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öldrucksteuerung für die Einspritzung des Brennstoffes in Verpuffungskammern,
insbesondere von Brennkraftturbinen Die Steuerung der Einspritzung des Brennstoffes
in Verpuffungskammern, insbesondere von Brennkraftturbinen, hat einer Reihe von
Bedingungen zu genügen. Die Einspritzung muß zunächst innerhalb sehr kurzer Zeiträume
in einem durchaus gleichmäßigen Strom erfolgen, um in den kurzen Zeitspannen zwischen
Beginn der Einführung und Zündung des erzeugten Gemisches gleichmäßige Verteilung
des eingespritzten Brennstoffes in der Verbrennungsluft herbeiführen zu können.
Weiter muß das Auftreten von Schwingungen in der Brennstoffsäule vor den Einspritzorganen
unter allen Umständen vermieden werden.
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Schließlich ist eine einfache Einstellungsmöglichkeit der Einspritzungsgeschwindigkeit
zu gewährleisten.
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Diese Bedingungen werden am vollkommensten durch eine Öldrucksteuerung
erfüllt, bei der sowohl der Druck- wie der Saughub unter Wirkung des Öldruckes ausgeführt
und die je Hub geförderte Brennstoffmenge durch Begrenzung des wirksamen Hubes der
Pumpe bestimmt wird.
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Bei den bisher vorgeschlagenen Brennstoffpumpensteuerungen dieser
Art wurde ein doppeltwirkender Kolben verwandt, dessen eine Seite zur Ausführung
des Druckhubes mit einem Hochdruckölraum verbunden war, während die andere Seite
unter Wirkung eines Niederdruckölraumes stand; zur Ausführung des Saughubes wurde
dagegen die erste Seite unter die Wirkung des Niederdruckölraumes, die zweite Seite
unter die Wirkung des Hochdruckölraumes gesetzt. Es war daher j e ein Steuerorgan
in der Hochdruck- und in der iederdruckölleitung vorzusehen. Da es sich als praktisch
unmöglich herausstellte, diese beiden Steuerorgane so aufeinander abzustimmen, daß
in dem Maß, in dem das Hochdrucköl auf der einen Seite abgesperrt wurde, eine Zuführung
des Hochdrucköles auf der anderen Seite eintrat und weiter, N iederdrucköl auf der
einen Seite zugelassen, sein Zutritt auf der anderen Seite verhindert wurde, so
mußte zu einer zwischengeschalteten, völligen Entlastung der beiden Kolbenseiten
am Ende jedes Hubes gegriffen werden, indem nach Ausführung eines Hubes, bei dem
auf die Oberseite Hochdrucköl, auf die Unterseite Niederdrucköl wirkte, zunächst
die Oberseite mit der Niederdruckleitung verbunden wurde, bevor die Unterseite mit
der lIc-chdruckleitung in Verbindung zu setzen war. Es entstand also am Ende jedes
Hubes eine Pause, innerhalb deren der Kolben steuerlos war. .Außerdem bedingte diese
Steuerung
eine Reihe von Organen, deren Unterbringung Schwierigkeiten
bereitete.' Vorliegende Erfindung löst die Aufgabe einer Öldrucksteuerung für Brennstoffpumpen
uuter wesentlichster Vereinfachung und weitester Vervollkommnung der Genauigkeit,
indem nur ein einziges Steuerglied in der ÖI-druckleitung vorgesehen ist und jeglicher
steuerloser Zwischenzustand vermieden wird. Die Erfindung besteht darin, daß ein
doppeltwirkender Kolben nur auf der einen Seite an eine Ölsteuerung angeschlossen
ist, welche sie abwechselnd mit einem Öldruckspeicher und mit einem Ölablauf verbindet,
während die andere Seite stetig mit Öldruck beaufschlagt ist, und zwar sind die
Verhältnisse so gewählt, daß der Öldruck auf der gesteuerten Seite den Kolben gegen
den Öldruck auf der angesteuerten Seite vorzuschieben imstande ist, während bei
Verbindung der gesteuerten Seite mit dem Ölablauf der Druck auf der angesteuerten
Seite überwiegt und der Kolben zurückgezogen wird.
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Es ist zwar im Pumpenbau bekannt,.wie auch aus den vorherigen Ausführungen
hervorgeht. den Pumpenkolben nur durch Öldruck zu bewegen. In diesem Falle wirkt
jedoch auf beide Seiten des Pumpenkolbens nur Drucköl, das bezüglich seiner Zulassung
und Absperrung gesteuert ist; die Abstimmung der Steuerorgane bereitet dabei die
vorerwähnten Schwierigkeiten. Bei derartigen Öldrucksteuerungen hat man auch schon
die Kolbenrückführung durch Federn oder Ge-Nvichte herbeizuführen gesucht, deren
Wirkung ohne die in Betracht kommenden besonderen Verhältnisse mit der Wirkung eines
stetig zugelassenen, angesteuerten Öldruckes gleichgesetzt werden könnte. Es hat
sich je-
doch die überraschende Tatsache gezeigt, daß die Anordnung von Federn
zur Zurückführung des Kolbens zum Auftreten von Schwingungen in den Öl- und Brennstoffsäulen
führt, so daß derartige Pumpen außerordentlich unregelmäßig arbeiten. Die Schwingungserscheinungen
verschwanden erst, nachdem an Stelle der Spiralfedern zur Zurückführung des Pumpenkolbens
erfindungsgemäß ein stetig wirkender, ruhender Öldruck vorgesehen wurde. Nicht anders
zu bzurteilen wie die Zurückführung durch Federkräfte ist die Pumpenkolbenzurückführung
durch Belastungsgewichte, da diese infolge der besonderen Arbeitsweise der Brennstoffpumpen
zum Auftreten störender Massenkräfte führen: Insofern unterscheiden sich stoß-,veise
mit hoher Hubzahl arbeitende Brennstoffpumpen grundsätzlich von den Einrichtungen
des allgemeinen Pumpenbaues, bei denen erfahrungsgemäß die Rückführung der Kolben
unter Wirkung von Spiralfedern oder Belastungsgewichten keine Schwierigkeiten bereitet,
weil sie verhältnismäßig langsam und mit geringer Hubzahl betrieben werden.
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In weiterer Durchbildung des Erfindungsgedankens wird der Druckhub
der Brennstoffpumpe zweckmäßig durch Verbindung der gesteuerten Seite des Kolbens
mit dem Öldruckspeicher ausgeführt, während durch Verbindung der gesteuerten Seite
mit dem Ölablauf unter Wirkung des stetig wirkenden Öldruckes der Saughub des Kolbens
einsetzt. Um nun einen einheitlichen Öldruck zu verwenden, maß die vom dauernden
Öldruck beaufschlagte wirksame Kolbenfläche durch entsprechende Stufenausbildung
des Kolbens kleiner bemessen sein als die vom gesteuerten Öldruck beaufschlagte
Kolbenseite. Doch kann natürlich auch die vom gesteuerten Öl beaufschlagte Kolbenfläche
kleiner sein, wenn ein entsprechend größerer Öldruck verwendet wird gegenüber dem
auf der angesteuerten Seite ruhenden Öldruck.
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Eine derartig gesteuerte Brennstoffpumpe gestattet nun auch eine Veränderung
der je Hub geförderten Brennstoffmenge in einfachster und höchst betriebssicherer
Weise, indem man den Hub des Pumpenstempels entsprechend der gewünschten Brennstoffmenge
verändert. Eine Veränderung des Stempelhubes ist bei mechanisch angetriebenen Pumpen
mit großen Schwierigkeiten verknüpft, und deshalb haben solche Pumpen sich nicht
einführen können.
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Bei hydraulisch angetriebenen Pumpen der hier in Rede stehenden Art
ist dagegen die Veränderung des Stempelhubes leicht zu verwirklichen. Zu diesem
Zweck sind die Endlagen des Stempelhubes vorteilhaft durch Puffer an den Enden des
Antriebszylinders begrenzt, um die Kolbengeschwindigkeit stoßfrei zu vernichten;
und es kann durch Verschieben eines dieser Puffer in der Zylinderachse die Hublänge
geändert werden. Diese Verschiebung kann in einfachster Weise durch eine Schraube
erfolgen, welche an ihrem in den Antriebszylinder hineinragenden Ende eine Puffervorrichtung
trägt. Die Verstellung dieser Schraube kann entweder von Hand oder unter dem Einfluß
des Maschinenreglers geschehen. Die Verstellung einer solchen Schraube ist aber
durch den mit jedem Schraubenpaar verbundenen toten Gang, der sich mit steigender
Abnutzung vergrößert, ungenau. Es wird daher in weiterem Ausbau der Erfindung die
Verschiebung des einen Puffers bzw. des einen Stempelhubendpunktes durch 'einen
flüssigkeitsgesteuerten Haltekolben vorgenommen, der seinerseits wieder unter dem
Einfluß eines vom Maschinenregler oder von Hand beeinflußten Hilfsschiebers steht.
Auf diese Weise wird
die vom Maschinenregler oder von Hand vorzunehmende
Verstellkraft auf ein Mindestmaß herabgezogen.
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Eine weitere Möglichkeit, den Hub des Pumpenstempels zu verändern,
besteht darin, daß der Antriebskolben den Zufluß der ihn antreibenden Flüssigkeit
auf seinem Wege abschneidet, indem er die Zuflußöffnung überschleift und nach Aufhören
des Arbeitsmittelzuflusses zum Stillstand kommt, wobei der bis zum Überschleifen
zurückgelegte Hub durch Verlegen der Überschleiföffnung oder der sie überschleifenden
Steuerkante in der Bewegungsrichtung verändert wird. Das Verlegen der überschleiföffnung
oder der sie überschleifenden Steuerkante kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen.
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Bildet man z. B. die Zuflußöffnung als Schlitz im Zylinder aus und
die Steuerkante als Schraubenlinie auf dem Kolben, so wird durch Verdrehen des Kolbens
die Zuflußöffnung früher oder später, je nach der Drehrichtung des Kolbens, überschliffen
und damit der Kolbenhub verändert. Das gleiche würde eintreten, wenn man den Kolben,
der wieder eine schräge oder schraubenförmige Steuerkante trägt, bei seinem Hub
an der Drehung hindert, jedoch die Zylinderbüchse, in welcher er läuft und welche
die schlitzförmige Zuflußöffnung besitzt, drehbar ausführt. In diesen beiden Fällen
entspricht ein anderer Winkel, um den Kolben oder Büchse von einer bestimmten Anfangslage
aus gedreht wurde, einem anderen Kolbenhub und damit einer anderen geförderten Brennstoffmenge.
Die Verdrehung des Kolbens oder der Büchse kann durch irgendwelche bekannten Hilfsmittel
erfolgen, z. B. durch eine. Zahnstange, welche über ein Zahnrad und zwei Stehbolzen
ein am Kolben befestigtes Querhaupt oder welche ein an der Büchse befestigtes Zahnrad
und damit Kolben oder Büchse im gewünschten Sinne verdreht. Die Verdrehung kann
von Hand geschehen oder unter dein unmittelbaren Einfluß des Maschinenreglers oder
unter dem Einfluß eines hydraulischen Hilfszylinders stehen, dessen Hilfsflüssigkeit
ihren Druck unter dem Reglereinfluß ändert.
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Der Rückgang des Kolbens oder der Saughub der Brennstoffpumpe wird
durch den dauernd auf die eine, z. B. Ringfläche des Differentialkolbens wirkenden
Flüssigkeitsdruck bewirkt und erfolgt nach Öffnen des Abflusses durch den bekannten
Steuerschieber. Um sicheren Stillstand des Kolbens beim Druckhub nach Überschleifen
der Zuflußöffnung zu erreichen, kann eine andere Steuerkante, welche parallel läuft
zu der die Zuflußöffnung überschleifenden, eine Abflußöffnung im gleichen Augenblick
freigeben, wodurch der Druck unter der großen Kolbenfläche sofort so weit ermäßigt
wird, daß er dem auf die Ringfläche dauernd wirkenden Druck eben das Gleichgewicht
hält. Eine geringe Bewegung des Kolbens in der ursprünglichen Förderrichtung würde
sofort diese Abfiußöffnung noch weiter freigeben und den Druck unter dein Kolben
sofort ganz wegnehmen, wodurch der Druck im Ringraum das Übergewicht erhält. Damit
ist aber sofortiger Stillstand des Kolbens gewährleistet. In der beigefügten Zeichnung
stellt Abb. -i eine Ausführungsform einer Pumpensteuerung mit durch Öldruck gesteuertem
Pumpenkolben gemäß der Erfindung dar; Abb. 2 zeigt eine Einzelheit in vergrößertem
Maßstab; Abb. 3 zeigt einr Ausführungsform mit gesteuerter Rückflußkante, Abb.4
und 5 eine abgeänderte Ausführungsform derPumpensteuerung undRegelung; Abb. 6 zeigt
einen Schnitt nach Linie VI-VI der Abb. 4, Abb. 7 eine Abwicklung der Kolbenfläche
gemäß Abb. 5 mit schraubenförmiger Nut, Abb. 9 und 9 zwei verschiedene Stellungen
der schraubenförmigen Nut zu den Öffnungen im Zylinder.
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Gemäß der Ausführungsform der Abb. i treibt ein Elektromotor i zwei
Öldruckpumheii 2, 3, von denen die erstere einen etwas niedrigeren, die zweite einen
etwas höheren Öldruck erzeugt. N achstehend ist das von der Pumpe 2 geförderte Öl
als Drucköl, das von der Puinpe 3 geförderte Öl als Hochdrucköl bezeichnet. Der
Elektromotor treibt ferner einen öldruckschieber 4 bekannter Art an, dessen Inneres
über die Leitung 7 und dem Ölspeicher 5 mit der Druckölpumpe 2 in Verbindung steht;
der Außenraum des Schiebers steht mit dem ölabfluß in'Verbindung. Er ist in bekannter
Weise mit Kanälen versehen, derart, daß bei jeder Umdrehung eine angeschlossene
Steuerölleitung abwechselnd mit dem Druckölspeicher und mit dem Olabfluß in Verbindung
gesetzt wird.
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Die Brennstoffpumpe enthält einen Brennstoffpumpenkolben io, dessen
Pumpenraum in bekannter Weise durch Saug- und Druckventile mit der Brennstoffzuleitung
i i und der zum Einspritzventil führenden Druckleitung 12 in Verbindung steht. Der
Brennstoffpumpenkolben ist mit dem Öldruckstufenkolben 8, 9 verbunden, dessen Ringfläche
an die zum öldruckspeicher führende Leitung 7 und dessen untere Fläche an die Steuerölleitung
6 angeschlossen ist. Wenn, die untere Kolbenfläche mit Drucköl beaufschlagt wird,
überwiegt der Druck auf der Unterseite den Druck auf der kleineren Ringfläche; der
Kolben wird also nach oben gedrückt
und ein Druckhub ausgeführt.
Wird dagegen die untere Fläche mit dem Ölablauf verbunden, so überwiegt der Oldruck
auf die Ringfläche; der Kolben wird nach unten gezogen und dadurch ein Saughub ausgeführt.
Die Größe des Hubes und damit die Menge des je Hub geförderten Brennstoffes bestimmt
sich aus dem Erreichen der Anschläge an der Ringfläche und an der Unterfläche des
Kolbens, die durch Eindringen in kurze zylindrische Höhlungen gleichzeitig als Ölpuffer
wirken.
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Die Größe des Kolbenhubes wird nun in weiterem Ausbau der Erfindung
dadurch verändert, daß der untere Anschlag ioa mit Hilfe eines Oldruckkolbens verstellt
wird. Der Öldruckkolben iia ist, wie die vergrößerte Schnittdarstellung der Abb.
2 erkennen läßt, durch Kanäle sowohl mit der Hochdruckleitung 12a wie mit der ölabflußleitung
13 verbunden. Die Verbindung dieser Kanäle mit der Ober- und Unterseite des Kolbens
wird durch einen von Hand oder vom Maschinenregler verstellbaren Schieber 14 geregelt.
In der dargestellten Lage ist das Gleichgewicht vorhanden, da das oberhalb und unterhalb
des Kolbens eingeschlossene Öl sowohl vom Zufluß wie vom Abfluß des Öls abgesperrt
ist, also jeglicher Bewegung des Kolbens ein hydraulischer Widerstand entgegenwirkt.
Wird der Schieber 14 nach unten gezogen, so wird der Kanal 15 mit Kanal 16 und dadurch
mit der Ableitung 13 verbunden; die Unterseite des Kolbens wird also entlastet.
Gleichzeitig wird Kanal 16a mit Kanal 17 und dadurch mit der Hochdruckölleitung
i2a verbunden; die Oberseite des Kolbens erhält dadurch einen Antrieb, und der Kolben
bewegt sich so lange nach unten, bis wieder durch Abdeckung der Kanäle der Gleichgewichtszustand
erreicht und der Kolben hydraulisch gesperrt ist. Auf diese Weise wird durch den
völlig entlasteten Schieber mit einer kleinen Antriebskraft ein beliebig großer
Druck auf den Kolben ausgeübt und der Kolbenweg genau dem Wege des Schiebers angepaßt.
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In der Ausführungsform der Abb. 3 ist der gleichzeitige Antrieb dreier
Brennstoffpumpenkolben io, io, io durch einen gemeinsamen Stufenkolben 8, 9 dargestellt.
Der Ringraum ist wiederum durch Leitung 7 ständig mit dem Öldruckspeicher verbunden;
die Unterseite des Kolbens wird abwechselnd durch die Steuerölleitung 6 mit dem
Öldruckspeicher und mit dem Ölabfluß verbunden, und zwar geschieht die Verbindung
durch den Schlitz 25 in der Zylinderwand und eine Nut 18 und Löcher 24 im Kolben,
die in einen nach unten offenen Hohlraum des Kolbens führen. In der in Abb.3 gezeichneten
Stellung wird der Kolben durch den auf den Ringraum wirkenden Öldruck in seiner
unteren Stellung gehalten. Sobald durch entsprechende Drehung des Schiebers 4 die
Ölsteuerleitung 6 über Kanäle 24 die Unterseite des Kolbens mit dem Öldruckspeicher
verbindet, bewegt sich der Kolben aufwärts und führt einen Druckhub aus. Dieser
Druckhub wird aber unterbrochen, sobald die Unterkante der schraubenförmigen Nut
18 das obere Ende des Zuflußschlitzes 25 überschleift und damit den Zufluß des Drucköls
abschneidet. Gleichzeitig erreicht dabei die Oberkante der Schraubennut .18 die
Bohrung 26, welche zur Olabflußleitung führt. Wenn also nach Unterbrechung der Weiterbewegung
des Kolbens 9 bei einem Druckhub das durchtretende Lecköl den Kolben 9 doch noch
ganz langsam aufwärts bewegen wollte, so würde durch die frei werdende Bohrung 26
der Druck unter dem Kolben 9 so weit entlastet werden, daß ein Gleichgewichtszustand
zwischen der vom Drucköl auf den Kolben 9 nach aufwärts ausgeübten Kraft mit den
auf den Kolben nach unten wirkenden Kräften eintritt. Um nun den wirksamen Hub verstellen
zu können, ist der Zylinder ig, in dein sich der Kolben bewegt, gegen den Kolben
verdrehbar. Die Wirkung einer Drehung ist aus den Abb. 7, 8 und 9 erkennbar, die
die Lage der Öffnungen 25, 26 zu der abgewickelten schraubenförmigen Nut 18 zeigen.
In der einen Stellung (Abb.8) ist noch ein Abstand x zwischen der Unterkante der
Nut 18 und der Abflußkante des Steuerölschlitzes 25 vorhanden; derselbe Abstand
besteht auch zwischen der Oberkante der Nut und der Öffnungskante der Abflußbohrung
26. In der Lage der Teile gemäß Abb. 9, die durch Verdrehung des Zylinders gegen
den Kolben entstanden ist, haben sich diese Abstände auf x' vermindert. Der wirksame
Kolbenhub ist also um den Unterschied zwischen x-x' kleiner geworden.
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Die Verdrehung des Zylinders gegen den Kolben wird gemäß Abb. 3 dadurch
vorgenommen, daß der Zylinder mit einem Zahnkranz versehen ist, in den, eine
Zahnstange 2o eingreift. Der Kolben ist an einer Verdrehung durch Verkeilung mit
dem Querhaupt, das die drei. Brennstoffpumpenkolben trägt, behindert. In der Ausführungsform
der Abb. 4 ist der Zylinder unverdrehbar, der Kolben dagegen mit einer Scheibe 21
verkeilt, die sich schließend an zwei Bolzen 27 führt. Diese Bolzen sind mit einem
Zahnkranz 22 verbunden, in den eine Zahnstange 23 eingreift. Durch Verdrehung des
Zahnkranzes 22 wird der Kolben über die Stifte 27 und die Scheibe 21 mit verdreht
und dadurch die
Lage der Nut 18 gegenüber den Öffnungen
25, 26 im Zylinder geändert.