DE3424268A1 - Drehzahlregler fuer kraftstoffeinspritzpumpen - Google Patents
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Description
.19 484
1.6.1984 Bö
Stand der. Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspitzpumpe
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein bekannter Drehzahlregler dieser Art (verwendet in der Bosch
Verteilereinspritzpumpe Typ VE) weist als Zwischenfeder in einer Version lediglich eine Blattfeder auf,
die die Funktion einer eine Startmehrmenge erzeugenden sogenannten Startfeder hat,und in einer anderen
Version eine Kombination dieser Startfeder mit einer Schraubenfeder, welche die Leerlaufdrehzahl regelt.
Während die Startfeder möglichst weich ist und lediglich die Aufgabe hat,in Startposition den zweiten
Hebel und damit das Einspritzmengensteuerglied in eine Stellung für Startmehrmenge, die über der maximalen Volllasteinspritzmenge
liegt, zu schieben, hat die Leerlauffeder die Aufgabe in Leerlaufposition des Reglers
den zweiten Hebel und damit das Einspritzmengensteuerglied jeweils als Gegenkraft zu dem bei Leerlaufdrehzahlen
nur geringe Kräfte entwickelnden Drehzahlsignalgeber in einer dem Gleichgewicht der Kräfte
(Feder, Drehzahlsignalgeber) entsprechenden Lage zu halten.
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Erst wenn die Leerlaufdrehzahl überschritten wird, wird auch die Leerlauffeder zusammengeschoben, so
daß im oberen Leerlaufdrehzahlbereich die beiden Hebel kraftschlüssig aneinander liegen. Die Leerlauffeder
wird jedoch auch bei Leerlaufdrehzahlen und ausreichender Last über den ersten Hebel zusammengeschoben
soweit ein die Ausgangslage des ersten Hebels bestimmender Anschlag dieses zuläßt.
Natürlich kann als Zwischenfeder auch eine einzige als Start- und Leerlauffeder dienende Schraubenoder
Blattfeder dienen, in dem dieser ein erster weicher der Erzeugung einer Startmehrmenge dienender
Bereich zugeordnet ist und danach ein etwas härterer der Leerlaufregelung dienender Bereich.
Bei einem Dieselmotor ist der tatsächliche Verbrauch pro Motorzylinder bekanntlich unterschiedlich im Gegensatz
zu der von der Einspritzpumpe pro Motorzylinder zugemessenen Einspritzmenge, die bei einer
bestimmten Stellung des Drehzahlreglers für alle Motorzylinder gleich ist. Die Streuung der von den
Motorzylinder verbrauchbaren Menge kann im Leerlauf 30% der durchschnittlichen Einspritzmenge betragen
und ist deshalb dort besonders nachteilig. Wenn beispielsweise die durchschnittliche Leerlaufmenge
5 mm ist, so kann die Streuung durchaus 2 mm aufweisen. Diese Unterschiede bewirken dynamisch betrachtet
einen entsprechend jeweils sehr kurzfristigen Einfluß auf die Drehzahl des Motors und über den
Drehzahlsignalgeber des Drehzahlreglers wiederum auf die Einspritzmenge, deren Änderung je nach dem für
welchen Motorzylinder sie wirksam wird, eine möglicherweise
ungewünschte Verstärkung oder Abbremsung der zu regelnden Durchschnittsleerlaufdrehzahl bewirkt.
Aus diesem Grunde soll der Ungleichförmigkeitsgrad (P - Grad) möglichst groß sein, was eine
möglichst steife Leerlauffeder erfordern würde. Um
eine bestimmte Wegstrecke (Regelweg) gegen eine steife Feder zurückzulegen, ist eine verhältnismäßig große
Kraftänderung erforderlich im Gegensatz zu einer weichen
Feder. Durch die Streuungen der bei der Verbrennung im Motor sich einstellenden Bremsungen und Stöße ergeben sich
entsprechende Kraftstöße vom Drehzahlsignalgeber auf den zweiten Hebel, die durch eine steife Feder so aufgefangen
werden können, daß ein" Ruckein oder Motorschütteln im Leerlauf verhindert wird.
Eine steife Leerlauffeder hat aber, wie oben ausgeführt, einen hohen P-Grad, der im Leerlauf 40% betragen
kann. Bei Leerlaufdrehzahlen von 600 U/Min, sind dieses
bereits 240 U/Min. Dieser hohe P-Grad führt-zu einem instabilen
Lauf der Motoren, dem sogenannten Sägen. Diesem Sägen kann durch wiederum eine weiche Feder mit entsprechend
niedrigen P-Grad entgegengewirkt werden, nämlich einer Feder bei der bereits bei relativ geringen
Kraftänderungen des Drehzahlsignalgebers große Wege (Regelwege) zurückgelegt werden. Aufgrund des niedrigen
P-Grades weicher Federn wird ein Addieren bzw. Subtrahieren der durch die Streuung bewirkten geringen
Mengenänderungen als Einfluß auf die Drehzahl weitgehend aufgefangen, so daß zwar ein niedriger P-Grad
erzielt wird (geringes Sägen, weitgehend konstante Drehzahl) aber ein Ruckein oder Schütteln des Motors stattfinden
kann. Bei den bekannten Drehzahlreglern wird deshalb ein verhältnismässig hoher P-Grad kauf genommen,
um das unangenehme Ruckein, besonders bei Pkw Dieselmotoren zu vermeiden.
Bei bekannten Drehzahlreglern der eingangs genannten Art wird somit versucht, durch die Wahl der Steife
der Leerlauffeder einen Kompromiß zwischen möglichst
geringem Motorschütteln und geringem Sägen des Motors zu erzielen, ohne deshalb mit der Leerlaufdrehzahl
höher werden zu müssen.
Dieses Problem besteht nicht nur bei der Leerlauffeder als Zwischenfeder, sondern gilt gleichermaßen
für Regler von Einspritzpumpen für stationäre Motoren oder sonstige zu regelnde Läufe, bei denen
uie Drehzahl konstant aufrecht erhalten werden muß. Auch hier muß einerseits ein Sägen, nämlich
Abweichen von der konstanten Drehzahl vermieden werden und andererseits ein Motorruckeln, was möglicherweise
zu Schaden des angetriebenen Aggregats führen könnte.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Drehzahlregler für Kraftstoffeinspritzpumpen mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil daß ein Regler mit nachgiebiger Rückführung entsteht,
bei dem im Regellauf die kurzen durch die Streuungen der Mo tor Zylinderverbrennung bewirkten Stöße durch
eine steife Feder aufgefangen werden, was dem gewünschten hohen P-Grad entspricht und daß aber
durch die verzögerte Wirkung einer weichen Feder für eine möglichst konstante Drehzahl ein niederer
P-Grad erzielbar ist. Hierdurch entsteht eine sehr flache Pegellaufkennlinie im Mengedrehzahldiagramm, die
in eine entsprechend steile Lastaufnahmekennlinie übergeht, beispielsweise beim Anfahren vom Leerlauf in höhere Lastzustände.
Entsprechendes gilt für die Kennlinie bei stationären Antrieben.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
arbeitet das Mitnahmeglied mit zwei einander entgegenwirkenden Dämpfungsfedern,zwischen denen die Angriffsstelle des zweiten Hebels schwimmend eingespannt ist.
Beide Dämpfungsfedern sind entsprechend verhältnismäßig steif ausgebildet, jedenfalls steifer als die
Zwischenfeder. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht in der einfachen Anordnung,eine anpassbare
.••Stellkraft für jede der zwei Schwenkrichtungen des
zweiten Hebels zu erhalten, da naturgemäß das Dämpfungsglied je nach Stellrichtung eine unterschiedliche
Wirkung aufweist. Während in der einen Richtung die eingeschlossene Menge durch eine Drossel gepreßt
werden muß, kann in der anderen Richtung lediglich ein Unterdruck wirksam sein.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzanlage mit dem erfindungsgemäßen
Drehzahlregler; Fig. 2 das Reglerhebelpaket aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab im
Längsschnitt gemäß! der Linie II-II in Fig. 3; Fig. 3 eine Ansicht
des Pakets aus Fig.2 genväß dem Pfeil III in Fia. 2 und
Fig. 4 ein Diagramm des Einspritzmengenverlaufs über der Drehzahl.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bei einer Kraftstoffeinspritzanlage nach Fig I.
wird aus einem Kraftstoffbehälter 10 über eine
Vorförderpumpe 11 und einen Kraftstofffilter 12 einer Verteilereinspritzpumpe 13 Kraftstoff zugeführt.
Das Pumpengenäuse dieser Pumpe ist für die Darstellung soweit aufgebrochen, daß die Elemente
des Drehzahlreglers sichtbar werden.
Die Lasteingabe, die beim Kraftfahrzeug beispielsweise
willkürlich erfolgt, wird über einen Verstellhebel 14 vorgenommen, dessen Schwenkbewegung über
eine im Pumpengehäuse geführte Verstellwelle 15 auf einen Mitnahmehebel 16 übertragen wird, an dem eine
Regelfeder 17 einerseits angreift, die andererseits mit einer Reglerhebelanordnung 18 verbunden ist.
Entgegen der Kraft dieser Regelfeder 17 greift ebenfalls an der Reglerhebelanordnung 18 eine
Verstellmuffe 19 eines Drehzahlsignalgebers an, die durch Fliehgewichte 20 angelenkt ist, welche mit
motorsynchroner Drehzahl angetrieben werden. Die von der Muffe 19 auf die Reglerhebelanordnung 18
angreifende Kraft ändert sich somit der Drehzahl gemäß
einer quadratischen Funktion. Die Reglerhebelanordnung 18 verschiebt einen die Einspritzmenge
bestimmenden Regelschieber 21 auf einem Pump- und Verteilerkolben 22. Von der Einspritzpumpe
her wird der Kraftstoff über eine Verteilernut 23 Einspritzdüsen 24 zugeleitet, wobei der
Pumpenkolben 22 bei einer Umdrehung soviel Druck- und Saughübe ausführt, wie Einspritzdüsen 24 bzw. Motorzylinder
vorhanden sind. Für eine bestimmte Lage des Regelschiebers 21 erhalten alle Motorzylinder die
gleiche Einspritzmenge. Sobald die Drehzahl steigt wird durch den Regler bei gleicher Lastvorgabe die
Einspritzmenge pro Motorzylinder verringert, sobald
.9.
die Drehzahl fällt, erhöht.
Da die Brennkraftmaschine pro Zylinder bei jeweils
gleichen Einspritztnengen unterschiedlich viel von diesen eingespritzten Mengen verbrennen kann, bewirkt
dieses einen unterschiedlichen Momentenverlauf an der Motorkurbelwelle und damit dynamisch gesehen
pro Motorzylinder einen unterschiedlichen Drehmomentenverlauf an der Kurbelwelle. Dieses bewirkt entsprechende
Änderungen der Drehzahl am Drehzahlsignalgeber, so daß sich die Kraft mit der die Reglermuffe 19 an der Reglerhebel
anordnung 18 angreift, kurzzeitig dauernd ändert. Dieses hat eine entsprechende laufende minimale
Änderung der Einspritzmenge zur Folge, was zu einem Ruckein oder Schütteln des Motors führen kann, da die
Mengenänderung nicht dem entsprechenden Zylinder zugeordnet werden kann. Hierdurch ergibt sich möglicherweise eine Addierung der Menge bei den Zylindern,die
ohnehin schon zu viel bekommen und eine Verringerung der Menge bei den Zylindern, die schon zu wenig erhalten.
Hierdurch wird das Ruckein und Schütteln verstärkt.
In Fig. 2 und 3 ist eine Reglerhebelanordnung 18 dargestellt mit der dieses Ruckein weitgehend vermeidbar
ist. Diese Reg lediebel anordnung 18 hat einen Einstellhebel 28, der bei 29 im Gehäuse schwenkbar
gelagert ist und eine Achse 30 trägt. Ein Schwenken um den Punkt 29 bewirkt ein entsprechendes Verschieben
der Achse 30. Dieser Einstellhebel 28 wird zur Justierung der Lage der Achse 30 eingestellt und
hat keinen Einfluß auf die Drehzahlregelung.
Die in Fig.2 lediglich durch einen die Kraftrichtung
angebenden Pfeil dargestellte Regelfeder 17 greift an einem Spannhebel 31 an, der auf der Achse 30
schwenkbar gelagert ist. Ebenfalls auf der Achse 30 ist ein Starthebel 32 schwenkbar gelagert, an dem
ein Kopf 33 zur Anlenkung des RegelSchiebers 21 vorgesehen ist und an dem der Drehzahlsignalgeber 19
angreift in der durch den Pfeil dargestellten Kraftrichtung.
Zwischen dem Spannhebel 31 (1. Hebel) und dem Starthebel
32 (2. Hebel) ist ein Zwischenfederpaket'35
angeordnet, durch das in einem bestimmten Drehzahlbereich die relative Schwenklage der beiden Hebel zueinander
in Abhängigkeit von den Kräften 17 und 19 und dadurch die Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt
wird.
Dieses Zwischenfederpaket 35 besteht aus drei Federn, einer ersten weicheren Feder 36 und zwei härteren
steiferen Federn 37. Die Zwischenfeder 36 ist in einem einseitig geschlossenen Zylinder 38 angeordnet
und stützt sich einerseits an der Schließstirnwand und andererseits an einem in dem Zylinder 38 achsial
verschiebbaren Kolben 39 ab. Der Innenraum des Zylinders 36 ist durch eine in der Stirnwand vorgesehene
Drosselbohrung 40 mit außen verbunden. An dem Kolben 39 ist ein Zapfen 41 vorgesehen, auf dem die
zwei steiferen Zwischenfedern 37 geführt sind, von denen sich eine am Kolben 39 und die andere an einem
Sicherungsring 42 abstützt, der auf den Zapfen 41 angeordnet ist. Zwischen den Federn 37 ist schwimmend
durch die Federn 37 eingespannt das Ende 43 des Starthebels 32 vorgesehen.
Bei kurzen harten Kraftstößen vom Drehzahlsignalgeber
her fängt die eine der steifen Federn 37 diese Kräfte auf, wobei die steife Feder einen hohen
P-Grad bewirkt. Für diese kurzen Stöße wirkt das aus Zylinder 38 Kolben 39 mit Zapfen 41 bestehende Mitnahmeglied
wie ein starres System bzw. die Feder 36 wirkt als unendlich steife Feder, da das im Zylinder
eingeschlossene Volumen aufgrund der Drosselwirkung der Drossel 40 unelastisch wirkt und erst bei einem
Drosselquerschnitt entsprechend der zur Verfügung stehenden Zeit die Feder 36 zur Wirkung kommen läßt.
Hierdurch wirkt das ganze Federpaket 35 wie eine nachgiebige Rückführung. Im Kurzzeitverhalten wirkt
die Feder 37,im Langzeitverhalten die Feder 36. Dies ergibt für die kurzen Druckänderungen einen
hohen P-Grad aufgrund der steifen Federn 37 und bei relativ längerfristiger Änderung der Kraft 19 (oder
17) einen niederen P-Grad aufgrund der sich dann auswirkenden weicheren Feder 36. Entsprechendes gilt
bei schnellen Laständerungen, für die verhältnismäßig schnell eine Einspritzmengenänderung bewirkt
wird, bis sich dann verzögert die erforderliche Einspritzmenge einstellt (kurzfristige Übermenge bei
plötzlicher Lastzunahme).
In Fig. 4 ist in einem Einspritzmengen/Drehzahldiagramm über der Ordinate die Einspritzmenge Q
und über der Abszisse die Drehzahl η aufgetragen. Die Kennlinie a gibt dabei die Vollast an, wobei
mit b die Startmehrmenge bezeichnet ist. c ist der Abregelverlauf, wenn die Maximaldrehzahl erreicht
ist. Weiterhin ist in diesem Diagramm der Übergang von Leerlaufmenge zu größeren Mengen bei
Lastaufnahme dargestellt. Bezeichnend ist daß
der Regler eine sehr flach verlaufende Leerlaufkennlinie d aufweist, da die eigentliche Leerlauffeder 36
verhältnismäßig weich ausgebildet ist und einen niedrigen P-Grad bewirkt. Hierdurch wird ein Sägen des Motors
vermieden, d.h. der Motor läuft mit einer weitgehend konstanten Leerlaufdrehzahl. Sobald eine Laständerung
vorgenommen wird, wird durch die verhältnismäßig steifen Haltefedern 37 eine schnelle Einspritzmengenzunahme
bei geringer Drehzahländerung bewirkt, entsprechend den Kennlinien e.
Obwohl gemäß dem Beispiel das Problem bei der Leerlaufdrehzahlregelung
nämlich das Motorruckeln und Sägen so lösbar ist, ist die Erfindung entsprechend auf
Drehzahlregler für Pumpen von stationären Motoren übertragbar oder auf entsprechende Probleme in Zwischendrehzahlbereichen.
Maßgebend ist, daß durch erfindungsgemäße Drehzahlregler kurzfristige Kraftänderungen
von Kenngrößen wie Last oder Drehzahl einen hohen P-Grad verursachen, hingegen längerfristige Kenngrößenänderungen
einen niedrigen P-Grad des Reglers verursachen.
- Leerseite -
Claims (5)
- R.
1.6.198419484Firma Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1Drehzahlregler für KraftstoffeinspritzpumpenAnsprüchej Drehzahlregler für Kraftstoffeinspritzpumpe!! von Brennkraftmaschinen mit einem um eine Achse schwenkbaren ersten Hebel, an dem eine insbesondere lastabhängig in der Kraft änderbare Regelfeder entgegen einer Rückstellkraft angreift, welche durch einen Drehzahlsignalgeber erzeugt über einen das Einspritzmengensteuerglied anlenkenden um eine Achse schwenkbaren zweiten Hebel auf den ersten Hebel übertragbar ist, und mit mindestens einer Zwischenfeder zwischen den Hebeln, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Reihe geschaltete Zwischenfedern (36, 37) vorgesehen sind, eine erste weichere (36) und eine zweite steifere Feder (37), von denen die erste Feder (36) als Nachlauffeder ausgebildet bei kurzfristigen Kraftänderungen des Drehzahlsignalgebers (19) viel steifer als die zweite Feder (37) wirkt. - 2. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfedern (36, 37) an einem Mitnahmeglied (39, 40, 41) angeordnet sind, wodurch die erste Feder mit dem einen Hebel (31) und diezweite Feder (37) mit dem anderen Hebel (32) zusammenwirkt.
- 3. Drehzahlregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Zwischenfeder (37) zwei einander entgegenwirkende Federn dienen, zwischen denen die Angriffsstelle (43) des zweiten Hebels (32) schwimmend eingespannt ist.
- 4. Drehzahlregler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnahmeglied einen Kolben (39) aufweist, der in einem einseitig geschlossenen Zylinder (38) axial verschiebbar ist und zur Zylinderstirnseite die erste Zwischenfeder (36) einspannt, daß an dem Kolben (39) ein die zwei zweiten Federn (37) führender Zapfen (41) vorgesehen ist und daß der vom Kolben (39) und Zylinder (38) eingeschlossene Raum nach außen eine Drosselöffnung (40) aufweist (Dashpot).
- 5. Drehzahlregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben (39) eine die erste Feder (36) teilweise aufnehmende Sackbohrung vorgesehen ist.
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