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Vorrichtung zum Steuern der Zufuhr des Kraftstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich ,auf eine Steuervorrichtung für die Kraftstoffzufuhr
zu einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zu einem Stranlmotor, einer Gasturbine
od. dgl. mit einem von Hand betätigten Drosselglied. Sie hat eine Verbesserung der
Steuervorrichtung zum Gegenstand, die eine überschnelle Vergrößerung der Kraftstoffzufuhr
als Folge einer hastigen Betätigung des Drosselgliedes verhindert.
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Erfindungsgemäß wird das Drosselglied von einer hydraulischen Servosteuerung
betätigt und seine Bewegung durch in dieser Servosteuerung angeordnete Ventile beeinflußt.
Eines dieser Ventile ist von Hand zu betätigen und beeinflußt die Größe der Drosselbewegung,
ein anderes Ventil wird teils in Abhängigkeit von der Bewegung der Servosteuerung,
teils vom Flüssigkeitsdruck betätigt und steuert die Geschwindigkeit der Drosselbewegung.
In der Zeichnung ist Fig. i ein Längsschnitt einer Steuervorrichtung nach der Erfindung,
Fig.2 ein Längsschnitt einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung.
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Fig. i zeigt in ihrem linken Teil die Steuervorrichtung nach der Erfindung.
Sie arbeitet in Verbindung mit einer bekannten Ausführungsform einer Kraftstofförderpumpe,
die eine Vorrichtung zur Steuerung der Förderleistung besitzt. Die Pumpe besteht
aus dem in einem Gehäuse b drehbaren Rotationskörper a mit in zylindrischen Bohrungen
hin und her gehenden Kolben c, die mit einer in ihrer Winkelstellung verstellbaren
Treibplatte
d zusammenwirken. Der Kraftstoff tritt in die Pumpe
durch die Leitung e ein und durch die Leitung f aus. Die Treibplatte ist in ihrer
Winkelstellung durch eine Servosteuerung verstellbar, die aus einem durch eine Feder
i belasteten Kolben g, der in einem Zylinder 1t läuft, besteht. Die beiden Zylinderhälften
stehen miteinander über eine enge Öffnung j in Verbindung. Die Kraftstoffflüssigkeit
gelangt aus der Leitung f in den Zylinder und aus diesem über eine Leitung
k zu einem Durchlaß in,
der von einer Ventilklappe zt beherrscht ist.
Bei geschlossenem Ventil wirkt die Flüssigkeit gleichmäßig auf beide Seiten des
Kolbens g, und die Feder i bewegt ihn nach rechts. Dadurch vergrößert sich die Schiefstellung
der Treibplatte, und die Pumpe gibt ihre maximale Förderleistung ab. Wird das Ventil
it geöffnet, so überwiegt der Flüssigkeitsdruck auf der rechten Kolbenseite g und
drückt ihn nach links gegen die Wirkung der Feder i, so daß sich die Schiefstellung
der Treibplatte und die Förderung verringern.
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Durchlaß in und Ventilklappe n sitzen in einem Gehäuse o, das durch
eine nachgiebige Membran p in zwei Kammern geteilt ist. An der Membran ist ein Hebel
q befestigt; der die Ventilklappe n trägt, durch eine Feder r belastet und dem Druck
der Flüssigkeit in dem Rohr f über einen Kolben s ausgesetzt ist.
Die Außenluft hat Zutritt zur linken Kammer durch das Rohr t, und der Luftdruck
wirkt über die Barometerkapsel u ebenfalls auf den Hebel q. Luftdruck und Flüssigkeitsdruck-
in dem Rohr f wirken über das Ventil zt, also automatisch auf die Pumpenförderleistung.
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Außerdem wird die Pumpe von der Drehgeschwindigkeit des Körpers a
beeinflußt, der mittels radialer Bohrungen v, die von dem Zuflußrohr e gespeist
werden, als Zentrifugalpumpe wirken kann, so daß die Flüssigkeit mit einem von der
Drehzahl des Körpers a abhängigen Druck in das Gehäuse b gedrückt wird. In dem Gehäuse
befindet sich noch eine Kammer w, die mit der Abflußleitung x in Verbindung steht.
Eine Seite der Kammer ist durch eine nachgiebige Membran y begrenzt, die durch eine
Feder z belastet ist und Übereinen Stempel 3 auf einen Hebel q. wirkt. Der Hebel
trägt eine Ventilklappe 5 für einen Durchlaß 6, der mit dem Servozylinder h in Verbindung
steht. Gberschreitet der Flüssigkeitsdruck auf die Membran y einen vorgegebenen
Wert, so öffnet sich das Ventil 5, aus dem Zylinder h kann Flüssigkeit abströmen,
und der Überdruck auf der rechten Kolbenseite g bewegt diesen nach links, und die
Pumpenförderung verringert sich.
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Die Pumpe und ihre Steuervorrichtung sind bekannt und nur als Beispiel
für eine Anordnung beschrieben, in Verbindung mit der die vorliegende Erfindung
angewendet werden kann. Bei der Ausführungsforrn nach Fig. i (linke Seite). steht
ein Gehäuse über eine Zuflußleitung 8 mit der Pumpe und über eine Förderleitung
9 mit einem Mitteldurchlaß io mit einem Motor in Verbindung. In dem Durchlaß io
ist ein axial verstellbaresDrosselglied i i angeordnet, dessen eines Ende konisch
oder in anderer Weise verjüngt ist, so daß sich der wirksame Ou°rschnitt des Durchlasses
io mit der Bewegung ändert, während sein anderes Ende einen Kolben 12 bildet oder
mit einem solchen verbunden ist. Dieser Kolben bewegt sich in der Zylinderkammer
13 des Gehäuses 7 und ist auf der von der Drossel abgewandten Seite durch zwei Federn
1:1, 15 belastet. Die Feder 14 stützt sich auf einer Schulter der Kammer 13 ab.
Die Feder 15 überträgt die Kolbenbewegung auf ein Ventilglied 16.
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Die Zylinderkammer 13 geht in eine Kammer 17 über, die auf einer Seite
durch eine Membran eines Paars nachgiebiger, koaxialer und miteinander verbundener
Membranen 18, i9 mit verschieden großer wirksamer Fläche begrenzt ist. Diese Membranen
sind durch eine weitere Feder 2o belastet und werden durch einen Ring 24 im Abstand
voneinander gehalten. Eine Leitung 21 verbindet den Raum zwischen den Membranen
mit dem Luftdruck oder einem anderen Vergleichsdruck im zuvor beschriebenen Gehäuse
o. Eine Kammer 22 über der Membran i9 erhält über die Leitung x Flüssigkeit mit
einem von der Drehzahl des Motors abhängigen Druck zugeführt.
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In der Kammer 17 ist ein Rohr 25 angeordnet, das in eine Öffnung 26
ausläuft, die normalerweise durch ein an der Membran i8 angeordnetes Ventilglied
16 verschlossen ist. Die Feder 15 überträgt die Bewegung des Kolbens 12 auf diese
Membran und auf das Ventil über ein Schubstück 27, das um das Rohr 25 herumgekröpft
ist. Dieses Rohr steht über einen Kanal 28 des Gehäuses 7 mit dem Teil der Zylinderkammer
13 unterhalb des Kolbens 12 in Verbindung, der gleichzeitig über eine verengte Öffnung
29 mit der Kraftstoffzuleitung 8 Verbindung hat. Weiter besitzen Drosselkörper i
i und Kolben 12 eine axiale Bohrung, in der ein Ventilstift 30 gleitet, welcher
die Öffnungen 31 des Drosselkörpers i i beeinflußt. Über diese Öffnungen und die
Bohrung können die beiden Teile der Zylinderkammer 13 miteinander in Verbindung
treten. Das andere Ende des Ventilstiftes 30 führt durch die Gehäusewand
nach außen und ist zur Befestigung einer geeigneten Betätigungsvorrichtung eingerichtet.
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Zur Erklärung der Wirkungsweise der Anordnung sei von einem beliebigen,
beständigen Zustand ausgegangen: Das Ventil 16 ist geschlossen und der Ventilstift
30 in Offenstellung. Dann kann die Flüssigkeit über die Bohrungen 31 durch
den Kolben 12 und die Leitung 32 in einem Sumpf oder in die Zuflußleitung e der
Pumpe strömen. Um die Förderleistung zu steigern, bewegt der Maschinist den Ventilstift
30 um einen bestimmten Betrag mit der Wirkung, daß die Öffnungen 31 abgeschlossen
werden. Der auf den Kolben 12 wirkende Flüssigkeitsdruck steigt dadurch und bewirkt,
daß der Durchlaßquerschnitt der Drossel io größer wird. Diese Vergrößerung ist jedoch
(mindestens zum Teil) beschränkt, dadurch, daß sich das Ventil 16 unter der Wirkung
der Feder 14, die gegen den auf den Membranen 18, i9 lastenden Druck arbeitet, öffnet.
Sollte aber mit der steigenden Motordrehzahl
der Flüssigkeitsdruck
so stark anwachsen, daß das Ventil 16 geschlossen bleibt, so bewegt sich das Drosselglied
weiter, bis die ÖffnungeTT 31 durch die Relativbewegung gegenüber dem Ventilstift
3o wieder frei «-erden. Es ergibt sich also, daß die Geschwindigkeit, mit der die
Durchlaßöffnung des Drosselgliedes wächst, nur von der Geschwindigkeit abhängt,
mit der sich der Kolben 12 bewegt, unabhängig davon, wie schnell der Maschinist
den Ventilstift 3o aus einer Stellung in die andere bewegt. Das Ausmaß der Bewegung
hingegen wird durch den Ventilstift 30 gesteuert.
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Die Abwandlung nach Fig. 2 ist im wesentlichen der beschriebenen Anordnung
ähnlich und unterscheidet sich von ihr in gewissen Einzelheiten. An einem Ende des
Gehäusekörpers 7 ist wieder die Zylinderkammer 13 mit dem Steuerkolben 12 und der
Druckfeder 14 angeoreet. Von dein Kolben erstreckt sich das Drosselglied i i durch
den Durchlaß io zwischen dem Kraftstoffeinlaß 8 und -auslaß g. Der Einlaß 8 steht
mit der einen Seite der Kammer 13 in Verbindung, und Flüssigkeit kann außerdem in
die andere Seite durch eine enge Offnung 2g des Kolbens eintreten. Das Drosselglied
setzt sich in einem Stempel 34 fort. Durch Kolben, Drosselglied und einen Teil des
Stempels läuft eine axiale Bohrung bis zu Öffnungen 31. Der von Hand zu betätigende
Ventilstift 3o verschließt den Einlaß zu dieser Bohrung. Das freie Stempelende ist
mit einer Membran 18 über eine Zugfeder 35 verbunden. Die beiden Membranen 18, i9
(von verschieden großer wirksamer Fläche) sind miteinander durch ein Zwischenstück
24 verbunden. Die Membran ig trägt ein .gekröpftes Jochstück 27 mit dem normalerweise
offenen Ventilkörper 16 und ist schließlich mit dem Gehäuse über eine Zugfeder 36
verbunden. Der Ventilkörper wirkt mit der Öffnung 26 einer Röhre 25 zusammen, die
sich zwischen den beiden Seitenteilen des Jochstückes 27 erstreckt und über einen
Kanal 28 des Gehäuses mit den Öffnungen 31 in Verbindung steht. Falls gewünscht,
kann der Kanal 28 weiter durch ein normalerweise offenes Ventil 37 beeinflußt werden,
das in Abhängigkeit von z. B. dem Abgasdruck dem Kompressionsdruck oder der Temperatur
der Gase durch geeignete Mittel betätigt wird. Im Beispiel enthalten diese Mittel
eine @-Iagnetwicklung 38, die über einen Stromkreis mit einem Temperaturfühler in
einem Bereich hoher Temperatur der Maschine verbunden ist.
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Von der Pumpe wird Flüssigkeit, die unter einem von der Geschwindigkeit
der Pumpenbewegung abhängigen Druck steht, durch eine bei x angeschlossene Leitung
zugeführt und wirkt auf die Membran 18. Der Raum oberhalb der Membran ig steht über
eine bei 32 angeschlossene Leitung mit einem Sumpf oder der Pumpenzuleitung in Verbindung.
Atmosphärischer oder anderer Druck wirkt -in dem Raum zwischen den beiden Membranen
(Zuleitung 21).
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Im Zustand gleichmäßiger
Arbeitsweise der Pumpe ist das Ventil 16 offen (ebenso das Ventil 37, falls vorgesehen)
und das Ventil 30 geschlossen. Um die Förderleistung zu erhöhen, bewegt der
Maschinist den Ventilstift 3o um einen gewissen Betrag in Offenstellung. Dadurch
kann Flüssigkeit aus dem unteren Teil des Zylinders 13 durch die Öffnungen 31 und
über das Ventil 16 nach dem Auslaß 32 abfließen. Der Kolben 12 bewegt sich unter
dem Flüssigkeitsdruck auf seine Oberseite gegen die Feder 14, und die Drosselöffnung
vergrößert sich. Als Folge dieser Bewegung versucht die Feder 35 das Ventil 16 gegen
den Druck, der auf die :Membranen 18, ig wirkt, zu schließen und die weitere Bewegung
des Kolbens zu verhindern. Wenn aber der von der Bewegungsgeschwindigkeit der Pumpe
abhängige Druck schnell genug wächst, um das Schließen des Ventils 16 zu verhindern,
bewegt sich der Kolben weiter, bis er auf dem Ventilstift 3o aufsitzt. Dadurch wird
der Abfluß durch die Öffnungen 31 unterbrochen. Wie schon im ersten Beispiel beschrieben,
ist also die Geschwindigkeit der Drosselbewegung unabhängig von der Geschwindigkeit,
mit der der Ventilstift 3o verstellt wird, und nur das Ausmaß der Drosselbewegung
durch den Ventilstift bestimmt.
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Die Erfindung ist nicht auf .diese beiden Ausführungsformen beschränkt;
Einzelheiten der Konstruktion oder Anordnung können für bestimmte Anwendungszwecke
abgewandelt werden. Zum Beispiel kann überall dort, wo in der Beschreibung der Ausdruck
Membran benutzt wird, ein in einer zylindrischen Kammer verstellbarer Kolben verwendet
werden.