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Einrichtung an Maschinen mit freifliegenden Kolben Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung an Maschinen mit freifliegenden Kolben zum Steuern von Hilfsvorrichtungen
in einem von der Umkehr der Kolbenbewegung abhängigen Zeitpunkt. Sie hat insbesondere
Bezug auf den Aitizeb von Brennstoffeinspritzpumpen, Zündapparaten u. dgl. bei Brennkraftverdichtern
mit freifliegenden Kolben, deren Hub veränderlich ist, kann aber sinngemäß auch
Anwendung finden bei der Steuerung von anderen Kolbemnas-chinen mit freifliegenden
Kolben, wie Dampfptunpen und -verdichtern, Brennkraftrammen <usw.
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Trotzdem bei solchen Maschinen der Kolbenhub z. B. je nach der Leistung
der Maschine veränderlich ist, muß das Einspritzen des Brennstoffes, das Zünden
des Verbrennungsgemisches -usw. 'bei jedem Kolbenhub in einem in bezug auf das veränderliche
Hubende festgelegten Zeitpunkt erfolgen.
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tisher hat man auf die Erfüllung dieser Forderung verzichtet und die
genannten Hilfsvorri.chtungen wie bei Maschinen mit festem Kolbenhub vom Kolben
aus unmittelbar über ein Gestänge angetrieben, wobei jeder Hubstellung des Kolbens
eine bestimmte Stellung der angetriebenen Glieder der Vorrichtung zugeordnet war.
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Gemäß der Erfindung soll die Erfüllung dieser Forderung dadurch ermöglicht
werden, daß die Hilfsvorrichtung von einem Druckmittel betätigt wird, dessen Zu-
und Abfluß zu bzw. von einem Raum, wo es auf die Hilfsvorrichtung einwirkt, in Abhängigkeit
von .der Geschwindigkeit des freifliegenden Kolbens gesteuert wird. Auf das. Steuerorgan
für den Zu- bzw. Abfluß des Druckmittels, das zur Betätigung der Vorrichtung dient,
kann ein weiteres Druckmitte einwirken, dessen Druck von der Geschwindigkeit des
freifliegenden. Kolbens abhängig gemacht -Wird. Das kann dadurch erreicht werden,
daß von dem Raum, wo das Druckmittel auf das Steuerorgan einwirkt, eine Drosselöffnung
ausgeht. Die
llensc des Druckmittels, die dann durch die Drosselöffnung
ausiliel.')t, wird von der G.esch«>indigkeit des Kolbens abhängig gemacht. Der freüliegende
Kolben kann die Pumpe zur Förderung des auf die Hilfseinrichtung einwirkenden Druckmittels
betätigen.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsheispiel der Erfindung dargestellt.
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Fig. i stellt im Längsschnitt eine Antriebseinrichtung für eine Breml.stolfeinspritzpumpe
bei einem Brennkraftverdichter mit freifliegenden Kolben dar.
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Fig. 2 bis 9 sind schematische Darstellungen der Wirkungsweise der
Antriebseinrichtung pack Fis. i.
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Über den im Gehäuse 2 dicht eingeschliffenen Zwischenkolbell3 wirkt
auf den Förderkolben i einer nicht weiter dargestellten Breilnstoffeinspritzpumpe
bekannter Bauart mit festem oder regelbarem Hub der Druck im Raum .L des Gehäuses
2 flach oben, während die Rückholfeder 5 ihn nach unten ztt verschieben sucht. Der
Hub des Zwischenkolbens ; und damit derjenige des Förderkolbens i ist nach oben
durch den Ails;hlag 6 und nach unten durch den Federring ; begrelizt. Im Gehäuse
2 ist Z,-chach.sig mit den Kolben i und 3 der Zylinder 8 eingegossen, iler mit seinen
beiden oitencil Luden in den Raum .1 mündet. In diesem Zylinder 8 ist der hohle
Steuerkolben 9 längs beweglich dicht eingepaßt. Der Boden io und der dicht eingeschraubte:
Deckel i i dieses Steuerkolbens werden mit dichten zylindrischen Gleitilächen durchdrungen
von der gleichachsigen Kolbenstange 12. Der mit dieser verbundene Kolben 13 teilt
das Innere des Steuerkolbens 9 in zwei Räume 14. und 15, die mit einer Druckflüssigkeit
gefüllt sind und durch zwei .enge Kanäle 16 miteinander in Verbindung stehen.
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Die Kolbenstange 12 ist an ihrem unteren Ende ain Schwinghebel i;
angelenkt, der am festen Drehpunkt i8 gelagert ist und dessen Ende i 9 .auf leicht
gezeichnete Weise mit dem Arbeitskolben des Brennkraftverdicht.ers .gekuppelt ist,
in dessen Verbrennungsraum der Brennstoff mittels der Einspritzpumpe kurz vor der
Umkehr der :%.rli.eitsl-zolbenbewegung einespritzt werden soll. Die Umkehrstellung
des, Arbeitskolbens ist nicht unveränderlich wie bei Kurbelwelleilbrennkraftmaschinen,
sondern hängt vom Betriebszustand der Maschine ab.
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Auf der Kolbenstange 12 sitzt ferner der Kolben 2o einer doppelt wirkenden
Pumpe 21, die eine Druckflüssigkeit, wie 01 oder Glycerin, aus dem Behälter
22 über die Saugventile 23 absaugt und über die Druckventile 2.1 in einen Raum 25
fördert, der die Kolbenstange i2 umschließt. An den Ringraum 25 schließt sich der
Ausgleichszylinder 26 an, in dem ein von einer Feder 2; belasteter Kolben 28 läuft
und den öl- bzw. Glycerindruck im Raum 25 beeinflußt. Ein ebenfalls federbelastetes
Überströmventil 29 gestattet beim Cberschreiten eines gegebenen Druckes im Raum
25 das Rückströmen von Druckflüssigkeit in den Behälter 22. Ein weiterer, die Kolbenstange
12 umgebender Flüssigkeitsraum 30 steht mit dem Behälter 22 in offener Verbindung.
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In der Kolbenstange 12 befinden sich zu-ei. Kanäle, von denen der
eine, 31, hei jeder Stellung der Stange vom Raum 25 ausgeht und dann, -wenn der
Kolben 13 in der :Mitte des Steuerkolbens 9' steht, in die L aufiläche von dessen
Deckel i i mündet. Der andere Kanal 32 mündet bei dieser gegenseitigen Stellung
des Kolbens 13 und des Steuerkolbens 9 in die Lauffläche von dessen Boden i o und
rnii seincnl unteren Ende bei jeder Stellung der Stank 1 2 in den Flüssigkeitsraum
3o.
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Im Diagramm Fig. 2 ist die Geschwindigkeit t, der Kolbenstange 12
in Abhängigkeit von ihrer Hubstellung s aufgetragen. Auf dem Hinweg A-D der Kolbenstange
ist die aus der Figur ersichtliche Geschwindigkeit nach oben, auf dem Rückweg D-A
nach unten gerichtet. Gemäß diesem Diagramm erfährt die Ii@#lbcnstangc 12 auf dem
Wege von =1 nach B c-ilie Beschleunigung; ihre Geschwindigkeit bleibt von B bis
C konstant, sinkt dann von C bis D auf O und nimmt hierauf bis C in umgelzehrter
Richtung wieder auf den gleichen Iliiclisti>etras wie beim Aufwärtsu-;.g zu. Von
di.esein Höchstbetrag fällt sie schließlich his zur erneuten Richtungsumkehr in
A wieder atif O ab. Der Hub der Kolbenstange 12 ist veränderlich mit dem Betriebszustand
des Brennkraftverdichters. Diese Veränderung der Hublänge betrifft aber lediglich
den Abschnitt B-C, der sich beispielsweise auf B-C verkürzen kann; der Hubabschnitt
C-D, währenddessen die Verzögerung und Wiederbe--chleunigung erfolgt, verschiebt
sich dann nach C'-D'.
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T#ig. 3 zeigt die Geschwindigkeit der Kollw1lstange 12 in Abhängigkeit
von der Zeit. Es ist daraus ersichtlich, daß die Kolbenstange für das Durchlaufen
des W(?;-es B-C bzw. B-C' infolge der dort Herrschenden IlöclistgeschEVindigheit
eine verhältnismäßig kleine Zeit benötigt, so daß der zeitliche Verlauf der Geschwindigkeit
von der :Milderung des Hubes nicht erheblich beeinflußt wird.
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Die in den Fig. i und 1. dargestellte Stellung der beweglichen Teile
ist diejenige bei der Bewegungsumkehr des Arbeitskolbens des Brennkraftverdichters
nach Beendigung seines Arbeitshubes. Im anschließenden Zeitabschnitt vollführt die
Kolbenstange 12 die Hub-und gelangt dabei in die in
Fig. 5 dargestellte
Stellung. Da auf den Steuerkolben 9 eine Widerstandskraft einivirl,:f, die aus dem
Staudruck der Druckllüssigkeit im Ratun 4, der Reibung und der Massenb.eschleunigungskraft
besteht, folgt der Steuerkolben 9 der Kolbenstange 12 auf diesem Teil ihres Aufwärtsweges
nicht vollkommen, sondern verdrängt Druckflüssigkeit aus dem Raiun 14 durch die
Kanäle 16 in den Raum 15 und bleibt deshalb gegenüber dem Kolben 13 zurück. Während
des Hubabschnittes B-C der Kolbenstange 12 kann infolge de: kurzen Zeit nur eine
unbeträchtliche Menge Druckflüssigkeit von 14 nach 15 gelangen, und die Bewegung
des Steuerkolbens 9 stimmt nahezu mit der des Kolbens 13 überein. Fig. 6 verdeutlicht
die Stellung der beweglichen Teile bei der Hubstellung C der I@olbenstang.e 12.
Im letzten Abschnitt C-D ihres Aufwärtshubes findet wieder ein stärkerer Durchfluß
durch die Kanäle 16 statt, so. daß. in der oberen Endstellung der Kolbenstange 12
der Steuerkolben 9, wie in Fig. 7 dargestellt, nach den Kolben 13 zu verschoben
ist und der Kanal 31 in den Raum ¢ mündet.
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Bei jeder Bewegung der Kolbenstange 12 pumpt die Pumpe2i Druckflüssigkeit
in den Raum 25; wenn diese sonst nicht abfließen kann, wird sie im Ausgleichszylinder
26 unter Verschiebung des Kolbens 28 gegen den Druck der Feder 27 aufgespeichert.
Wenn die atäfzuspeichernde Flüssigkeitsmenge im Zylinder 26 keinen Platz mehr findet,
so tritt der übeT-schuß durch das überströmventil29 aus.
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Sobald während der Hubperiode C-D die Mündung des Kanals 31 in den
Raum 4. vom Deckel ii des Steuerkolbens 9 freigegeben wird, fließt vom Zylinder
26 Flüssigkeit in den Raum 4 und bewirkt durch ihren Druck auf den Zwischenkolben
3, daß sich dieser bis zum Anschlag 6 aufwärts. verschiebt, den Förderkolben i der.
Einspritzpumpe betätigt und so die Einspritzung des Brennstoffes in den Verbrennungszylinder
des Brennkraftverdichters bewirkt.
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Beim Abwärtshub der Kalbenstange 12 fließt in, der Periode D-C, wo
die Geschwindigkeit der Kolbenstange gering ist, viel Flüssigkeit aus dem Raum 15
in den Raum 14 zurück, so, daß der Steuerkolben 9 verschoben wird und sein Deckel
i i die Mündung des Kanals 31 wieder verschließt. Im Raum 4 bleibt dann der hohe
Flüss.sigkeitsdruck bestehen und hält den Zwischenkolben 3 am Anschlag 6 fest. Während
die Kolbenstange 12 den Hubabschnitt C-B durchläuft, verschiebt sich eine beim Aufwärtshub
der Steuerkolben 9 nur wenig gegenüber, dem Kolben 13 und gelangt in die Stellung
gemäß Fig.9. Die Ausgangsstellung nach Fig. i und 4. wird bei verzögerter Geschwindigkeit
der Kolbenstange 12 in der Hubperiode B-A erreicht. Während dieser wird die Mündung
des Kanals 32 freigegeben, und die im Raum ¢ enthaltene Druckflüssigkeit entspannt
sich durch diesen in den Behälter 22. Dabei werden der Zwischenkolben 3 und der
Förderkolben i von der Feder 5 in ihre Ausgangslage am, Federring 7 zurückgeführt.
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Aus der geschilderten Wirkungsweise der Einrichtung geht hervor, daß
die Bewegung der Kolben i und 3 jeweils um den Zeitpunkt der Bewegungsumkehr der
Kolbenstange 12 infolge der damit verbundenen Verminderung der Geschwindigkeit erfolgt
und von der Länge des veränderlichen Hubabschnittes B-C der Kolbenstange nur unerheblich
beei;nflußt wind.
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Die Einrichtung könnte auch mit Mitteln zur Beeinflussung des auf
den Steuerkolben g wirkenden Bewegungswiderstandes versehen sein.