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Steuervorrichtung für Brennstoff-Einspritzpumpen mit rotierendem Verteiler
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für Brennstoff-Einspritzpumpen
mit rotierendem Verteiler und hat verschiedene Verbesserungen zum Gegenstand, die
einzeln oder im Zusammenhang miteinander angewendet werden können.
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Es sind bereits Vorrichtungen zur hydraulischen Regulierung der Brennstoffzufuhr
bei Einspritzbrennkraftmaschinen bekannt, bei denen in die zur Einspritzdüse führende
Druckleitung ein Glied eingeschaltet ist, welches anspricht, wenn sich das Druckgefälle
in dieser Druckleitung ändert. Es werden für die Regelung nur die relativ geringen
Änderungen des Flüssigkeitsdruckes bzw. der Flüssigkeitsmenge in der Druckleitung
herangezogen, was die technische Durchführbarkeit der Einrichtung erschwert, weil
die zur Verfügung stehenden Flüssigkeitsmengen zu gering sind. Außerdem läßt sich
mit den bekannten Einrichtungen keine genaue Anpassung der Einspritzung an die Betriebsverhältnisse
erzielen. Es mußten besondere Regelglieder für die Einspritzung und außerdem für
die hydraulische Regulierung verwendet werden.
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Demgegenüber wird nach der Erfindung ein die Einspritzung regulierender
Verteiler. (Drehschieber) gleichzeitig als Steuerglied für die hydraulische Regelung
der Brennstoffzufuhr benutzt.
Weiter wird erfindungsgemäß ein Teil
der über den Einspritzbedarf hinausgehenden geförderten Brennstoffmenge herangezogen,
um den Drehschieber entgegen einem Widerstand; beispielsweise einer Federkraft,
entsprechend dem gewünschten Leistungsstand der Maschine einzustellen. Der abzuzweigende
Teil des Brennstoffes wird zweckmäßig vor der Einspritzung weggenommen, d: h. in
die Druckleitung gelangt jeweils nur die der Einspritzmenge entsprechende Brennstoffmenge.
Für die Regelung kann daher eine große Brennstoffmenge herangezogen werden, so daß
sich auch hohe Regelkräfte und eine ganz genaue Anpassung der Einspritzmenge an
den Leistungsstand der Maschine erzielen lassen. Zur praktischen Durchführung ist
zwischen dem zum Zwecke der Regulierung längs verschiebbarenDrehschieber und dessen
Führung ein Druckraum gebildet, der, mit Brennstoff gefüllt, mit den Arbeitsräumen
der Pumpenkolben zeitweise derart in Verbindung gebracht wird, daß sich der dort
herrschende Druck auf den als Kolben wirkenden Drehschieber auswirken und diesen
zum Zwecke der Regulierung in seiner Führung verschieben kann. Der Abfluß des Druckraumes
ist durch eine Drosselöffnung gebildet. Vorzugsweise trägt der Drehschieber auf
seinem Umfang eine Steuernase; neben der eine zusätzliche Kammer vorgesehen ist,
die beim Arbeiten des Schiebers mit den Arbeitsräumen der Pumpenkolben in Verbindung
gebracht wird und andererseits mit der vor dem Drehschieber liegenden Druckkammer
derart verbunden ist, daß sich der in den Arbeitsräumen herrschende Druck über die
beiden Kammern und den längs verschiebbaren Drehschieber auf das Reguliergetriebe
auswirken kann.
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Zweckmäßigerweise können mehrere zu einer Einheit zusammengefaßte
Einspritzpumpen einem gemeinsamen Drehschieber zugeordnet sein, beispielsweise in
Stern- oder in Trommelform, wobei der Drehschieber in der Stern- bzw. der Trommelachse
angeordnet ist.
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Um nun über die automatische Regelung hinaus noch eine Drehmomentsteigerung
zu erreichen, die den Motor befähigt, auch bei stark abfallenden Drehzahlen noch
eine genügend große Leistung aufzubringen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
dem die Fördermenge regulierenden Drehschieber von vornherein eine der gewünschten
Drehmomentsteigerung entsprechende maximale Einstellung zu geben, während der bei
Erreichung der normalen Drehzahlen ansteigende Brennstoffdruck vor dem Drehschieber
nutzbar gemacht wird, um diesen in die der Normaldrehzahl entsprechende Arbeitsstellung
zurückzuführen. Zur praktischen Durchführung ist der Drehschieber mit einer maximalen
Voreinstellmöglichkeit ausgestattet und gleichzeitig als Steuerorgan ausgebildet,
welches den Abfluß des Brennstoffes aus dem vor dem Drehschieber vorgesehenen Druckrauen
reguliert. In den Brennstoffabfluß dieses Druckraumes ist ein Ventil eingesetzt,
welches vom Drehschieber in der Weise gesteuert wird, daß der Drehschieber beim
Wiederansteigen der Drehzahl durch das Anwachsen des Brennstoffdruckes in seine
Normalstellung zurückgedrückt und das Ventil für den ungehinderten Brennstoffabfluß
geöffnet wird.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung, die noch andere
konkrete Ausführungsmöglichkeiten, sei es in Einzelheiten oder sei es im ganzen,
zuläßt. Es zeigt Fig. i im Längsschnitt eine Einspritzpumpe für flüssigen Brennstoff,
die alle wesentlichen Teile erkennen läßt, Fig. 2 einen Schnitt in größerem Maßstabe
durch die wesentlichen Teile der Reguliervorrichtung, Fig. 3 eine Draufsicht auf
den zur Anwendung gelangenden Verteiler (Drehschieber) in größerem Mäßstabe, Fig.
q. einen Schnitt nach der Linie A-13 der Fig. 2, Fig. 5, 6, 7, 8 und g Einzelheiten
von Abänderungen, die eine Steigerung des Drehmomentes gestatten, im Längsschnitt.
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In dem unteren Teil des Gehäuses i sitzt auf einer vom Motor in Umdrehung
versetzten Achse :2 die Taumelscheibe 3, die über einen Zwischenring 3a die mit
kugeligen Enden ausgestatteten Stößelq. antreibt: Die Stößel q. steuern die Pumpenkolben
6, die unter der Wirkung von Druckfedern 5 stehen. Die Stempe16 arbeiten in zylindrischenKammern7,
die der Zylinderanzahl des Motors entsprechen und zentrisch um die Achse des Taumelscheibenantriebes
bzw. um den in der Drehschieberbuchse 8 arbeitenden Drehschieber g herum angeordnet
sind.
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Der Drehschieber 9 geht in einen Teil ga über, der mit einem abgeflachten
Wellenteil i i unter Zwischenschaltung eines Gelenkes io verbunden ist. Der abgeflachte
Teil i i führt sich im Innern der Taumelscheibenachse 2 mit Hilfe eines Hohlzapfens
i ia und arbeitet mit einem entsprechend ausgebildeten, auf der Achse 2 sitzenden
Anschlagteil 12 zusammen. Die Anschläge i i lind 12 begrenzen durch ihre Länge den
Rückwärtshub des axial verschiebbaren Drehschiebers g und bilden gleichzeitig die
Kupplung der Teile 2 und g im Sinne des Drehschieberumlaufes.
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Auf dem Wellenteil i i sitzt weiterhin ein Bund 13, in welchem ein
am Gehäuse i auf der Achse 36 gelagerter Steuerhebel 14. mit seinem Ende 15 einfaßt.
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Wie Fig. 2 erkennen läßt, sitzt die Drehschieberbuchse 8 mit ihrem
Sitz öldicht eingeschliffen in einer entsprechenden kegeligen Paßfläche 17, die
einen Teil mit der Brennstoffkammer 18 bildet. Durch einen mit einer Bohrung iga
versehenen Deckel ig ist die Buchse 8 abgeschlossen. Eine unter der Kappe 20 sitzende
Druckfeder 21 ist bestrebt, die Buchse 8 nach Art eines Kegelventils mit ihrem Teil
16 in den Kegelsitz 17 einzudrücken, so daß die Buchse flüssigkeitsdicht eingesetzt
ist. Sie nimmt an der Drehung des Drehschiebers 9 nicht teil.
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Die Brennstoffzuleitung erfolgt durch einen Kanal 22 hindurch, der
die nicht dargestellte Brennstoffzubringerpumpe über den Filter 55 mit der die
Drehschieherbuchse
8 umgebenden Kammer 18 verbindet. Andererseits sind die Arbeitszylinder 7 der Pumpenkolben
6 über Verbindungskanäle 23 mit der Kammer 18 verbunden. Die Drehschieberbuchse
besitzt in Höhe des Kegelsitzes 16 Durchtrittskanäle 24, die sich mit den Durchbohrungen
23 decken. Gleichzeitig weist die Buchse 8 Durchlässe 25 auf, die den Übertritt
des Brennstoffes aus der Kammer 18 nach einer durch eine entsprechende Formgebung
des Drehschiebers 9 im Innern der Buchse 8 gebildeten Kammer 26 gestatten. Befindet
sich der Pumpenkolben 6 in seiner hinteren Endstellung, so kann bei entsprechender
Stellung des Drehschiebers 9 der von der Zuleitung 22 kommende Kraftstoff die Räume
18, 26, 24, 23 und 7 ausfüllen. Die Arbeitsräume 7 sind nach vorn hin durch die
Druckventile 56 bzw. die Zuleitungen nach den Eins pri ;tzdüsen abgeschlossen.
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Der Drehschieber 9 besitzt an seinen Enden kolbenartig wirkende Teile
27, die je mit einer ö1-nUt 28 versehen sind und sich dicht im Innern der Buchse
8 führen. Auf seinem Umfang trägt der Drehschieber 9 die Steuernase 29, welche in
ein verbreitertes Fußstück 30 übergeht. Die Steuernase 29 wird auf der, in
Drehrichtung gesehen, vorn liegenden Seite geradlinig begrenzt, um einen konstanten
Einspritzbeginn zu erreichen und steigt auf ihrer rückwärtigen Seite in Richtung
der Drehschieberlängsachse keilartig an. Vor der Steuernase 29 ist auf dem Umfang
des Drehschiebers 9 außerdem eine Zwischenkammer 31 gebildet, die die aus Fig. 3
und 4 ersichtliche Gestalt aufweist und durch die Begrenzungsrippen 32 in ihrem
Umfang begrenzt wird. Diese Rippen 32 sind schwächer als der Bohrungsdurchmesser
24, so daß keine zweite Einspritzung erfolgen kann.
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In seinem Innern weist der Drehschieber 9 eine Längsbohrung 33 auf,
die über eine Querbohrung 34 die Zwischenkammer 31 mit einer vor dem Drehschieber
9 gebildeten Druckkammer 35 im Innern der Drehschieberbuchse 8 verbindet. Gegebenenfalls
kann auch die Bohrung iga in den Drehschieber 9 verlegt sein, wie dies gestrichelt
in Fig.4 angedeutet ist.
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Für die Längsverschiebung des Drehschiebers 9 ist ein Reguliergestänge
vorgesehen. Dieses besteht im wesentlichen aus dem Doppelhebel 14, 15, der an seinem
freien Ende gelenkig mit einem Führungsstößel37 verbunden ist (Fig.2). Der Stößel
37
führt sich in einer Führungshülse 40, die in eine im Gehäuseteil
38, 39 längs verschiebbar gelagerte Buchse 41 eingesetzt ist. Der Stößel
37 und die Buchse 41 tragen eine Druckplatte 42 bzw. 43 für Druckfedern 44 bzw.
45. Durch einen am Gehäuse gelagerten Stellhebel 46, der mit seinem vorderen Ende
47 auf dem aus seiner Führung herausragenden Ende der Buchse 41 aufliegt, kann die
Buchse 41 entgegen der Wirkung der Feder 45 bzw. 44 axial verschoben werden.
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Die schwächere Feder 44 stützt sich gegen die stärkere Feder 45 unter
Zwischenschaltung einer Federbuchse 48 ab. Die Federbuchse 48 ist auf ihrer Außenseite
mit Gewinde versehen, auf welches ein verstellbarer Bund 49 aufgedreht' ist. Andererseits
führt sich die Buchse 48 mit einem Führungsteil 5o auf dem zylindrischen Ende der
Hülse 40. Die letztere ist an ihrem vorderen Ende durch einen Bund 51 begrenzt,
der unter Zwischenschaltung einer Druckplatte 52 das Herabrutschen der Federbuchse
48 von der Führung 40 verhindert. Die Druckfeder 44 sitzt zwischen den Druckplatten
42 und 52 und wird teilweise von der nach Art eines Topfes ausgebildeten Federbuchse
48 umgeben. Die Platte ist in ihrem Durchmesser so groß gehalten, daß sie sich bei
genügend weit zusammengedrückter Feder 44 auf den Rand der Federbuchse 48 auflegt.
Die vorderste Stellung des Drehschiebers 9 wird durch einen Anschlaghebel 6o festgelegt
(Anfangsstellung für Regelbereich b in Fig.3). Soll dagegen beim Anfahren der Drehschieber
9 in die Anlaßstellung c gebracht werden, so kann durch einen Bowdenzug der Anschlag
61 für den Hebel 62 zurückgenommen werden, so daß unter Einwirkung der Feder 44
und 45 der Anschlaghebel 6o in eine weiter rückwärts liegende Endstellung gebracht
wird. Der Hebel 14, 15 kann nunmehr den Drehschieber 9 in die Anlaßstellung rücken.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Die Brennstoffzubringerpumpe
fördert mit einem Überdruck von i Atm. den Brennstoff durch die Zuleitung 22 und
füllt die Kammern 18, 26 und 7 mit Kraftstoff. Bei Drehung der Taumelscheibe werden
die Pumpenkolben 6 in den Zylindern 7 hin und her bewegt, und gleichzeitig erfolgt
die Drehung des Drehschiebers 9. Die Steuernase 29 des Drehschiebers deckt dabei
nacheinander die den einzelnen Zylindern zugeordneten Kanäle 24 in der Drehschieberbuchse
ab. Im Augenblick der Überdeckung erfolgt beim weiteren Hub des Iyumpenkolbens in
bekannter Weise die Einspritzung des Brennstoffes, wobei je nach der axialen Einstellung
des Drehschiebers in der Buchse 8 ein mehr oder weniger breiter Teil der Steuernase
29 die Bohrung 24 überdeckt. Die Einspritzzeit und damit die Einspritzmenge sind
demzufolge je nach der Drehschieberstellung verschieden groß. Durch Betätigung des
Reguliergestänges 37 bis 52 kann der Drehschieber axial im Innern der Buchse 8 verschoben
werden. Befindet sich gemäß Fig. 3 der Drehschieber mit seinem Teil a im Bereich
der Bohrung 24, so ist die Einstellung für Leerlauf gegeben. Im Bereich b erfolgt
die Regulierung bei Vollast, während die Anlaßstellung im Bereich c liegt, d. h.
im verbreiterten Flußteil der Steuernase 29.
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Erfindungsgemäß erfolgt eine vollständig selbsttätige hydraulische
Regelung der Brennstoffzufuhr dadurch, daß unmittelbar vor dem Einspritzvorgang
die auf dem Umfang des Drehschiebers 9 vorgesehene Zwischenkammer mit dem Durchlaß
24 in Deckung kommt. Der Pumpenkolben 6 drückt somit einen Teil des Brennstoffes
aus dem Zylinderraum 7 durch die Kanäle 23, 24 in die Zwischenkammer 31 und von
hier durch die Bohrungen 34 und 33 in den vor dem Drehschieber 9 im Innern der Steuerbuchse
8 gebildeten Druckraum 35. Je
nach der Drehzahl bzw. der Belastung
des Motors wird der hierbei auftretende Druck verschieden groß sein. Der Brennstoffdruck
aus dem Raum wirkt sich folglich im Innern der Kammer 35 aus und bewirkt eine Rückverschiebung
des als Kolben arbeitenden Drehschiebers 9 entgegen der Wirkung der Federn 44 und
45 im Reguliergestänge: Durch die Öffnung iga, durch deren Größenbemessung die in
den verschiedenen Kammern herrschenden Druckverhältnisse bestimmt werden können,
erfolgt das Rückfließen des Brennstoffes in den Räum 18 bzw: die mit diesem Raum
in offener Verbindung stehenden Arbeitsräume 7 der übrigen Pumpenkolben 6. Die Bohrung
iga kann beispielsweise so groß gehalten werden, daß der Brennstoffüberdruck in
der Kammer 35 etwa 5 Atm. beträgt, was die gewünschte Vorkompression bei Füllung
der Arbeitsräume ? der Pumpenkolben ergibt. Andererseits wird aber auch durch die
Größe der Bohrung iga die Kraft festgelegt, die die Verstellung des Drehschiebers
9 bewirken soll. Die Breite der Zwischenkammer 31 kann so bemessen werden, daß bei
Drehung des Drehschiebers 9 die in den einzelnen Leitungen 23 erzeugten hydraulischen
Drücke keinen Spannungsabfall aufweisen, also annähernd gleich sind. Durch Verstellen
des Hebels q.6 entsprechend den den Motordrehzahlen zugeordneten Regelbereichen
läßt sich die Spannung der Druckfedern 44, 45, die dem Brennstoffdruck in der Kammer
35 entgegenwirken, einstellen. In dem Regelbereich für etwa n = 6oo bis
700 Motorumdrehungen befindet sich der Hebe146 in der Stellung A. In dieser
Stellung gibt der Teller 42 die Federbuchse 48 frei, und es arbeitet nur die schwächere
Feder 44. Diese stützt sich auf der in diesem Regelbereich unverändert bleibenden
stärkeren Feder 45 unter Zwischenschaltung der Buchse 48 ab. Andererseits verhüten
die Anschläge i i und 12 zwischen Taurnelscheibenantrieb und Drehschieber 9 ein
zu weites Zurückschieben desselben, was eintreten kann, wenn bei steigenden Drehzahlen
der Druck in der Kammer 35 zu hoch wird. Die Anschlage i i und 12 begrenzen die
Bewegung des Drehschiebers 9 und verhindern, daß durch vollständiges Zusammendrücken
der Feder 44 bei aufliegender Druckplatte 42 auch die Feder 45 mitverändert wird,
was eine erhöhte Brennstoffzufuhr zur Folge hätte.
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In der Stellung B des Stellhebels 46, die etwa einem Regelbereich
von yi = i5oo bis i6oo Motorumdrehungen entspricht, ist dagegen die Druckfeder
44 von der Seite des Stellhebels 46 her völlig zusammengedrückt und in ihrer Wirkung
ausgeschaltet. In dieser Stellung liegt der Teller 42 auf dem vorderen Rand der
Federbuchse 48 auf, so daß nur die starke Druckfeder 45 arbeiten kann.
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Um dem Motor über das normale Maß hinaus eine Drehmomentsteigerung
zu ermöglichen, kann erfindungsgemäß dem Motor eine vergrößerte Brennstoffmenge
zugeführt werden. Dies erfolgt einfach dadurch, daß dem Drehschieber 9 von vornherein
eine solche Einstellung in der Drehschieberbuchse 8 gegeben wird, daß er mit dem
verbreiterten Teil der Nase 29 weiter nach vorn steht, also eine längere Einspritzdauer
ermöglicht. Diese Stellung entspricht nicht der normalen Arbeitsstellung, sondern
kann j e nach Bedarf einer um 15 bis 2o °/ö gesteigerten Brennstoffeinspritzung
entsprechen. Diese vorderste Stellung des Drehschiebers wird dadurch erreicht, daß
er sich mit einem an seinem vorderen Ende angesetzten Kopf 70 gegen einen in einer
Führung 7i der Drehschieberbüchse 8 längs verschiebbaren hohlen Bolzen 72 anlegt.
In seinem Innern weist der Bolzen 72 eine Bohrung 73, 74 auf, während er in seinem
außerhalb der Buchse 8' befindlichen Ende 75 eine Anschlagmutter 76 und an seinem
inneren Ende einen flachen Sitz für den Kopf 7o des Drehschiebers 9 bildet. Eine
sich gegen das Widerlager 77 abstützende Druckfeder 78 ist bestrebt, den Bolzen
72 so weit in seine Führung 71
hineinzudrücken, bis die Mutter 76 mit ihrem
Bund gegen den Ansatz 71 anschlägt, wie dies in Fig. 5 der Fallist. Der Kopf 7o
nimmt in seinem Innern die Längsbohrung 33 und die Querbohrungen 79 auf, die dem
Brennstoff den Durchfluß nach der Kammer 35 gestatten. In seinem vorderen Teil,
mit dem sich der Kopf flach gegen den Anschlag 72 legt, befindet sich eine engere
Bohrung 8o, deren Größe für die zur Verstellung des Drehschiebers notwendigen Druckverhältnisse
von entscheidender Bedeutung ist.
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Wie schon gesagt, befindet sich der Drehschieber 9 in der für erhöhte
Kraftstoffeinspritzung zum Zwecke der Drehmomentsteigerung nötigen Stellung in der
Lage, wie sie in Fig. 5 und 7 angegeben ist. Diese Stellung wird gegeben sein, wenn
die Drehzahl des Motors unter die normale Drehzahlgrenze gesunken ist. Dabei ist
es gleichgültig, ob man sich im Drehzahlbereich der Feder 45 oder der Feder 44 befindet.
Ist das das Absinken der Drehzahl bewirkende Hindernis überwunden und steigt die
Drehzahl wieder an, so wird sich in der Druckkammer 35 ein höherer Brennstoffdruck
bilden, weil die bei höheren Drehzahlen vergrößerten, in dem Brennstoffzulauf 18
zurückfließenden Brennstoffmengen nicht mehr ungehindert infolge der kalibrierten
Bohrung 8o abfließen können. Diese erhöhten Brennstoffdrücke im Raum 35 bewirken
jetzt ein Zurückschieben des Drehschiebers 9 in der Buchse 8 bis in den normalen
Regelbereich. Sobald die Grenze desselben erreicht ist, was durch die Einstellung
der Anschlagmutter 76 auf den Bolzen 72 vorher eingestellt werden kann, hebt sich
der Kopf 7o des Drehschiebers von dem Hohlbolzen 72, ab. Es ist die Stellung gemäß
Fig.6 gegeben. In dieser kann der ungehinderte Brennstoffrückfluß aus der Bohrung
33 durch die Bohrungen 79 und 74 und 73 zurück nach der Kammer i8 erfolgen.
Es ist nunmehr die bekannte Normalregulierung gegeben, d. h. die Drehmomentsteigerung
ist wiederaufgehoben.
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Die gleiche Wirkung, wie sie eben beschrieben und mit dem Kopf
70 und dem Bolzen 72 erreicht wird, läßt sich auch durch eine Konstruktion
verwirklichen, wie sie in Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Der Drehschieber 9 hat hier
seine alte Form,
während in eine am Ende der Buchse 8 vorgesehene
Führung 81 ein Ventilstück eingesetzt ist, welches in seinem Innern eine Höhlung
83 aufweist und sich mit einem Kegelsitz 84 gegen eine entsprechende Sitzfläche
85 in der Führung 81 anlegt. Nach dem Druckraum 35 zu ist der Druckraum 83 mit einer
Durchbohrung 86 versehen, -während er nach außen hin durch einen mit einer kalibrierten
Bohrung 87 versehenen Einsatz 88 abgeschlossen ist. Unmittelbar hinter dem Kegelsitz
84 ist die Seitenwandung des Ventils 82 noch von einer radial verlaufenden Bohrung
89 durchsetzt. Eine von außen durch eine Stellschraube 9o einstellbare Druckfeder
9i ist bestrebt, das Ventil 82, 84 immer auf seinen Sitz zu drücken, wie es in Fig.
9 angegeben ist. In dieser Stellung ist die Stellung des Drehschiebers für erhöhte
Brennstoffeinspritzung und damit für ein gesteigertes Drehmoment gegeben. Der Rückfluß
des Brennstoffes aus dem Druckraum 35 kann nur durch die Bohrung 86, die Höhlung
83 und die kalibrierte CSffnung 87 zurück zum Kraftstoffraum 18 erfolgen. Steigert
sich bei zunehmender Drehzahl der Druck im Raum 35, so wird der Drehschieber
9 zurückgeschoben bis in die Stellung für normalen Regelbereich bzw. es erfolgt
ein Zurückdrängen des Ventilkörpers 82 so weit, daß die Bohrung 89 freigelegt wird,
wie dies in Fig. 8 der Fall ist, so daß nun der Brennstoff auch durch die Bohrung
89 zurückfließen kann.