EP0509261A2

EP0509261A2 - Notabstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP0509261A2
Application number: EP92104730A
Authority: EP
Inventors: Dietrich Koch; Horst Gunter Liebhart
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1991-04-18
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1992-10-21
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JPH0586916A; DE4112689C1; ATE110139T1; EP0509261A3; EP0509261B1; JP2766581B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Notabstellvorrichtung für Brennkraftmaschinen zum Rückstellen der Regelstangen (7) von Einspritzpumpen (6) auf Nullförderung, wenn infolge eines Defekts eine Füllungsregulierung durch die vorgesehenen Mittel nicht mehr möglich ist. Hierzu ist im Gestänge zwischen Stellglied (1) und Regelstange (7) eine Welle (3) mit zwei Wellenabschnitten (4, 5) vorgesehen, die im Normalbetrieb durch eine drehsteife Kupplung (9) miteinander verbunden sind und durch die Stellimpulse des Stellglieds (1) in Drehbewegungen versetzt werden. Im Störfall wird die Kupplung (9) durch axiales Auseinanderfahren der den beiden Wellenabschnitten (4, 5) zugeordneten Kupplungshälften gelöst. Hierzu dient ein Axialkolben (20), der mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist und gegen die Kraft einer in Längsrichtung der Welle (3) auf die Kupplung (9) wirkenden Feder (17) verfahrbar ist. Ferner ist der regelstangenseitige Wellenabschnitt (5) mit einem Drehkolben (24) ausgestattet, der zur Rückstellung der Regelstange (7) auf Nullförderung mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist. Besonders vorteilhaft ist, daß der Einbau der Notabstellvorrichtung in den Übertragungsweg zwischen Stellglied (1) und Regelstange (7) die vom Stellglied (1) aufgenommene Leistung im Normalbetrieb nicht erhöht, was eine gute Regelqualität ermöglicht. Die Ausbildung der Vorrichtung mit einer Welle (3) und hydraulisch betätigten Elementen erlaubt eine einfache Konstruktion mit einer einfachen Kupplung (9) für eine spielarme Übertragung der Regelimpulse. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Notabstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, bei der im Störfall eine stellgliedunabhängige Rückstellung der Regelstange einer Einspitzpumpe auf Nullförderung möglich ist. Eine derartige Vorrichtung geht beispielsweise aus der DE 39 23 123 C1 als bekannt hervor.
Die stellgliedunabhängige Rückstellung der Regelstange im Störfall wird bei der Einrichtung nach der DE 39 23 123 C1 durch eine Kupplung ermöglicht, die im Normalbetrieb die Stellbewegungen des Stellglieds wie eine feste Verbindung auf die Regelstange überträgt, und im Störfall gelöst wird, so daß eine Notabstellung der Brennkraftmaschine durch eine dafür vorgesehene Betätigungseinrichtung erfolgen kann. Die Kupplung ist mit Kugelkörpern als Sperrglieder ausgebildet, die im Normalbetrieb in Aussparungen eines stellgliedseitigen und eines regelstangenseitigen Wellenabschnitts eingreifen und diese drehsteif verbinden. Die Wellenabschnitte werden durch einen Elektromagneten in einer einer Sperrstellung entsprechenden Axiallage gehalten. Bei stromlos gesetztem Elektromagneten rücken die Wellenabschnitte axial auseinander, wobei die Kugelkörper gleichzeitig radial aus den Aussparungen des regelstangenseitigen Wellenabschnitts ausrücken, so daß die beiden Wellenabschnitte nicht mehr miteinander gekoppelt sind. Die Rückstellung des regelstangenseitigen Wellenabschnitts in eine einer Nullförderung entsprechenden Position der Regelstange erfolgt durch eine Drehfeder, die eine rotatorische Rückstellbewegung des regelstangenseitigen Wellenabschnitts auslöst. Bei dieser Ausführung der Einrichtung mit Drehfeder werden Stellbewegungen des Stellglieds im Normalbetrieb, wenn also Stellglied und Regelstange über die Kupplung miteinander verbunden sind, in rotatorische Stellbewegungen der Wellenabschnitte umgesetzt, die entsprechend gelagert sind. Nachteilig an dieser Einrichtung ist ein ständiger elektrischer Leistungsbedarf. Außerdem ist ein recht hoher Kostenaufwand für die Herstellung der komplizierten Vorrichtung zu veranschlagen.
Aus der DE 36 42 458 C1 geht ebenfalls eine Notabstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine als bekannt hervor. Das Lösen der Kupplung erfolgt im Störfall durch Druckmittelbeaufschlagung eines axial verschiebbar geführten Kolbens gegen die Kraft einer am Kolben wirkenden Axialfeder, die die mit dem Kolben verbundene Kupplungshälfte in Anlage an der anderen Kupplungshälfte hält, wenn kein Störfall vorliegt. Die Rückführung der Regelstange in eine einer Nullförderung der Einspritzpumpe entsprechende Stellung erfolgt bei gelöster Kupplung durch eine weitere Axialfeder, die auch im Normalbetrieb ständig auf die Regelstange einwirkt. Zur Überwindung der Federkraft dieser weiteren Axialfeder besteht im Normalbetrieb deshalb ein zusätzlicher Leistungsbedarf des Stellmotors, was als nachteilig angesehen wird. Da die Stellkräfte infolge der ständig auf die Regelstange einwirkenden Federkraft entsprechend groß sind, leidet hierunter auch die Regelqualität. Ein bauartbedingter Nachteil ist ferner, daß die Übertragung der Stellkräfte vom Kolben auf den die Führung des Kolbens bildenden Zylinder in den Führungsflächen erfolgt. Da die Verschiebbarkeit des Kolbens gewährleistet sein muß, ist eine nicht zu enge Passung für den Kolben vorzusehen, was sich aber als unerwünschtes Spiel im Übertragungsweg zwischen Stellwelle und Regelstange bemerkbar machen wird.
In dem DE-GM 72 39 402 ist eine hydraulisch betätigte Notabstellvorrichtung aufgezeigt. Durch Druckmittelzufuhr zu einem Stellkolben, der unmittelbar mit der Regelstange verbunden ist, wird die Regelstange im Störfall auf Nullförderung verstellt. Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine wird die Regelstange durch eine auf den Stellkolben einwirkende Druckfeder in einer einer Brennstofförderung durch die Einspritzpumpe entsprechenden Position gehalten. Weitere mechanische Zwischengestänge werden vermieden. Eine derart einfache Ausbildung der Vorrichtung ist jedoch nur deshalb möglich, weil nur zwei Regelstellungen vorgesehen sind, mit einer festen Fördermenge im Normalbetrieb, die durch eine Regulierschraube justierbar ist, und einer Stopstellung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Notabstellvorrichtung für Brennkraftmaschinen zur stellgliedunabhängigen Rückstellung der Regelstange einer Einspritzpumpe auf Nullförderung so auszubilden, daß der Einbau dieser Vorrichtung im Reguliergestänge für die Füllungsregelung keinen zusätzlichen Leistungsbedarf des Stellglieds im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine bedingt, was eine gute Regelqualität ermöglicht, wobei die Verwendung einfacher Bauteile für Kupplung und Betätigungseinrichtungen eine einfache Konstruktion erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Übertragung der Stellimpulse erfolgt über eine drehbar gelagerte Welle, die eine Kupplung beinhaltet, die durch einen in der Wellenlängsachse mit Druckmittel beaufschlagbaren Axialkolben im Störfall lösbar ist. Im Normalbetrieb werden die beiden Kupplungshälften durch eine Feder spielfrei aneinandergehalten, die ebenfalls in der Wellenlängsachse wirkt. Da die Feder im Normalbetrieb kein Drehmoment an der Welle erzeugt, arbeitet der Stellmotor frei in Richtung Füllung und Füllungsrücknahme. Der Leistungsbedarf des Stellmotors wird damit aufgrund des Einbaus der Notabstellvorrichtung nicht erhöht. Vom Stellmotor sind lediglich Reibungswiderstände und die am Kolben der Einspritzpumpe wirkenden Druckkräfte zu überwinden. Dadurch ergibt sich eine gute Regelqualität, denn die Stellkräfte sind klein und in beiden Regelrichtungen jeweils gleich groß. Die Rückstellung des mit der Regelstange verbundenen Wellenabschnitts auf Nullförderung erfolgt in einfacher Weise durch einen druckbeaufschlagbaren Drehkolben. Aufgrund der Ausbildung mit einer drehbaren Welle und der hydraulischen Betätigbarkeit der Kupplung sowie der hydraulischen Rückstellung im Störfall ist eine einfache Konstruktion mit einfacher Kupplung möglich, die spielfrei ausgebildet werden kann. Vorteilhaft ist hier beispielsweise eine Ausbildung der Kuppelglieder mit keilförmigen Klauen nach Anspruch 2. In zweckmäßiger Weise ist im weiteren der stellgliedseitige Wellenabschnitt mit einer Hülse ausgebildet, die drehsteif mit einem Schaft gekoppelt ist, der mit dem Axialkolben verbunden ist, wobei die Feder in der Hülse angeordnet ist und gegen den Schaft vorgespannt ist. Der Schaft ist dabei gegen die Hülse axial verfahrbar. Weiter stehen nach den Ansprüchen 5 und 6 die Druckräume im Axialkolben und um den Drehkolben über eine Verbindungsleitung miteinander in Verbindung, wobei Druckmittel über die Verbindungsleitung zum Druckraum um den Drehkolben erst dann gelangt, wenn die Kupplung der Welle gelöst ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigen

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Notabstellvorrichtung im Längsschnitt,
Fig. 2: eine Querschnittsansicht der Notabstellvorrichtung, in Richtung der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie II-II gesehen.

Die Notabstellvorrichtung nach Figur 1 besteht im wesentlichen aus einer drehbar gelagerten Welle 3 aus zwei Wellenabschnitten 4 und 5, die durch eine Kupplung 9 miteinander verbunden sind. Das Stellglied 1, beispielsweise ein elektrischer Stellmotor, ist über ein Gestänge 2 mit der Welle 3 verbunden, und die Regelstange 7 ist über das Gestänge 8 mit der Welle 3 verbunden. Die Wellenabschnitte 4 und 5 sind in Kugellagern 12, 13 und einem Nadellager 14 drehbar gelagert. Das Kugellager 13 nimmt außerdem die auftretenden Axialkräfte auf. Der stellgliedseitige Wellenabschnitt 4 ist mit einer Hülse 16 ausgebildet, in der eine auf Druck vorgespannte Feder 17 angeordnet ist, die auf einen Schaft 15 wirkt, der in der Hülse 16 geführt ist. Die Führung erlaubt axiale Verschiebungen des Schafts 15 in der Hülse 16. Der Schaft 15 und die Hülse 16 sind aber drehsteif, beispielsweise über einen Querstift 28 miteinander verbunden, der beispielsweise im Schaft 15 in einem Langloch geführt ist. Am Schaft 15 sind die Klauen 10 einer Kupplungshälfte angeordnet, die in die Klauen 11 der anderen Kupplungshälfte des regelstangenseitigen Wellenabschnitts 5 eingreifen. Im Bereich zwischen den beiden Kupplungshälften ist ein Druckraum 19 vorgesehen, zu dem im Störfall über eine Leitung 27 und ein Ventil 18 Druckmittel, vorzugsweise Schmieröl der Brennkraftmaschine geleitet wird. Die mit dem Schaft 15 verbundene Kupplungshälfte ist zugleich als Axialkolben 20 ausgebildet, der an den Druckraum 19 angrenzt, wie in Figur 1 ersichtlich. Am regelstangenseitigen Wellenabschnitt 5 ist ein weiterer, in Figur 2 ersichtlicher Druckraum 22 ausgebildet, zu dem über eine Verbindungsleitung 21 und eine Zulaufbohrung 25 Druckmittel gelangt, das auf die Drehflügel 23 eines Drehkolbens 24 wirkt, der am regelstangenseitigen Wellenabschnitt 5 angeordnet ist. Die auf der Rückseite der Drehflügel 23 befindlichen Kammern besitzen jeweils Entlüftungbohrungen 26. Die Verbindungsleitung 21 zum Druckraum 22 wird erst dann freigegeben, wenn die Kupplung zwischen den Wellenabschnitten 4 und 5 gelöst ist. Hierzu ist die Verbindungsleitung 21 an eine Auslaßbohrung des Druckraums 19 angeschlossen, die im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine von der Mantelfläche des Axialkolbens 20 überdeckt ist. Sie wird erst freigegeben, wenn sich der Axialkolben 20 in einer einer gelösten Stellung der Kupplung 9 entsprechenden Lage befindet.
Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine werden die beiden Hälften der Kupplung 9, die den beiden Wellenabschnitten 4 und 5 zugeordnet sind, durch die Feder 17 in Anlage aneinander gehalten, so daß die Stellbewegungen des Stellglieds 1 spielfrei auf die Regelstange 7 übertragen werden. Da die Feder 17 in der Wellenlängsrichtung wirkt und kein Drehmoment auf die Welle 3 ausübt, wird die Leistungsaufnahme des Stellglieds durch den Einbau der Notabstellvorrichtung nicht beeinflußt. Zugleich wird dadurch die Regelqualität verbessert, da die Stellkräfte klein sind und sich symmetrische Regelverhältnisse ergeben. Im Störfall, wenn beispielsweise eine Regelung infolge eines Defekts des Stellglieds nicht mehr möglich ist, wird das Ventil 18 aktiviert, so daß über die Leitung 27 Druckmittel, vorzugsweise Motorschmieröl, in den Druckraum 19 gelangt. Bei ausreichendem Druck wird die stellgliedseitige Kupplungshälfte gegen die Wirkung der Feder 17 zurückgefahren und dadurch gelöst. Bei gelöster Kupplung 9 gelangt vom Druckraum 19 über die Verbindungsleitung 21 Druckmittel in den Druckraum 22, wodurch der Drehkolben 24 und mit ihm die Regelstange 7 in eine einer Nullförderung entsprechende Position zurückgestellt werden.

Claims

Notabstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Stellglied zum Antrieb der Regelstange wenigstens einer Einspritzpumpe, und mit einem zwischen Stellglied und Regelstange angeordneten Gestänge, das eine durch die Stellimpulse in Drehbewegungen versetzbare, in Lagern abgestützte Welle enthält, wobei die Welle aus einem stellgliedseitigen Wellenabschnitt und einem regelstangenseitigen Wellenabschnitt besteht, die durch eine Kupplung miteinander verbunden sind, deren Kuppelglieder im Normalbetrieb eine drehsteife Verbindung darstellen, und die im Störfall lösbar ist, so daß eine unabhängige Drehbewegung des regelstangenseitigen Wellenabschnitts gegen den stellgliedseitigen Wellenabschnitt möglich ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die das Lösen der Kupplung durch axiales Auseinanderfahren von die Kupplung bildenden Kupplungsteilen bewirken und die den regelstangenseitigen Wellenabschnitt in eine rotatorische Drehbewegung zum Rückstellen der Regelstange auf Nullförderung versetzen, dadurch gekennzeichnet, daß im Störfall das Lösen der Kupplung (9) durch Druckmittelbeaufschlagung eines an dem stellgliedseitigen Wellenabschnitt (4) axial verschiebbar geführten Axialkolbens (20) gegen die Kraft einer auf den Axialkolben (20) in der Wellenlängsachse wirksamen Feder (17) erfolgt, die die mit dem Axialkolben (20) verbundene Kupplungshälfte in Anlage an der anderen Kupplungshälfte hält, wenn kein Störfall vorliegt, und daß die Rückstellung des regelstangenseitigen Wellenabschnitts (5) in die der Nullförderung der Regelstange (7) entsprechende Position durch einen mit dem regelstangenseitigen Wellenabschnitt (5) verbundenen druckmittelbeaufschlagbaren Drehkolben (24) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppelglieder der Kupplung (9) als keilförmige Klauen (10, 11) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellbewegungen des Stellglieds (1) auf eine drehbar gelagerte Hülse (16) des Wellenabschnitts (4) übertragen werden, und daß die Hülse (16) drehsteif mit einem Schaft (15) gekoppelt ist, der mit der stellgliedseitigen Kupplungshälfte und dem Axialkolben (20) verbunden ist, und daß die Feder (17) auf Druck gegen den Schaft (15) vorgespannt in der Hülse (16) angeordnet ist und daß der Schaft (15) gegen die Hülse (16) axial verfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel das Schmieröl der Brennkraftmaschine Verwendung findet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräume (19, 22) am Axialkolben (20) und um den Drehkolben (24) über eine Verbindungsleitung (21) miteinander verbindbar sind, wobei der Zutritt von Druckmittel über die Verbindungsleitung (21) zum Druckraum (22) um den Drehkolben (24) aber erst dann freigegeben wird, wenn die Kupplung (9) zwischen den Wellenabschnitten (4, 5) gelöst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (21) an eine Auslaßbohrung des Druckraums (19) am Axialkolben (20) angeschlossen ist, die bei ungelöster Kupplung (9) von der Mantelfläche des Axialkolbens (20) überdeckt ist und erst freigegeben wird, wenn sich der Axialkolben (20) in einer einer gelösten Stellung der Kupplung (9) entsprechenden Lage befindet.