DE964188C - Hydraulischer Regler - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung bildet ein hydraulischer Regler für Kraftmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, mit einer durch die zu regulierende Maschine angetriebenen Förderpumpe für die im geschlossenen Kreislauf umlaufende Regelflüssigkeit, mit einem das TreibstofFregelorgan der Kraftmaschine betätigenden federbelasteten Kolben, dessen Boden eine Durchflußöffnung für die Regelflüssigkeit aufweist, und mit einer Drehzahleinstellvorrichtung, durch welche der Durchgangsquerschnitt der KolbenbodenöfFnung verändert wird. Derartige Regler sind aus verschiedenen Veröffentlichungen bekanntgeworden.

Beim Regler nach der Erfindung ist die Drehzahleinistellvorriehtung derart ausgebildet, daß zum Zweck der Anpassung des Ungleichförmigkeitsgrades an den jeweiligen Betriebszustand die durch eine Drehzahlzuiiahme bewirkte Kolbenbewegung den Durchgangsquerschnitt der KolbenbodenöfFnung bei Einstellung der Drehzahleinstellvorriehtung auf niedrige Drehzahlen vergrößert, bei Einstellung auf mittlere Drehzahlen konstant hält und bei Einstellung auf hohe Drehzahlen verringert.

Es wurden zwarschon Regler vorgeschlagen, bei denen eine in die Kolbenbodenöffnung ragende konische Nadel durch eine Drehzahleinstellvorrichtung verschoben wird. Infolge der Konizität der Nadel wird der Durchgangsquerschnitt der KolbenbodenöfFnung nicht nur durch die Einstellung der Drehzahlregelvorrichtung geändert, sondern auch durch die Bewegung des Kolbens, jedoch bewirkt hier die durch Drehzahlanstieg hervorgerufene Kolbenbewegung bei allen Drehzahleinstellungen eine Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts.

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Im Gegensatz zu den früher vorgeschlagenen Reglern mit konischer Nadel und zu bekannten sonstigen Reglern mit durch Flüssigkeitsstaudruck verschiebbaren Reglerkolben erhält man beim neuen Regler nicht nur eine Parallelverschiebung der Funktion zwischen dem wirksamen Durchtrittsquerschnitt am Reglerkolben und dem Kolbenweg, sondern der Kurve wird überhaupt ein anderer Verlauf gegeben, derart, daß der Ungleichförmigkeitsgrad des Reglers in den verschiedenen Stellungen der Drehzahleinstellvorrichtung seinen Wert ändert und den neuen Betriebsbedingungen angepaßt wird. Bei niedrig eingestellter Drehzahl bewirkt eine durch Drehzahlanstieg hervorgerufene Kolbenbewegung eine Vergrößerung des Durchtrittsquerschnitts der Kolbenbodenöffnung und somit eine Vergrößerung des Ungleichförmigkeitsgrads, was einen sehr stabilen Leerlauf des Motors ohne unerwünschte Pumpwirkung gewährleistet. Bei hohen Betriebsdrehzahlen und bei der Grenzdrehzahl des Motors nimmt der Durchtrittsquerschnitt beim Hub des Regelkolbens bei Entlastung des Motors ab. Der Ungleichförmigkeitsgrad ist bei hoher Drehzahl daher kleiner als der der auf den Kolben wirkenden Gegenfeder entsprechende Ungleichförmigkeitsgrad, und die Abweichung der Drehzahl bei der Regelung kann hierdurch auf ι bis 2 % der durch die Lage der Drehzahleinstellvorrichtung festgelegten Drehzahl reduziert werden. Dadurch ist die Elastizität des Motors weitgehend verbessert und die Gefahr eines Überdrehens des Motors bei Entlastung beseitigt.

Die Zeichnung veranschaulicht zwei beispielsweise Ausführungsformen des Reglers nach der Erfindung.

Fig. ι zeigt einen schematisch gehaltenen Schnitt der ersten Ausführungsform;

Fig. 2, 3 und 4 veranschaulichen in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit der Fig. 1 in drei verschiedenen Stellungen;

Fig. 5 betrifft einen schematischen Schnitt der zweiten Ausführungsform, und

Fig. 6 und 7 stellen eine Einzelheit nach Fig. 5 in zwei verschiedenen Lagen dar.

In den die beiden Ausführungsbeispiele betreffenden Figuren bezeichnen gleiche Hinweiszeichen Einzelheiten, denen jeweils die gleiche Aufgabe zufällt, auch wenn diese aufbaumäßig verschieden gehalten sind.

Gemeinsam bei den beiden Ausführungsformen ist, daß eine Zahnradpumpe 1 in einem Gehäuse 2 über Zuflußkanäle 3 und 4 in eine Kolbenkammer 5 Öl fördert. In dieser Kammer ist ein Kolben 6 länge verschiebbar gelagert. Er steht unter Wirkung einer Gegendruckfeder 7, die sich auf einen Teil 8 abstützt. Für die Dosierung des» durch die Leitung 11 zur regulierten Kraftmaschine fließenden Brennstoffs ist ein mit dem Kolben 6 festverbundener Schieber 9, 10 vorgesehen. Im Kolbenboden ist in an sich bekannter Weise eine Öffnung 12 angebracht, durch die das Drucköl strömen kann, bevor es wieder durch einen Kanal 13 entweicht und zum Pumpeneingang zurückfließt. Die Mittel zur Änderung des wirksamen Durchtrittsquerschnittes der Kolbenbodenöffnung sowie die Mittel zur Anpassung des Ungleichförmigkeitsgrades des Reglers an eine bestimmte, durch die momentane Stellung einer Drehzahleinstellvorrichtung festgelegte Betriebsdrehzahl der zu regulierenden Maschine sind bei den beiden Ausführungsbeispielen verschieden und werden daher im folgenden einzeln behandelt.

Im Falle des Reglers nach den Fig. 1 bis 4 hat die Drehzahleinstellvorrichtung die Form einer Nadel 18, die sich über ein Gestänge od. dgl. durch das Gaspedal der zu regulierenden. Maschine, z. B. eines Fahrzeugdieselmotors, in einem Kolbenkammerboden 14 axial verschieben läßt. Diese Nadel 18 durchdringt eine nicht länge versohiiebbaire, radial ausdehnbare geschlitzte Hülseis. Ein Kragen 16 dieser Hülse ist durch eine durchbohrte Verschlußkappe 17 in seiner Lage festgehalten, jedoch nur so stark, daß sich die Hülse, wie in den Fig. 2 und 4 ersichtlich, unten oder oben ausweiten läßt. Zu diesem Zwecke enthält die Nadel 18 außer einem zylindrischen Teil 21 noch zwei konische Teile 19 und 20, wovon der eine stark und der andere schwach gegen oben konvergiert. Wenn die Nadel 18 in ihrer oberen Stellung ist, vergrößert sich demnach der wirksame Durchtrittsquerschnitt der Kolbenbodenöffnung beim Steigen des Kolben.·; (Fig. 2), während in der tiefsten Stellung der Nadel dieser Querschnitt bei einer gleichsinnigen Bewegung des Kolbens abnimmt (Fig. 4). In der mittleren Lage der Nadel 18 bleibt der für das Drucköl des Reglers frei bleibende Querschnitt der öffnung 12 unabhängig von der Kolbenbewegung konstant, da die Innenfläche der Hülse 15 auch leicht konisch ausgebildet ist entsprechend dem konischen Teil 20 der Nadel 18.

Der wirksame Durchtrittsquerschniitt an der öffnung 12 bestimmt den auf den Kolbenboden wirkenden Öldruck und die Durchflußgeschwindigkeit und damit auch eine Gleichgewichtslage des Kolbens 6 für eine entsprechende Motordrehzahl. Es sei angenommen, daß die Hülse 15 sich in der Lage nach Fig. 3 befinde und durch entsprechende Verschiebung der Nadel 18 zylindrische Form angenommen habe. Somit ist die Gleichgewichtslage des Kolbens 6 für eine Motorendrehzahl und eine bestimmte Last des Motors festgelegt. Wenn die no Belastung des Motors Null wird, steigt die Drehzahl und die Zahnradpumpe 1 fördert entsprechend mehr öl in die Kolbenkammer 5. Es stellt sich finden Kolben 6 eine neue Gleichgewichtslage ein. Da der Duirchtrittsquerschniiitt der öffnung gleich geblieben ist, ist eine Änderung des Ungleichförmigkeitsgrades zwischen den beiden Regellagen einzig durch die Kennwerte der Feder 7 bestimmt.

Wenn dagegen im Sinne der Fig. 2 die Hülse 15 für einen kleineren Durchtrittsquerschnitt der öff- 12η nung 12 (entsprechend beispielsweise dem Leerlauf des Motors) durch die Nadel 18 so deformiert wird, daß sie gegen oben konvergiert, dann nimmt der wirksame Öffnungsquerschnitt zu, während sich der Kolben 6 in die Überdrehzahllage verschiebt, wenn der Motor entlastet wird. Der Ungleichför-

migkeitsgrad hängt nicht mehr nur von der Feder 7 ab, sondern ist um so größer, je stärker der Durchtrittsquerschnitt der Kolbenbodenöffnung beim Verschieben in die Überdrehzahllage zunimmt.
Bei den erhöhten Drehzahlen, vor allem bei der Grenzdrehzahl, wird die Hülse entsprechend der Darstellung nach Fig. 4 verformt. Beim Verschieben des Kolbens von der Vollastlage bis zur Stellung, die dem Drehen des Motors ohne Last entspricht, nimmt der für das Durchströmen des Drucköls frei bleibende Querschnitt der Kolbenbodenöffnung 12 stetig ab. Der Ungleichförmigkeitsgrad ist nun kleiner als der der Feder 7 entsprechende Ungleichförmigkeitsgrad.

Es ist grundsätzlich unmöglich, ein zufriedenstellendes Arbeiten der Regelung mit einer Hülse zu erreichen, die für alle Drehzahlen des Motors zylindrisch bleibt. Im Falle des beschriebenen Beispiels bleibt die Hülse 15 nur über einen kleinen Bereich der Regelung zylindrisch. Wenn beispielsweise der Ungleichförmigkeitsgrad auf Grund der Federcharakteristik ziemlich groß wäre, um den Leerlauf stabil zu halten, dann würde sich dieser Ungleichförmigkeitsgrad verhängnisvoll auswirken bei der Grenzdrehzahl des Motors. Dagegen würde es unimöglich sein, einen stabilen Leerlauf zu erhalten und ein Pumpen des Reglers zu vermeiden, wenn der Ungleichförmigkeitsgrad genügend klein wäre, um eine zufriedenstellende Regelung bei hohen Drehzahlen sicherzustellen. Diese Überlegungen zeigen, daß eine einwandfreie Regelung der Drehzahl eines Motors mit nicht konstanter Last nur möglich ist, wenn man einerseits mit der Drehzahleinstellvorrichtung eine bestimmte Drehzahl festlegt und gleichzeitig dafür sorgt, daß sich der Ungleichförmigkeitsgrad des Reglers bei einer Änderung der Drehzahleinstellung ebenfalls ändert, d. h. daß sich der Durchtrittsquerschnitt beim Verschieben des Kolbens in einer bestimmten Richtung entweder vergrößert, verkleinert oder gleichbleibt, je nachdem, ob es sich um eine große oder kleine Drehzahl handelt.

Der Regler nach den Fig. 5 und 7 ergibt einen praktisch gleichen Regelverlauf wie der oben besprochene Regler. Eine Drehzahleinstellvorrichtung legt wiederum für jede ihrer Stellungen eine bestimmte Drehzahl des zu regulierenden Motors fest und bestimmt für jeden dieser Betriebszustände den dazu passenden Ungleichförmigkeitsgrad. Zu diesem Zwecke enthält der Kolbenboden eine exzentrische Bohrung 12, die mit einer entsprechenden Bohrung einer am Kolbenboden befestigten Drehscheibe 22 zusammenarbeitet. Diese Drehscheibe wird durch eine kleine Druckfeder dauernd gegen den Kolbenboden gepreßt. Sie enthält zwei zur Kolbenachse parallele Ansätze, die beim Längsverschieben des Kolbens in entsprechenden Führungen eines Mitnehmers 23 gleiten, der seinerseits beim Verschwenken des Drehzahlwählhebels 30 axial unbeweglich auf dem Kolbenkammerboden 14 dreht. Der Drehzahlwählhebel 30 besitzt noch einen geschlitzten Hebel 24, in den ein Greiffinger 25 eines mit einer Schlitzführung 28 fest verbundenen Schwenkhebels 26 greift. Die Drehachse dieser in die Seitenwand der Kolbenkammer eingelassenen Schlitzführung ist mit 27 bezeichnet. Ein Greiffinger 29 des Kolbens 6 ist in der Führung 28 gehalten und bewirkt, daß sich der Kolben 6 während seines Hubeis im einen oder anderen Sinne verdreht, je nach der Stellung des Drehzahlwählhebels 30. Der Greiffinger 25 ist in einem Schlitz des Schwenkhebels 26 festgeschraubt und läßt sich nach Lockern einer Schraubenmutter verschieben, wodurch das ''Übersetzungsverhältnis zwischen den Hebeln 24 und 26 verändert wird. Eine bei dieser Ausführungsform im Gehäuseblock 2 vorgesehene Überströmleitung 31, die den Ausgang der Pumpe mit deren Eingang verbindet, wenn der Kolben 6 den Schieber 10 vollständig geschlossen hat, verhindert gefährliche Druckanstiege am Kolbenboden für den Fall, daß der Drehzahlwählhebel 30 plötzlich im Sinne einer Schließung der Öffnung 12 verschwenkt wird.

Es sind wiederum drei Fälle möglich: Beim Steigen des Kolbens unter Wirkung einer stärkeren Ölförderung kann sich der durch die gegenseitige Lage der beiden Bohrungen am Kolbenboden gegebene wirksame Durchtrittsquerschnitt im positiven oder negativen Sinne ändern bzw. gleichbleiben Es läßt sich damit wiederum eine Anpassung des Ungleichförmigkeitsgrads an eine gewählte Drehzahl erreichen. Das soeben beschriebene Konstruktionsbeispiel hat gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4 noch den Vorteil der zusätzlichen Einsiteillmög'liehkeit zwischen Drehzahl und Ungleichförmigkeitsgrad mittels des verschiebbaren Greiffingers 25.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι. Hydraulischer Regler für Kraftmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, mit einer durch die zu regulierende Maschine angetriebenen Förderpumpe für die im geschlossenen Kreislauf umlaufende Regelflüssigkeit, mit einem das Treibstoffregelorgan der Kraftmaschine betätigenden federbelasteten Kolben, dessen Boden eine Durchflußöffnung für die Regelflüssigkeit aufweist, und mit einer Drehzahleinstellvorrichtung, durch welche der Durchgangsquerschnitt der Kolbenbodenöffnung verändert wird, gekennzeichnet durch , eine derartige Ausbildung der Drehzahleinstellvorrichtung (15 bis 21 bzw. 22 bis 29), daß zum Zwecke der Anpassung des Ungleichförmigkeitsgrades an den jeweiligen Betriebszustand die durch eine Drehzahlzunahme bewirkte Kolbenbewegung den Durchgangsquerschnitt der Kolbenbodenöffnung (12) bei Einstellung der Drehzahleinstellvorrichtung auf niedrige Drehzahlen vergrößert, bei Einstellung auf mittlere Drehzahlen konstant hält und bei Einstellung auf hohe Drehzahlen verringert.
2. 2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahleinstellvorrichtung eine längs verschiebbare Nadel (18) auf weist mit

   mehreren Abschnitten (19, 20, 21) unterschiedlicher Konizität, und daß diese Nadel eine nicht längs verschiebbare, radial ausdehnbare Hülse (15) durchdringt, die in die Kolbenbodenöffnung (12) ragt und die entsprechend der Stellung der Nadel eine zylindrische Form annimmt oder im einen oder anderen Sinne konisch verläuft (Fig. ι bis 4).
   
3. 3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahleinstellvorrichtung einen schwenkbaren Drehzahlwählhebel (30) aufweist, mit dem beim Verschwenken einerseits eine mit dem Kolben verschiebbare Drehscheibe (22) verdreht wird, die zwecks Bildung eines Durchgangs veränderlichen Querschnitts eine mit der Kolbenbodenöffnung (12) zusammenwirkende Öffnung enthält, während andererseits eine in die Seitenwand der Kolbenkammer eingelassene Schlitzführung (28) derart verdreht wird, daß der Kolben während seiner axialen Verschiebung durch einen an ihm befestigten, in die Führung ragenden Greiffinger

   (29) entsprechend der Stellung _ dieser Führung im einen oder anderen Sinne mehr oder weniger verdreht wird (Fig. 5 bis 7).
4. 4. Regler nach Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet durch Mittel (24 bis 26), mit denen die gegenseitige Abhängigkeit zwischen der Kolbenverdrehung und der Verdrehungsbewegung der Drehscheibe (22) eingestellt werden kann.
5. 5. Regler nach Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlwählhebel (30) über zwei Hebel (24, 26) mit verstellbarem Übersetzungsverhältnis die Schlitzführung (28) verdreht.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Schweizerische Patentschriften Nr. 194 671, 195420, 215479;
   USA.-Patentschrift Nr. 1 961 842.

   Entgegengehaltene ältere Rechte:
   Patente Nr. 814 813, 896 432.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen