Wirkung beschrieben werden. Diese Figur ist ähnlich der Fig. 4, sie zeigt jedoch, daß die bei verschiedenen Drosselstellungen erhaltenen Kurven mit zunehmenden Drehzahlen divergieren. Es wird so eine wirksamere Kompensation erzielt.

Ein Beispiel für die Ausführung der Steuervorrichtung ist in Fig. 8 dargestellt. Mit dem Zylinder 33 ist dabei ein Paar Verengungen 47,48 verbunden, wobei die Verengung 47 dazu dient, den Kraftstoff vom Auslaß 23 der Speisepumpe aus in den Zylinder gelangen zu lassen. Diese Verengung 47

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ist entsprechend der Stellung der Drossel 21 einstellbar. Die Verengung 48 steht mit einer Drainage in Verbindung, und in dem laß wie der Querschnitt der Drossel veränderbar ist, verändert sich der Druck im einen Ende des Zylinders In der Praxis wird das Maß der durch die Verengung 47 bewirkten Einschnürung in dem Maß reduziert, wie die Drossel verengt wird, um so die Charakteristiken gemäß Fig. 7 zu ergeben. Sin ähnlicher Effekt kann erzielt werden, wenn die Verengung 48 an der Stelle? der Verengung 47 veränderlich ist, aber in diesem Fall muß die Veränderung der Verengung in entgegengesetztem Sinn erfolgen. Wenn es notwendig ist, können schließlich beide Verengungen veränderlich sein.

Die Verengung 47 wird von einer rechteckigen öffnung der Wand der Bohrung gebildet, die dem weiteren Teil der Welle zugeordnet ist. Das Ende der Welle ist mit einer Aussparung 50 versehen, die eine scharfe Kante 51 definiert, die, wenn die Vielle bewegt wird, über die öffnung 49 zu deren Reinigung hinwegstreicht.

Die Rückführung der Motorabgase sollte nur dann erfolgen, wenn die Brennkraftmaschine ihre wünschenswerte Betriebstemperatur erreicht hat, und um das zu ermöglichen, ist in der Leitung 46 ein Ventil 52 angeordnet. Dieses Ventil ist ein elektromagnetisches Ventil, das erregt wird, um Kraftstoff-

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druck auf den Kolben 28 einwirken zu lassen. Ist das Ventil 52 entregt, dann ist der Zylinder 29 mit einer Drainage verbunden, so daß die Feder 31 den Kolben in eine Stellung bewegen kann, in der keine Abgasrückführung stattfindet. Ferner ist ein Schalter vorgesehen, der geschlossen ist, wenn die Temperatur der Brennkraftmaschine den richtigen ⁷.⁷ert erreicht hat. Zusätzlich zu diesem Schalter sind zwei weitere Schalter in Serie geschaltet, von denen einer öffnet, wenn die Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl abfällt und der andere öffnet, wenn die Motordrehzahl einen vorbestimmten VJert überschreitet. /\uf diese Weise wird eine Abgasrückführung nur dann zugelassen, wenn die Brennkraftmaschine ihre normale Arbeitstemperatur erreicht hat und wenn ihre Drehzahl zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert liegt.

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Claims (1)

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   Anmelder: LUCAS INDUSTRIES LIMITED, Great King Street, Birmingham, 319 2XF, England

   Titel: Kraftmaschinenanlage

   Patentansprüche

   Brennkraftmaschinen-Anlage mit einer durch Druck selbst zündenden Brennkraftmaschine, einer Kraftstoff-Förder-Vorrichtung zur Zuführung des Kraftstoffes in zeitlicher Beziehung zu den Brennkammern der Brennkraftmaschine, einem Kraftstoffsteuerglied als Teil der Kraftstoff-Förder-Vorrichtung, wobei das Kraftstoffsteuerglied zur Steuerung der Menge des durch die Fördervorrichtung zu fördernden Kraftstoffes bei jedem Fördertakt derselben einstellbar ist, einem Lufteinlaß und einem Abgasauslaß der Brennkraftmaschine, einem Ventil zur Steuerung der Rückführung von Motorabgasen vom Abgasauslaß zum Lufteinlaß, wobei dieses Ventil ein Ventilglied aufweist, das mit einem Betätigungselement zwischen seiner öffnungs- und seiner Schließstellung verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (17) ein druckabhängiges Element (28) aufweist, das federnd in einer Stellung gehalten ist, in der das Ventilglied (16) seine Schließstellung einnimmt, gekennzeichnet weiter durch eine

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   ORIGINAL INSPECTED

   Pumpe zur Förderung eines Fluids unter Druckt, gekennzeichnet vielter durch einen in einem Zylinder (33) angeordneten Kolben (34), der von einer Feder (37) gegen das eine Ende des Zylinders bewegt wird, wobei im Kolben und im Zylinder öffnungen (43,44,45) zur Steuerung des Fluiddruckes im Bereich des anderen Zylinderendes vorgesehen sind, wobei weiter der Fluiddruck auf das Kolbenende am einen Zylinderende durch den Druck der auf das andere Kolbenenäe wirkenden Feder und den auf dieses Kolbenende v/irkenden Fluiddruck ausgeglichen wird, wobei weiter eine Leitungsverbindung (46) vorgesehen ist, durch die der am anderen Zylinderende wirkende Fluiddruck auf das druckabhängige Element des Betätigungselementes einwirkt und wobei schließlich ein Element (40) vorgesehen ist, das auf die Stellung des Kraftstoffregelgliedes anspricht, um die von dem Federelement ausgeübte Federkraft verändern zu können.

   2. Brennkraftmaschinen-Anlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffregelglied eine Drossel (21) aufweist, mit der ein Ventilelement (32) gekoppelt ist, das der Veränderung des Fluiddruckes im einen Zylinderende in Abhängigkeit von der Drosselstellung dient.

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   3. Brennkraftmaschinen-Anlage gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine Niederdruckpumpe (20) zur Kraftstoff-Förderung aufweist sowie ein Ventil zur Steuerung des Förderdruckes der Niederdruckpumpe, so daß sich dieser entsprechend der Motordrehzahl ändert.

   4. Brennkraftmaschinen-Anlage gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil in einer Verbindungsleitung zwischen dem Auslaß (23) der Niederdruckpumpe

   (20) und dem einen Ende des Zylinders (33) angeordnet ist.

   5. Brennkraftmaschinen-Anlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein weiteres Ventil (52) in der Verbindungsleitung, das die Einwirkung von Fluiddruck auf das druckabhängige Element (28) verhindert, wenn die iMotordrehzahl außerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.

   6. Brennkraftmaschinen-Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Ventil auf die Temperatur der Brennkraftmaschine anspricht.

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