EP0509261B1 - Notabstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an emergency shutdown device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, in which, in the event of a malfunction, an actuator-independent resetting of the control rod of an injection pump to zero delivery is possible.
- a device is known for example from DE 39 23 123 C1.
- the actuator-independent resetting of the control rod in the event of a malfunction is made possible in the device according to DE 39 23 123 C1 by a clutch which transmits the actuating movements of the actuator like a fixed connection to the control rod in normal operation, and is released in the event of a malfunction, so that an emergency shutdown of the Internal combustion engine can be done by a dedicated actuator.
- the coupling is designed with spherical bodies as locking elements that engage in recesses of an actuator-side and a control-rod-side shaft section during normal operation and connect them in a torsionally rigid manner.
- the shaft sections are held in an axial position corresponding to a locking position by an electromagnet.
- a design-related disadvantage is also that the actuating forces are transmitted from the piston to the cylinder forming the guide for the piston in the guide surfaces. Since the displaceability of the piston must be ensured, a not too tight fit for the piston must be provided, but this will be noticeable as an undesirable play in the transmission path between the control shaft and control rod.
- DE-GM 72 39 402 shows a hydraulically operated emergency shutdown device.
- the control rod By supplying pressure medium to an actuating piston that is directly connected to the control rod, the control rod is adjusted to zero delivery in the event of a fault.
- the control rod In normal operation of the internal combustion engine, the control rod is held in a position corresponding to fuel delivery by the injection pump by means of a compression spring acting on the actuating piston. Further mechanical intermediate rods are avoided.
- such a simple design of the device is only possible because only two control positions are provided, with a fixed delivery rate in normal operation, which can be adjusted by means of a regulating screw, and a stop position.
- the invention has for its object to provide a generic emergency shutdown device for internal combustion engines for actuator-independent resetting of the control rod of an injection pump to zero delivery so that the installation of this device in the regulating linkage for filling control does not require any additional power requirement of the actuator in normal operation of the internal combustion engine, which enables good control quality , the use of simple components for clutch and actuators allows a simple construction.
- the actuating impulses are transmitted via a rotatably mounted shaft which contains a clutch which can be released in the event of a fault by means of an axial piston which can be pressurized in the longitudinal axis.
- a spring which also acts in the longitudinal axis of the shaft. Since the spring does not generate any torque on the shaft during normal operation, the servomotor operates freely in the direction of filling and filling withdrawal. The power requirement of the The servomotor is therefore not increased due to the installation of the emergency shutdown device.
- the actuator only has to overcome frictional resistances and the pressure forces acting on the piston of the injection pump.
- the shaft section connected to the control rod is reset to zero delivery in a simple manner by means of a rotary piston which can be pressurized. Due to the design with a rotatable shaft and the hydraulic actuation of the clutch and the hydraulic reset in the event of a malfunction, a simple design with a simple clutch is possible, which can be designed without play. For example, a design of the coupling elements with wedge-shaped claws is advantageous here.
- the actuator-side shaft section is furthermore designed with a sleeve which is coupled in a torsionally rigid manner to a shaft which is connected to the axial piston, the spring in the sleeve is arranged and is biased against the shaft.
- the shaft can be moved axially against the sleeve.
- the emergency stop device essentially consists of a rotatably mounted shaft 3 comprising two shaft sections 4 and 5, which are connected to one another by a coupling 9.
- the actuator 1 for example an electric servomotor, is connected to the shaft 3 via a linkage 2, and the control rod 7 is connected to the shaft 3 via the linkage 8.
- the shaft sections 4 and 5 are rotatably supported in ball bearings 12, 13 and a needle bearing 14.
- the ball bearing 13 also absorbs the axial forces that occur.
- the actuator-side shaft section 4 is formed with a sleeve 16, in which a spring 17 biased under pressure is arranged, which acts on a shaft 15 which is guided in the sleeve 16. The guidance permits axial displacements of the shaft 15 in the sleeve 16.
- the shaft 15 and the sleeve 16 are, however, torsionally rigid, for example connected to one another via a transverse pin 28, which is guided, for example, in the shaft 15 in an elongated hole.
- the claws 10 of one coupling half are arranged, which engage in the claws 11 of the other coupling half of the shaft section 5 on the control rod side.
- a pressure chamber 19 is provided, to which pressure medium, preferably lubricating oil of the internal combustion engine, is fed in the event of a fault via a line 27 and a valve 18.
- the coupling half connected to the shaft 15 is at the same time designed as an axial piston 20, which adjoins the pressure chamber 19, as can be seen in FIG. 1.
- a further pressure chamber 22, shown in FIG. 2, is formed on the control rod-side shaft section 5, to which pressure medium reaches via a connecting line 21 and an inlet bore 25, which acts on the rotary vanes 23 of a rotary piston 24, which is arranged on the control rod-side shaft section 5.
- the chambers located on the rear of the rotary vanes 23 each have ventilation bores 26.
- the connecting line 21 to the pressure chamber 22 is only released when the coupling between the shaft sections 4 and 5 is released.
- the connecting line 21 is connected to a Outlet bore of the pressure chamber 19 connected, which is covered by the outer surface of the axial piston 20 during normal operation of the internal combustion engine. It is only released when the axial piston 20 is in a position corresponding to a released position of the clutch 9.
- the two halves of the coupling 9, which are assigned to the two shaft sections 4 and 5, are held against one another by the spring 17, so that the actuating movements of the actuator 1 are transmitted to the control rod 7 without play. Since the spring 17 acts in the longitudinal direction of the shaft and does not exert any torque on the shaft 3, the power consumption of the actuator is not influenced by the installation of the emergency shutdown device. At the same time, the control quality is improved because the actuating forces are small and the control conditions are symmetrical. In the event of a malfunction, for example when regulation due to a defect in the actuator is no longer possible, the valve 18 is activated so that pressure medium, preferably engine lubricating oil, reaches the pressure chamber 19 via the line 27.
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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 (6)
- Notabstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Stellglied (1) zum Antrieb der Regelstange (7) wenigstens einer Einspritzpumpe, und mit einem zwischen Stellglied und Regelstange angeordneten Gestänge (2), das eine durch die Stellimpulse in Drehbewegungen versetzbare, in Lagern abgestützte Welle (3) enthält, wobei die Welle (3) aus einem stellgliedseitigen Wellenabschnitt (4) und einem regelstangenseitigen Wellenabschnitt (5) besteht, die durch eine Kupplung (9) miteinander verbunden sind, deren Kuppelglieder (10,11) im Normalbetrieb eine drehsteife Verbindung darstellen, und die im Störfall lösbar ist, so daß eine unabhängige Drehbewegung des regelstangenseitigen Wellenabschnitts (5) gegen den stellgliedseitigen Wellenabschnitt (4) möglich ist, wobei Mittel (18,19,21,27) vorgesehen sind, die das Lösen der Kupplung (9) durch axiales Auseinanderfahren von die Kupplung (9) bildenden Kupplungsteilen (10,11) bewirken und die den regelstangenseitigen Wellenabschnitt (5) in eine rotatorische Drehbewegung zum Rückstellen der Regelstange (7) 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.
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