DE3624697A1 - Brennstoffbemessungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoff­ bemessungssystem für Motoren und insbesondere elektrisch gesteuerte Brennstoffbemessungssysteme.

Bei Brennstoffzufuhrsystemen für Verbrennungs­ kraftmaschinen und insbesondere Luftfahrzeugmotoren wird der Brennstoff typischerweise von einem Brennstoffreservoir oder -tank zum Einlaß eines Brennstoffbemessungsgeräts gepumpt. Das Brennstoffbemessungsgerät weist einen mit dem Motor in Verbindung stehenden Auslaß und einen mit dem Brennstoffreservoir in Verbindung stehenden Rücklauf­ auslaß auf. Ein in dem Brennstoffbemessungssystem enthal­ tendes Ventil verbindet den Einlaß mit dem Auslaß und dem Rücklauf in variabler Weise gemäß den Brennstoff­ anforderungen durch die Bedienungsperson. Wenn demnach zusätzlicher Brennstoff für den Motor erforderlich wäre, leitet das Brennstoffbemessungsgerät einen proportional größeren Betrag an Brennstoff vom Einlaß zum Auslaß und weniger zum Rücklauf und umgekehrt.

Ein Nachteil dieser vorbekannten Brennstoff­ bemessungssysteme liegt jedoch darin, daß das Ventil über eine mechanische Verbindung gesteuert wird, die sich von der Bedienungsperson zum Brennstoffbemessungsgerät erstreckt. Dies ist in einigen Beziehungen nachteilig. Erstens vergrößert die mechanische Verbindung das Gewicht des gesamten Brennstoffsystems. Dies ist bei Anwendungen, bei denen das Gewicht kritisch ist, insbesondere Luft­ fahrtmotore, nachteilig. Ferner benötigt die mechanische Verbindung periodische Wartung und Unterhalt und neigt zu Ausfall.

Ein weiterer Nachteil der mechanisch betätigten Brennstoffbemessungsgeräte besteht darin, daß diese physikalisch von der Bedienungsperson bedient werden müssen. Deshalb sind diese Geräte nicht leicht an auto­ matisierte Brennstoffzufuhrsysteme anpaßbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffbemessungsgerät für ein Brennstoffzuführsystem zu schaffen, bei dem die geschilderten Nachteile vermie­ den werden.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maß­ nahmen gemäß Erfindung gelöst.

Das Gerät gemäß Erfindung weist ein Gehäuse mit einem Brennstoffeinlaß, einem Brennstoffauslaß und einem Brennstoffrücklauf auf. Der Einlaß steht mit einer Quelle von unter Druck stehendem Brennstoff in Verbindung, beispielsweise dem Auslaß einer Pumpe, während der Brennstoffauslaß mit dem Brennstoffsystem des Motors verbunden ist. Die Brennstoffrücklaufleitung ist mit dem Brennstoffreservoir oder -tank verbunden.

Ein Ventilglied ist im Inneren des Gehäuses vorgesehen und drehbar zwischen einer ersten und einer zweiten Drehlage. Das Ventilglied ist zur selektiven Drosselung von Kanälen ausgelegt , die in dem Gehäuse gebildet sind und die sich zwischen dem Einlaß und sowohl dem Rücklauf als auch dem Auslaß erstrecken. Das Ventil­ glied ist ferner bei Drehung in der Weise betätigbar, daß der Kanal zwischen dem Einlaß und dem Auslaß umgekehrt proportional zum Kanal zwischen dem Einlaß und dem Rück­ lauf gedrosselt wird. Die Drehung des Ventilgliedes in eine Richtung liefert einen proportional größeren Betrag an Brennstoff zum Motor und entsprechend weniger Brenn­ stoff zurück zum Brennstoffreservoir und umgekehrt.

Ein Schrittschaltmotor ist mechanisch mit dem Ventilglied verbunden, so daß der Schrittschaltmotor bei seiner Einschaltung das Ventilglied zwischen dessen erster und zweiter Lage dreht. Der an den Motor gelie­ ferte Betrag an Brennstoff ändert sich proportional als Funktion der Drehlage des Ventilgliedes.

Ein elektronisches Steuersystem steuert vorzugs­ weise die Betätigung des Schrittschaltmotors. Zusätzlich ist ein Fühler oder Wandler mit dem Ventilglied gekoppelt und liefert ein elektrisches Rückkopplungssignal an das Steuersystem in Abhängigkeit von der Drehlage des Ventilgliedes. Die Drehlage des Ventilgliedes und damit der an den Motor gelieferten Menge an Brennstoff kann demnach durch das elektronische Steuersystem ohne Beteiligung der Bedienungsperson variiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Einzelgeräte zur Ausführung der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zentrales Gerät gemäß Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 2 und

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 5.

Das gesamte Brennstoff-Fördersystem ist in Fig. 1 dargestellt und weist einen Brennstoffbehälter oder -tank 10 mit einem Auslaß auf, der mit dem Einlaß einer Pumpe 12 verbunden ist. Wenn die Pumpe 12 angetrieben wird, fördert sie unter Druck stehenden Brennstoff an einen Einlaß 14 eines Brennstoffbemessungsgerätes 16.

Das Brennstoffbemessungsgerät 16 weist einen Auslaß 18 auf, der mit dem Brennstoffsystem eines Motors 20 in Verbindung steht. Der Motor 20 kann konventioneller Art sein, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine mit hin- und hergehenden Kolben.

Das Brennstoffbemessungsgerät 16 weist ferner einen Rücklaufanschluß 22 auf, der mit einer Rücklauf­ leitung 24 zum Brennstoffbehälter 10 in Verbindung steht.

Wie später noch ausführlich beschrieben wird, lenkt das Brennstoffbemessungsgerät 16 den am Einlaß 14 empfangenen Brennstoff zwischen dem Auslaß 18 und dem Rücklauf 22 in variabler Weise, um Brennstoff an den Motor 20 in bemessener Menge zu liefern. Wenn der Motor 20 zusätz­ lichen Brennstoff benötigt, verteilt das Brennstoff­ bemessungsgerät einen größeren Brennstoffanteil vom Einlaß 14 zum Auslaß 18 und weniger Brennstoff zum Rücklauf 22 und umgekehrt.

Das Brennstoffbemessungsgerät 16 ist in Fig. 2 und 3 im einzelnen gezeigt und weist ein längliches Gehäuse 26 mit einer länglichen und im großen und ganzen zylindrischen Durchgangsbohrung 28 auf. Die Fluid­ anschlüsse 14, 18 und 22 sind über konventionelle Fittings mit dem Gehäuse 26 verbunden, so daß jeder Anschluß zur Durchgangsbohrung 28 offen ist.

Ein zylindrischer, stopfenförmiger Einsatz 30 (Fig. 2, 3 und 5) mit einer axialen Durchgangsbohrung 32 ist innerhalb der Gehäusedurchgangsbohrung 28 ent­ halten und gegenüber dieser durch O-Ringe 34 abgedichtet. Eine quer eingeschnittene Nut in dem Einsatz 30 bildet eine erste Fluidkammer 36 (Fig. 2 und 5) die zum Auslaß­ anschluß 16 fluchtet und damit offen ist. In ähnlicher Weise bildet eine zweite, quer eingeschnittene Nut in dem Einsatz 30 eine zweite Fluidkammer 40, die zu dem Rücklaufanschluß 22 fluchtet und damit offen ist. Eine Schraube 42 (Fig. 3) ist in das Gehäuse 26 eingeschraubt und erstreckt sich in eine kleine Sackbohrung 44 im Einsatz 30 , um diesen gegen axiale und Drehbewegungen festzulegen. Die Kammer 36 verbleibt deshalb immer in Verbindung mit dem Auslaßanschluß 16 und die Kammer 40 in Verbindung mit dem Rücklaufanschluß 22.

Ein längliches Ventilglied 46 (Fig. 2 und 3) ist ebenfalls in der Gehäusedurchgangsbohrung 28 enthalten. Das Ventilglied 46 weist einen zentralen Drehschieber 48 mit einem O-Ring 50 auf, der dichtend am Inneren der Gehäusedurchgangsbohrung 28 anliegt. Ein stangenar­ tiger Fortsatz 52 erstreckt sich von einem Ende 54 des Drehschiebers 48 axial nach außen und durch die Einsatzdurchgangsbohrung 32 hindurch. Vom entgegenge­ setzten Ende 55 des Drehschiebers 48 erstreckt sich ein zylindrischer Fortsatz 57 verringerten Durchmessers axial nach außen.

Der Brennstoffeinlaß 14 (Fig. 3 und 4) fluchtet zu einer ringförmigen Fluidkammer 62 in dem Drehschieber 48. Ein Filtersieb 64 ist vorzugsweise in dem Einlaßanschluß 14 untergebracht, um von der Brennstoffpumpe 12 kommende Verunreinigungen festzuhal­ ten. Die ringförmige Kammer 62 steht über ein oder mehrere, in dem Ventilglied 46 gebildete Kanäle 66 mit dem Ende 54 des Drehschiebers 48 in hydraulischer Verbindung.

Ein erster axialer Kanal 68 (Fig. 5) erstreckt sich durch den Einsatz 30 von der Kammer 36 zu dem einen Ende 70 des Einsatzes 30 , welches dem Ende 54 des Drehschiebers 48 benachbart ist. In ähnlicher Weise erstreckt sich ein zweiter Kanal 72 axial durch den Einsatz 30 von der Fluidkammer 40 zum Rücklaufanschluß 14 und zum gleichen Ende 70 des Einsatzes 30. Die Kanäle 68 und 72 in dem Einsatz 30 stellen zusammen mit dem Kanal 66 in dem Drehschieber 48 die Einrichtung zur hydraulischen Verbindung des Einlaßanschlusses 14 mit sowohl dem Auslaßanschluß 16 als auch dem Rücklaufan­ schluß 22 dar.

Das Ende 54 des Drehschiebers 48 ist als Nockenfläche 74 ausgebildet wie am besten in Fig. 4 dargestellt. Diese Nockenfläche 74 verengt in variabler Weise die Kanäle 68 und 72 im Einsatz 30 als Funktion der Drehlage des Ventilgliedes 46, indem die offenen Enden der Kanäle 68 und 72 in variabler Weise bedeckt werden. Die Verengung oder der Verschluß des Kanals 68 durch die Nockenfläche 74 erfolgt gegenläufig zum Ver­ schluß oder zur Verengung des Kanals 72. Wenn demnach das Ventilglied 46 sich in einer Richtung dreht, nimmt die Verengung des Kanals 68 zu , während die Verengung des Kanals 72 abnimmt und umgekehrt. Die Drehung des Ventilgliedes 46 in der einen Drehrichtung führt zur Zunahme der Brennstoffzufuhr zum Motor 20 (Fig. 1) und zur Abnahme der über die Rücklaufleitung zum Behälter 24 rückgeführten Menge an Brennstoff. Die Drehung des Ventilgliedes 46 in der entgegengesetzten Richtung reduziert den vom Einlaß 14 zum Auslaß 18 zugeführten Brennstoffanteil und vergrößert den von dem Rücklauf­ anschluß 22 und der Rücklaufleitung 24 zum Behälter 10 rückgeführten Brennstoffanteil.

Eine Schraubendruckfeder 80 umgibt den Fortsatz 57 verringerten Durchmessers des Ventilgliedes 46 und ist zwischen das Ende 57 des Drehschiebers 48 und einem sich radial nach innen erstreckenden Teil 82 des Gehäuses 26 eingefügt. Die Feder 80 steht unter Druck und drängt das Ende 54 des Drehschiebers 48 gegen das Ende 70 des Einsatzes 30, um eine mechanische Abdichtung zwischen den benachbarten Endflächen des Einsatzes 30 und des Ventilgliedes 46 zu schaffen.

Eine bogenförmige Nut 86 (Fig. 3) erstreckt sich um ein Umfangsstück von beispielsweise 100° an der äußeren Peripherie des Drehschiebers 48. Ein Stift 88 ist in dem Gehäuse 26 eingeschraubt und erstreckt sich in die Nut 86. Der Stift 88 begrenzt somit den Drehweg des Ventilgliedes 46 zwischen einer ersten und einer zweiten Lage, die durch die Enden der ringförmigen Nut 86 bestimmt werden.

Ein Druckbegrenzungskanal 110 (Fig. 5 und 6) erstreckt sich axial durch den Einsatz 30 zwischen der Auslaßkammer 36 und dem Einsatzende 70. Eine Kugel als Rückschlagventil 112 ist in dem Kanal 110 enthalten und schließt diesen, wenn der Fluiddruck im Einlaßanschluß 14 den Fluiddruck in der Auslaßkammer 36 übersteigt. Jedoch in dem Falle, daß der Druck in der Auslaßkammer 36 den Druck im Einlaßanschluß 14 übersteigt wie dies beim Stillegen des Motors vorkommen kann, öffnet das Rückschlagventil 112 und läßt den überschüssigen hydraulischen Druck in der Auslaßkammer 36 zurück in den Einlaßanschluß 14 ab.

Um das Ventilglied 46 zwischen der ersten und der zweiten Drehlage zu bewegen und so den Betrag an Brenn­ stoff zu variieren der dem Auslaßanschluß 16 und dem Rücklaufanschluß 22 zugeführt wird, weist das Brennstoff­ bemessungsgerät einen steuerbaren Motor 88 (Fig. 2), beispielsweise einen Schrittschaltmotor, auf, der an das Gehäuse 26 nahe des einen Endes des Ventilgliedes 46 montiert ist. Der Schrittschaltmotor 88 ist mechanisch mit dem Ventilgliedfortsatz 57 über eine Kupplung 90 verbunden, so daß die Erregung des Schrittschaltmotors 88 zum Drehantrieb des Ventilgiedes 46 führt. Die Kupplung ist vorzugsweise als Universalgelenk ausgebil­ det, um Klemmen zwischen dem Schrittschaltmotor 88 und dem Ventilglied 46 zu vermeiden.

Ein Wandler 94 als Abtaster der Drehlage mit einer Eingangswelle 95 ist über eine Kupplung 96 mit dem Ventilgliedfortsatz 52 mechanisch verbunden, so daß die Abtastwelle 95 sich gleichsinnig mit dem Ventilglied 46 dreht. Der Fühler oder Abtaster 94 kann im übrigen von beliebiger konventioneller Konstruktion sein und liefert ein elektrisches Signal an seinem Ausgang 98, welches für die Drehlage des Ventilgliedes 46 kenn­ zeichnend ist.

Ein Steuersystem 100 (Fig. 1) ist zur selekti­ ven Erregung des Schrittschaltmotors 88 über eine Ausgangsleitung 102 vorgesehen, wenn Eingangssignale von dem Abtaster 94 über dessen Ausgangsleitung 98 empfangen werden. Das Steuersystem 100 enthält vorzugs­ weise einen Mikroprozessor und kann im Hinblick auf die Änderung der Brennstoffzufuhr zum Motor 20 programmiert werden, indem das Ventilglied 46 zwischen der ersten und zweiten Drehlage über den Schrittschaltmotor 88 gedreht wird. Das Ausgangssignal des Fühlers 94 liefert ein Rückkopplungssignal an das Steuersystem 100, welches die Drehlage des Ventilgliedes 46 anzeigt.

Aus vorstehender Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung ein Brennstoffbemessungsgerät für eine Verbrennungskraftmaschine schafft, in welchem der Brennstofffluß nicht nur genau gesteuert werden kann, um einem gewünschten, vorprogrammierten Plan zu folgen, sondern bei dem alle mechanischen Verbindungen zwischen dem Brennstoffbemessungsgerät und der Bedienungsperson vermieden sind. Als solches verringert das Brennstoff­ bemessungsgerät gemäß Erfindung nicht nur das Gesamt­ gewicht des Brennstoffsystems und vermeidet die zuvor erforderliche Wartung von mechanischen Verbindungssyste­ men, sondern ermöglicht auch , daß das Brennstoffbemes­ sungsgerät körperlich an einer Stelle entfernt von der Bedienungsperson und mit jeder beliebigen Ausrichtung relativ zu dieser angeordnet wird.

Claims (8)

1. Gerät zur Bemessung von unter Druck stehendem Brennstoff von einer Brennstoffquelle zu einem Motor mit folgenden Merkmalen:
ein Gehäuse (26) weist einen Brennstoffeinlaßanschluß (14) zur Verbindung mit der Brennstoffquelle (12), einen Brennstoffauslaßanschluß (18) zur Verbindung mit dem Motor (20) und einen Brennstoffrücklaufanschluß (22) zur Verbindung (24) mit einer Brennstoffquelle (10) auf; ein erster Kanal (68) im Gehäuse (26, 30) erstreckt sich zwischen dem Einlaßanschluß (14) und dem Auslaßanschluß (18);
ein zweiter Strömungskanal (72) erstreckt sich zwischen dem Einlaßanschluß (14) und dem Rücklaufanschluß (22);
ein Ventilglied (46, 48) ist drehbar im Gehäuse (26) zwischen einer ersten und zweiten Lage gelagert und weist eine Einrichtung auf, die auf die Drehlage des Ventil­ gliedes anspricht, um die Kanäle (68, 72) gegenläufig zu verengen, und zwar gemäß im wesentlichen umgekehrt proportionalen Beträgen;
ein elektrisch steuerbarer Motor (88) mit einer Abtriebs­ welle ist mit dem Ventilglied (46, 48) zu dessen Drehung zwischen der ersten und der zweiten Lage verbunden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (88) ein Schritt­ schaltmotor ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtaster (94) mit dem Ventilglied (46) gekoppelt ist und ein elektrisches Ausgangssignal kennzeichnend für die Drehlage des Ventilgliedes erzeugt.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein stopfenförmiger Einsatz (30) in dem Gehäuse (26) vorgesehen ist, daß die Kanäle (68, 72) teilweise durch den Einsatz (30) geführt sind und sich zu einem Ende (70) des Einsatzes öffnen und daß die variable Verengungs- oder Drosseleinrichtung eine Nockenfläche (74) am Ventilglied (46) aufweist, welche gegen das Ende (70) des Einsatzes (30) anliegt.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (80) zum nachgiebigen Drängen des Ventilgliedes (46) gegen die Endfläche (70) des Einsatzes (30) vorgesehen ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (110, 112) zur hydraulischen Verbindung des Auslaßanschlusses (18, 36) mit dem Einlaßanschluß (14, 62) vorgesehen ist, wenn der Fluiddruck in dem Auslaßanschluß (36) größer ist als der Fluiddruck in dem Einlaßanschluß (62).

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (110, 112) ein Rückschlagventil (112) aufweist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittschaltmotor (88) an einem Ende des Ventilgliedes (46) und der Abtaster (94) am anderen Ende des Ventilgliedes angeschlossen sind.