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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der zeitlich versetzten
Verbindung von zwei mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Aggregaten
mit einer Druckmittelquelle, insbesondere zur zeitlich versetzten
Aktivierung einer Einspritzeinrichtung und eines Auslassventils
eines Zylinders eines Zweitakt-Dieselmotors, vorzugsweise Zweitakt-Großdieselmotors.
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Bei
den derzeit im praktischen Betrieb stehenden Zweitakt-Großdieselmotoren
sind der Einspritzeinrichtung und dem Aktuator des Auslassventils
zwei gesonderte Steuerventile zugeordnet. Eine derartige Ventilanordnung
mit zwei gesonderten Steuerventilen erweist sich jedoch als aufwendig.
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In
der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 103 11 493.9-13 ist eine Vorrichtung oben
genannter Art beschrieben, bei der ein als Schieberventil ausgebildetes
Hauptsteuerventil vorgesehen ist, durch das der Aktuator einer Einspritzpumpe
sowie der Aktuator eines Auslassventils mit einer Druckmittelquelle
verbindbar sind, wobei das Gehäuse
des Hauptsteuerventils einen mittleren, mit der Druckmittelquelle
verbundenen Eingang und zwei diesen flankierende, den genannten
Aktuatoren zugeordnete Ausgänge
aufweist, die durch Verschieben eines im Gehäuse verschiebbar angeordneten, mittels
einer Hauptbewegungseinrichtung bewegbaren Hauptventilschiebers
alternativ mit dem Eingang verbindbar und in der Mittelstellung
des Hauptventilschiebers vom Eingang getrennt sind, wobei die dem Hauptventilschieber
zugeordnete Bewegungseinrichtung mit dem Hauptventilschieber zusammenwirkende,
in axialer Richtung einander gegenüberliegende Druckräume aufweist,
die über
im Hauptventilschieber angeordnete Strömungswege mit dem am Eingang
des Gehäuses
anstehenden Druckmittel beaufschlagbar sind und wobei wenigstens
ein Strömungsweg
mittels eines im Hauptventilschieber verschiebbar angeordneten,
achsparallelen Servoventilschiebers kontrollierbar ist, dem eine
Servobewegungseinrichtung zugeordnet ist, die mittels eines zugeordneten
Pilotsteuerventils in Abhängigkeit
von diesem zuführbaren
Motorsignalen aktivierbar ist. Die dem Servoventilschieber zugeordnete
Servobewegungseinrichtung enthält
dabei ein Piezzoelement, das über
eine Schubstange mechanisch fest mit dem Servoventilschieber verbunden
ist. Eine derartige Anordnung kann sich in manchen Fällen als aufwendig
und sperrig und in Folge der mechanisch festen Verbindung als nicht
flexibel genug erweisen.
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In
der
US 5 237 968 A ist
ein Viertaktmotor beschrieben, bei dem drei hydraulische Aggregate
in Form eines Einspritzventils sowie der Aktuatoren eines Einlassventils
und eines Auslassventils mittels eines gemeinsamen Schieberventils
mit entsprechendem zeitlichem Versatz gesteuert werden. Bei dieser
bekannten Anordnung entspricht eine Endstellung des Steuerschiebers
der 0-Stellung, von der ausgehend der Steuerschieber nur nach einer
Richtung bewegt werden kann, wobei die Aktivierung der einzelnen
Aggregate in einer fest vorgegebenen Reihenfolge nacheinander erfolgen
muss. Eine voneinander unabhängige
Aktivierung ist hier nicht möglich. Dem
genannten Schieberventil ist dabei ein Steuerventil zugeordnet.
Dieses enthält
ein Piezzoelement, durch das der Druck in einem Druckraum steuerbar ist,
mit dem ein von einem Ende des Schiebers des Schieberventils begrenzter
Druckraum verbunden ist. Am anderen Ende des Schiebers greift eine
Feder an. Bei dieser bekannten Anordnung wird der Schieber des Schieberventils
daher direkt durch das Pilotsteuerventil betätigt. Der Schieber des Schieberventils
besitzt jedoch eine vergleichsweise große Masse. Dementsprechend muss
auch das Steuerventil vergleichsweise stark dimensioniert sein.
Es ergibt sich daher eine sehr träge Anordnung.
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Hiervon
ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit
einfachen und kostengünstigen
Mitteln eine Vorrichtung eingangs erwähnter Art zu schaffen, die
einfach und kompakt aufgebaut ist und vielseitig verwendbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Verwendung eines zwei Aggregaten gemeinsam zugeordneten Hauptsteuerventils
und damit der Wegfall eines zweiten Steuerventils führt in vorteilhafter
Weise zu einer platzsparenden und kostengünstigen Anordnung. Durch den
Wegfall eines zweiten Steuerventils wird nicht nur die Ventilanordnung
einfacher und kostengünstiger,
sondern ergibt sich auch eine vergleichsweise einfache Verkabe lung.
Das Hauptsteuerventil ist in vorteilhafter Weise so ausgebildet,
dass sein Hauptventilschieber ausgehend von einer mittleren 0-Stellung gegenläufig bewegt
werden kann. Hierdurch ist sichergestellt, dass die zugeordneten
Aggregate unabhängig
voneinander angesteuert werden können.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Bewegung des Hauptventilschiebers
mittels eines zugeordneten Servoventilschiebers steuerbar ist. Hierbei
handelt es sich um ein im Vergleich zum Hauptventilschieber massearmes
Bauteil, das mit kurzer Ansprechzeit schnell bewegbar ist. Der Hauptventilschieber
folgt dabei dem Servoventilschieber mit kurzer Nachlaufzeit. Der
Hauptventilschieber wird in vorteilhafter Weise durch das am Eingang
der Hauptsteuerventils anstehende Druckmittel betätigt, das
einen vergleichsweise hohen Druck aufweist, so dass sich insgesamt
kurze Ansprechzeiten und eine hohe Dynamik ergeben, Dadurch dass
der Hauptventilschieber durch das am Eingang entstehende Druckmittel
betätigt
wird, entfällt
auch eine zusätzliche,
der dem Hauptventilschieber zugeordneten Bewegungseinrichtung zugeordnete
Druckmittelquelle.
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Die
erfindungsgemäße Lösung unterscheidet
sich von der oben genannten, älteren,
nicht vorveröffentlichten
Anordnung gemäß
DE 103 11 493.9-13 dadurch,
dass die dem Servoventilschieber zugeordnete Servobewegungseinrichtung
mit dem Servoventilschieber zusammenwirkende, in axialer Richtung
einander gegenüberliegende,
mit einem Druckmittel beaufschlagbare Druckräume aufweist, deren Druckbeaufschlagung
durch das Pilotsteuerventil steuerbar ist. Diese Maßnahmen
ergeben in vorteilhafter Weise eine strömungsmäßige Kopplung des Pilotsteuerventils
mit dem Servoventilschieber des Hauptsteuerventils, was eine einfache
und kompakte Bauweise ermöglicht.
Außerdem
wird dadurch sichergestellt, dass die erfin dungsgemäße Anordnung
auch in solchen Fällen
verwendbar ist, wo eine mechanische, feste Kopplung zwischen Pilotsteuerventil
und Servoventilschieber nicht möglich
ist. Es wird daher auch eine hohe Vielseitigkeit erreicht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten
Maßnahmen sind
in den Unteransprüchen
angegeben. So kann die dem Servoventilschieber zugeordnete Bewegungseinrichtung
vorteilhaft ebenfalls mit dem am Eingang des Gehäuses des Hauptsteuerventils
anstehenden Druckmittel beaufschlagbar sein, so dass auch für die den
Servoventilschieber zugeordnete Bewegungseinrichtung keine zusätzliche
Druckmittelquelle benötigt
wird und in Folge des hohen Drucks des verwendeten Druckmittels
eine hohe Dynamik erreicht wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen
kann das Pilotsteuerventil als Regelventil ausgebildet sein, das
Eingänge für einen
Sollwert und einen Istwert aufweist und dem eine den Istwert erzeugende
Messeinrichtung zugeordnet ist, durch welche die Position des Servoventilschiebers
und/oder des diesem folgenden Hauptventilschiebers erfassbar ist.
Diese Maßnahmen
ermöglichen
in vorteilhafter Weise eine zum Verlauf des Sollwerts analoge Betätigung des
Servoventilschiebers und damit des diesem folgenden Hauptventilschiebers.
Hierdurch lassen sich daher bei einem Motor eingangs erwähnter Art
der Verlauf des Hubs des Auslassventils sowie der Verlauf der Einspritzung
exakt steuern und dementsprechend ein gewünschtes Einspritzprofil sowie
eine stoßfreie
Bewegung des Auslassventils erreichen.
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In
einfachen Fällen
genügt
es jedoch, wenn das Pilotsteuerprofil als zwei Schaltstellungen
aufweisendes Schaltventil ausgebildet ist. Dies ergibt eine besonders
einfache und robuste Bauweise, die wenig störanfällig ist.
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Druckstöße und mechanische
Schläge
können
in jedem Fall dadurch vermieden werden, dass der Hauptventilschieber,
der einen die Verbindung der Ausgänge des Ventilgehäuses mit
dessen Eingang unterbrechenden Steg aufweist, im Bereich wenigstens
einer Seitenfläche
des Stegs eine Ausnehmung aufweist. Hierdurch wird bei der entsprechenden
Bewegung des Hauptventilschiebers zunächst nur ein sehr kleiner Strömungsquerschnitt
geöffnet, so
dass der Druck im beaufschlagten Aggregat zunächst langsam ansteigt.
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Eine
weitere vorteilhafte Maßnahme
kann darin bestehen, dass die dem Hauptventilschieber zugeordneten
Druckräume
im Bereich seiner Enden achsparallel verlaufend angeordnet sind
und dass in den Druckräumen
gegenläufig
am Gehäuse
abgestützte
Kolben angeordnet sind, die unterschiedlich große Druckflächen aufweisen, wobei der dem
kleineren Kolben zugeordnete Druckraum stets mit dem am Eingang
anstehenden Druckmittel beaufschlagbar ist und der zu dem dem größeren Kolben
zugeordneten Druckraum führende
Strömungsweg
mittels des Servoventilschiebers steuerbar ist. Da mittels des Servoventilschiebers
nur ein Strömungsweg kontrolliert
werden muss, ergibt sich eine Vereinfachung der Gestaltung des Servoventilschiebers
sowie des diesem zugeordneten Pilotsteuerventils.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen
sind in den restlichen Unter ansprüchen angegeben und aus der
nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
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In
der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
eines Zweitakt-Großdieselmotors
mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
zur Steuerung der Aktuatoren einer Einspritzpumpe und eines Auslassventils,
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2 eine vergrößerte Darstellung
der der 1 zugrundeliegenden
Steuervorrichtung,
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3 eine Teildraufsicht auf
den Hauptventilschieber der Anordnung gemäß 2,
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4 ein Diagramm des Durchflussquerschnitts über dem
Verschiebeweg des Hauptventilschiebers,
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5 eine Variante zu 2 in Form eines Regelventils
und
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6 eine Variante zu 1 mit einer pumpenlosen,
durch eine common rail beaufschlagbaren Brennstoffeinspritzeinrichtung.
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Hauptanwendungsgebiet
der vorliegenden Erfindung sind Zweitakt-Dieselmotoren, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren,
wie sie beispielsweise als Schiffsantriebe Verwendung finden. Dabei handelt
es sich um vergleichsweise langsam laufende Motoren mit großem Kolbenhub
und dementsprechend großer
Einspritzmenge und langer Einspritzzeit sowie langer Auslassventil-Öffnungszeit.
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Ein
Zweitakt-Großdieselmotor
dieser Art enthält
in der Regel mehrere, in Reihe hintereinander angeordnete Zylinder.
In 1 ist zur Vereinfachung der
Darstellung lediglich ein derartiger Zylinder 1 gezeichnet.
Im Zylinder 1 ist ein Kolben 2 bewegbar angeordnet,
der über
eine Kolbenstange 3 mit einem Kreuzkopf 4 verbunden
ist, der über
eine Pleuelstange 5 mit einer Kurbelwelle 6 zusammenwirkt.
Der Kolben 2 begrenzt einen Brennraum 7, der über wenigstens
eine im dargestellten Beispiel zwei, im Bereich des Zylinderdeckels
angeordnete Einspritzdüsen 8 mit
Brennstoff beaufschlagbar ist. Im unteren Bereich der Zylinderbüchse sind
an eine Luftversorgungseinrichtung angeschlossene Lufteinlassschlitze 9 vorgesehen,
die vom Kolben 2 überfahren
und damit gesteuert werden und über
die der Brennraum 7 mit Luft beaufschlagbar ist.
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Die
bei der Verbrennung entstehenden Abgase gelangen über einen
im Bereich des Zylinderdeckels vorgesehenen, zentralen Auslass 10 in
einen von diesem abgehenden Auslasskanal 11. Dem Auslass 10 ist
ein Auslassventil 12 zugeordnet, das mittels eines zugeordneten,
als Hydraulikaggregat ausgebildeten Aktuators 13 heb- und
senkbar ist, wodurch der Auslass 10 geöffnet und geschlossen wird. Den
Einspritzventilen 8 ist im vorliegenden Beispiel eine Einspritzpumpe 14 zugeordnet,
deren Pumpenraum 15 mit durch eine Versorgungseinrichtung
bereitgestelltem Brennstoff beaufschlagbar ist, wie durch einen
Versorgungspfeil 16 angedeutet ist. Der Brennstoff wird
aus dem Pumpenraum 15 mittels eines einen sogenannten Plunger
enthaltenden Aktuators 17 ausgestoßen, der ebenfalls als Hydrau likaggregat
ausgebildet ist, dessen Kolben mit dem Plunger verbunden ist.
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Der
Akturator 13 des Auslassventils 12 und der Aktuator 17 der
Einspritzpumpe 14 sind durch Beaufschlagung mit einem in
einer Druckmittelquelle 18 anstehenden, hier hydraulischen
Druckmittel aktivierbar. Diese Aktivierung erfolgt in Abhängigkeit
von der Winkelposition der Kurbelwelle 6 und eventuell weiteren
Motorsignalen, wie Drehzahl, Last, Druck etc.. Die Druckmittelquelle 18 ist
im dargestellten Beispiel als Druckraum ausgebildet, der durch eine
von der Kurbelwelle 6 direkt oder indirekt antreibbare Pumpe 19 mit
Hydrauliköl
beaufschlagt und auf dem gewünschten
Druck gehalten wird. Im dargestellten Beispiel ist der die Druckmittelquelle 18 bildende Druckraum
als common rail ausgebildet, von der mehrere, zu zugeordneten Verbrauchern
führende Leitungen 20 abgehen,
die jeweils durch zugeordnete Ventile auf- und absteuerbar sind.
Bei einer Anordnung mit mehreren Zylindern kann eine über alle
oder zumindest eine Gruppe von Zylindern durchgehende common rail
vorgesehen sein.
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Zur
Steuerung der Druckbeaufschlagung des den Aktuator 13 des
Auslassventils 12 bildenden Hydraulikaggregats bzw. des
den Aktuator 17 der Einspritzpumpe 14 bildenden
Hydraulikaggregats ist ein den beiden Aktuatoren 13 und 17 gemeinsam
zugeordnetes, als Schieberventil ausgebildetes Hauptsteuerventil 21 vorgesehen,
das einen mit einem Ausgang der Druckmittelquelle 18 verbundenen
Eingang 22 und zwei Ausgänge 23 bzw. 24 aufweist,
von denen einer, hier der Ausgang 23 mit dem Aktuator 17 der
Einspritzpumpe 14 und der andere, hier der Ausgang 24,
mit dem Aktuator 13 des Auslassventils 12 verbunden
ist. Das Hauptsteuerventil 21 besitzt ein Ventilgehäuse 25,
das die erforderlichen Anschlüsse
in Form des Eingangs 22 und der Ausgänge 23, 24 enthält und in
dem ein axial verschiebbarer Hauptventilschieber 26 angeordnet
ist. Das Hauptsteuerventil 21 besitzt noch wenigstens einen
weiteren, im dargestellten Beispiel nur einen weiteren Anschluss 40.
Dieser dient als Rücklaufanschluss
zur Entlastung der Aktuatoren 13 bzw. 17 im nicht
aktivierten, drucklosen Zustand.
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Der
Hauptventilschieber 26 besitzt eine mittlere 0-Stellung
und ist hiervon ausgehend in axialer Richtung nach links bzw. rechts
verschiebbar. In der mittleren O-Stellung des Hauptventilschiebers 26 ist der
Eingang 22 von den Ausgängen 23, 24 getrennt. Der
Hauptventilschieber 26 ist hierzu, wie aus 2 leicht entnehmbar ist, mit einem den
Eingang 22 bzw. eine hiermit kommunizierende Ringnut abdeckenden,
umlaufenden Steg 41 versehen. In der rechten bzw. linken
Endstellung des Hauptventilschiebers 26 ist der Eingang 22 bzw.
die hiermit kommunizierende Ringnut mit jeweils einem Ausgang 23 bzw. 24 bzw. einer
hiermit kommunizierenden Ringnut verbunden. Hierzu ist der Hauptventilschieber 26 mit
den Steg 41 seitlich flankierenden Ringnuten 42 versehen,
die in axialer Richtung so breit sind, dass sie bei einer axialen
Verschiebung des Hauptventilschiebers 26, die größer als
der seitliche Überstand
des Stegs 41 über die
eingangsseitige Ringnut ist, die gewünschte Verbindung zwischen
dem Eingang 22 und einem der Ausgänge 23 bzw. 24 herstellen
können.
Im dargestellten Beispiel wird bei einer Verschiebung des Hauptventilschiebers 26 nach
rechts der Ausgang 23 mit dem Eingang 22 verbunden
und damit die Einspritzpumpe 14 aktiviert. Bei einer Verschiebung
des Hauptventilschiebers 26 nach links wird der Ausgang 24 mit
dem Eingang 22 verbunden und damit das Auslassventil 12 aktiviert.
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Dem
Hauptventilschieber 26 ist eine Hauptbewegungseinrichtung
zugeordnet. Diese enthält, wie
ebenfalls aus 2 erkennbar
ist, im Bereich der in axialer Richtung einander gegenüberliegenden Enden
des Hauptventilschiebers 26 vorgesehene, durch achsparallele
Bohrungen gebildete Druckräume 34 bzw. 35,
die durch einen jeweils zugeordneten Kolben 36 bzw. 37 begrenzt
werden. Die beiden in axialer Richtung einander gegenüberliegenden
Kolben 36 bzw. 37 stützen sich gegenläufig am
Gehäuse 25 des
Hauptsteuerventils 21 ab. In radialer Richtung können die
Druckräume 34, 35 und
die diesen zugeordneten Kolben 36, 37 um 180° gegeneinander
versetzt sein. Die Druckräume 34, 35 sind über im Hauptventilschieber 26 verlaufende
Strömungswege 38a bzw. 38b mit
dem Eingang 22 verbunden und hierüber mit dem am Eingang 22 anstehenden Druckmittel
beaufschlagbar.
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Der
Kolben 36 und der zugeordnete Druckraum 34 besitzen
jeweils eine größere wirksame Druckfläche als
der Kolben 37 und der zugeordnete Druckraum 35,
so dass die hiervon erzeugte Kraft von der durch den gegenüberliegenden
Druckraum 34 erzeugten Kraft überwunden werden kann, wodurch
der Hauptventilschieber 26 verschoben werden kann. Der
dem kleineren Kolben 37 zugeordnete Druckraum 35 ist über den
zugeordneten Strömungsweg 38b permanent
mit dem Eingang 22 verbunden und dementsprechend stets
mit Druckmittel beaufschlagt. Der Druckraum 35 ist nicht
entlastbar. Der den Druckraum 35 begrenzende Kolben 37 ist zweckmäßig über eine
Feder 39 am Gehäuse 25 abgestützt. Die
Feder 39 wird gespannt, wenn die durch den Druckraum 34 erzeugte
Kraft die durch den Druckraum 35 erzeugte Kraft überwindet
und den Hauptventil schieber 26 verschiebt. Bei Entlastung des
Druckraums 34 bewirkt die Feder 39 eine Rückstellung
des Hauptventilschiebers.
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Der
vom größeren Kolben 36 begrenzte Druckraum 34 ist
wahlweise mit Druckmittel beaufschlagbar und entlastbar. Der Druckraum 34 ist
dementsprechend über
einen weiteren, im Hauptventilschieber 26 angeordneten
Strömungsweg 38c mit dem
Rücklauf-Ausgang 40 verbindbar.
Der Anschluss des Druckraums 34 an den beaufschlagenden
Strömungsweg 38a bzw.
an den entlastenden Strömungsweg 38c ist
durch einen achsparallel, hier koaxial im Hauptventilschieber 26 angeordneten,
axial verschiebbaren Servoventilschieber 33 kontrollierbar,
das heißt
auf- und absteuerbar.
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Dem
Servoventilschieber 33 ist eine Servobewegungseinrichtung
zugeordnet, die mittels eines zugeordneten Pilotsteuerventils 43 in
Abhängigkeit von
diesem zuführbaren,
durch einen Signalpfeil 30 angedeuteten Motorsignalen aktivierbar
ist. Dabei handelt es sich, wie oben schon ausgeführt wurde, um
Kurbelwinkelsignale und eventuell zusätzliche Zustandssignale, wie
Last, Druck, oder Drehsignale oder dergleichen. Das Pilotsteuerventil 43 kann
als Elektromagnetventil ausgebildet sein. Diesem ist eine Signalerzeugungseinrichtung 29 zugeordnet, welche
die Eingangssignale erhält
und diese in zur Betätigung
des Servosteuerventils 43 geeignete Signale umwandelt.
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Die
dem Servoventilschieber 33 zugeordnete Servobewegungseinrichtung
ist als hydraulische Verschiebeeinrichtung ausgebildet. Diese enthält, wie
weiter anhand der 2 erläutert wird,
in axialer Richtung einander gegenüberliegende, zum Servoventilschieber 33 koaxiale,
im Gehäuse 25 de
Hauptsteuerventils 21 angeordnete Druckräume 44, 45,
in welche der Servoventilschieber 33 mit jeweils einer stiftartigen
Verlängerung 46 bzw. 47 nach
Art eines Kolbens eingreift. Die Verlängerungen 46, 47 bilden dementsprechend
bewegliche Begrenzungen der Druckräume 44, 45,
die wahlweise mit einem Druckmittel beaufschlagbar bzw. entlastbar
sind, wobei diese Beaufschlagung bzw. Entlastung durch das Pilotsteuerventil 43 steuerbar
ist. Hierzu ist ein von einer zugeordneten Druckmittelquelle abgehender
Versorgungsstutzen 48 durch das Pilotsteuerventil 43 wahlweise
mit zu den Druckräumen 44 bzw. 45 führenden
Anschlussleitungen 49 bzw. 50 verbindbar.
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Zweckmäßig findet
als Druckmittel der hydraulischen Servobewegungseinrichtung ebenfalls das
am Eingang 22 des Hauptsteuerventils 21 anstehende
Druckmittel Verwendung, wie das auch für die dem Hauptventilschieber 26 zugeordnete
Hauptbewegungseinrichtung der Fall ist. Der Versorgungsstutzen 48 ist
dementsprechend mit dem Eingang 22 bzw. dem hiermit kommunizierenden
Ringraum verbunden. Das dem Pilotsteuerventil 43 zugrundeliegende
Elektromagnetventil besitzt ein Gehäuse mit einem dem Versorgungsstutzen 48 zugeordneten Eingang
und zwei den Anschlussleitungen 49, 50 zugeordneten
Ausgängen
die durch einen im Gehäuse angeordneten,
magnetisch betätigbaren
Schieber wahlweise mit dem Eingang verbindbar sind.
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Das
Pilotsteuerventil 43 kann vom Hauptsteuerventil 21 distanziert
und durch Leitungen hiermit verbunden sein. Im dargestellten Beispiel
ist das Pilotsteuerventil 43 an das Gehäuse 25 des Hauptsteuerventils 21 angebaut.
Der Versorgungsstutzen 48 und die Anschlussleitungen 49, 50 sind
dementsprechend ausschließlich
als im Gehäuse 25 des Hauptsteuerventil 21 vorgesehene
Bohrungssysteme ausgebildet.
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Der
Servoventilschieber 33 ist mit seinen Enden an gegenläufig am
Gehäuse 25 des
Hauptsteuerventils abgestützten
Druckfedern 51 abgestützt. Die
Federn 51 sind gleich stark. Solange die Druckräume 44, 45 nicht
oder mit gleichem Druck beaufschlagt sind, heben sich daher die
gegenläufigen,
auf den Servoventilschieber 33 wirkenden Kräfte auf,
so dass sich dieser in einer Mittelstellung befindet was dann auch
für den
Hauptventilschieber 26 gilt, der dem Servosteuerschieber 33 folgt.
Sobald einer der Druckräume 44, 45 mehr
als der jeweils andere beaufschlagt wird, verschiebt sich der Servoventilschieber 33 gegenüber dem
Hauptventilschieber 26 nach rechts bzw. links, womit auch
die Steuernuten 52 des Servoventilschiebers 33 gegenüber den
im Hauptventilschieber 26 vorgesehenen, vom Eingang 22 über den
Druckraum 34 zum drucklosen Ausgang 40 führenden
Strömungswegen
verschoben werden. Auf diese Weise wird der Druckraum 34 belastet
oder entlastet, wodurch der Hauptventilschieber 26 entsprechend
verschoben wird. Dieser folgt daher mit kurzer Trägheitsverzögerung dem
Servoventilschieber 33.
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Das
Pilotsteuerventil 43 kann, wie im Beispiel gemäß 1 und 2, als Dreiwegeventil mit zwei äußeren, aktiven
Schaltstellungen und einer mittleren neutralen Stellung ausgebildet
sein, durch welches die Druckkammern 44, 45 der
Servobewegungseinrichtung alternativ mit dem Anschlussstutzen 48 verbunden
und dementsprechend mit Druckmittel beaufschlagt werden können, wodurch
der Servoventilschieber 33 in die eine oder andere Endstellung
gebracht wird. Dies ist in vielen Fällen ausreichend. Um dennoch
Druckstöße und schlagartige Belastungen
der durch das Hauptsteuerteuerventil 21 steuerbaren Aggregate,
im vorliegenden Beispiel der Aktuatoren 13 und 17,
zu vermeiden, sind die Seitenflächen
des Stegs 41 des Hauptventilschiebers 26 mit jeweils
einer Ausnehmung 53 versehen. Diese kann, wie in 3 gezeigt ist, einfach als
nutförmiger
Einstich ausgebildet sein. In manchen Fällen genügt es, wenn lediglich im Bereich
einer Seitenfläche
des Stegs 41 eine derartige Ausnehmung 53 vorgesehen
ist. Im dargestellten Beispiel ist, wie 2 zeigt, im Bereich beider Seitenflächen des Stegs 41 eine
derartige Ausnehmung 53 vorgesehen.
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Die
Ausnehmungen 53 bewirken, dass dann, wenn der Hauptventilschieber 26 aus
seiner Mittellage verschoben wird, zunächst nur ein kleiner, dem von
der Seitenkante der mit dem Eingang 22 kommunizierenden
Ringnut überfahrenen
Querschnitt der betroffenen Ausnehmung 53 entsprechender
Strömungsquerschnitt
zwischen dem Eingang 22 und einem der Ausgänge 23 bzw. 24 geöffnet wird,
womit die Druckbeaufschlagung der Druckkammer 34 zunächst langsam
beginnt. Dasselbe gilt umgekehrt auch bei der Entlastung. Dies kommt
in dem der 4 zugrundeliegenden
Diagramm durch den gegenüber
der vergleichsweise steilen Zunahme des geöffneten Strömungsquerschnitt vergleichsweise flach
ansteigenden Rampenbereiche 54 zum Ausdruck. Die Rampenbereiche 54 beginnen,
wie aus 4 erkennbar
ist, nach einer gewissen Verschiebestrecke des Hauptventilschiebers 26,
hier im Bereich zwischen 2 und 3 mm. Bei einer Verschiebung von
etwa 4 mm überfährt die
betreffende Seitenkante des Stegs 41 die zugewandte Seitenkante
des mit dem Eingang 22 kommunizierenden Ringraums. Ab dieser
Position nimmt dann bei einer weiteren Verschiebung der geöffnete Strömungsquerschnitt
sehr stark zu.
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Bei
dem der 5 zugrundeliegenden
Beispiel ist das Pilotsteuerventil 43 nicht lediglich als zwei
Schaltstellungen aufweisendes Schaltventil, sondern als Regelventil
ausgebildet. Der Aufbau des Hauptsteuerventils 21 entspricht
dabei dem bereits beschriebenen Beispiel gemäß 2. Nachstehend werden daher nur die Unterschiede
erläutert,
wobei für
gleiche Teile gleiche Bezugszeichen Verwendung finden.
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Die
Signalerzeugungseinrichtung 29 besitzt hier einen Sollwerteingang 55 für ein von
einem Sollwertgeber 56 kommendes Sollwertsignal und einen Istwerteingang 57 für ein von
einem Istwertaufnehmer 58 kommendes Istwertsignal. Der
Sollwertgeber 56 kann als Rechner ausgebildet sein, der
anhand eines vorgegebenen Programms aus den eingegebenen Motorsignalen 30 einen
gewünschten
Sollwert errechnet. Der Istwertaufnehmer 58 ist als an
das Gehäuse 25 des
Hauptsteuerventils 21 angebaute Messeinrichtung ausgebildet,
die die Position des Servoventilschiebers 33 und/oder die
Position des dem Servoventilschieber 33 folgenden Hauptventilschiebers 26 erfasst.
Der Istwert wird mit dem Sollwert verglichen. Aus der Differenz
wird ein Stellsignal für
das Pilotsteuerventil 43 gebildet. Hierdurch ist es möglich, den
Servoventilschieber 33 und den diesem folgenden Hauptventilschieber 26 gemäß einer
gewünschten
Bewegungskurve zu verschieben bzw. in einer gewünschten Stellung zu halten.
Dies erleichtert die Verwirklichung eines gewünschten Brennstoff Einspritzprofils
und/oder einer sanften Bewegung des dem Auslassventil 12 zugeordneten
Aktuators 13, so dass dieser keine Endlagendämpfung benötigt.
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Bei
dem der 1 zugrundeliegenden
Beispiel ist den Einspritzventilen 8 eine Einspritzpumpe 14 vorgeordnet,
deren Aktuator 17 neben dem Aktuator 13 des Auslassventils 12 durch
die erfindungsgemäße Steuervorrichtung
steuerbar ist. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung
kann aber auch bei einer Anordnung ohne Einspritzpumpe Verwendung finden.
Eine derartige Ausführung
liegt der 6 zugrunde.
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Dabei
ist eine mit vorgespanntem Brennstoff beaufschlagbare common rail 18' vorgesehen,
von der zu den Zylindern 1 führende Strömungswege 20' abgehen, die
jeweils mittels einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wahlweise
mit den Einspritzventilen 8 bzw. dem Aktuator 13 des
Auslassventils 12 verbindbar sind. Der Aufbau des Hauptsteuerventils 21 und
des diesem zugeordneten Pilotsteuerventils 43 der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung entsprechen
dabei den oben bereits beschriebenen Beispielen, so dass zur Vermeidung
von Wiederholungen hierauf Bezug genommen werden kann. Im Unterschied
zu den obigen Beispielen findet bei der Ausführung gemäß 6 als Druckmittel vorgespannter Brennstoff
Verwendung. Die als Druckmittelquelle fungierende common rail 18' wird daher durch
eine zugeordnete Pumpe 19' mit
Brennstoff beaufschlagt. Das den Aktuator 13 des Auslassventils 12 bildende
Hydraulikaggregat wird mit Brennstoff als Druckmittel betätigt.