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Vorrichtung zum Verstellen der Kraftstoffmenge und des Einspritzzeitpunktes
bei Einspritzbrennkraftmaschinen Zusatz zum Patent 1072 837 Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen der Kraftstoffmenge und des Einspritzzeitpunktes
bei Einspritzbrennkraftmaschinen mit einem Fliehkraftregler, welcher gegen die Kraft
einer Rückführfeder eine die Stellung des Fördermengenverstellgliedes der Einspritzpumpe
beeinflussende Reglerinuffe bewegt und welcher außerdem über eine zweite, sich entgegen
der ersten Reglermuffe bewegende Reglermuffe ein Ventilglied eines Überströmventils
gegen den das Ventilglied belastenden Kraftstoffdruck bewegt, der zur Betätigung
eines den Einspritzzeitpunkt bestimmenden Verstellgliedes dient, nach Patent
1072 837. Eine mechanische Übertragung der Verstellkräfte des Reglers auf
das Fördermengenverstellglied der Einspritzpumpe, wie sie bei der Vorrichtung nach
dein Hauptpatent vorgesehen ist, bedingt dann einen verhältnismäßig großen Regler,
wenn, wie beispielsweise im Falle von Einspritzpumpen mit mehreren Einzelpumpen,
ziemlich große V erstellkräfte aufgebracht werden müssen. Bei einer hydraulischen
Übertragung der Verstellkräfte kann mit kleineren Regelkräften und daher vorteilhafterweise
mit einem kleineren und billigeren Regler ausgekommen werden.
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Gemäß der Erfindung wird eine Lösung, die diese Vorteile aufweist,
dadurch erreicht, daß die Rückführ--feder auf ein bewegliches Ventilglied eines
zweiten Überströmventils entgegen dem das Ventilglied belastenden Kraftstoffdruck
wirkt, der zur Betätigung des Fördermengenverstellgliedes dient.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung eine Einspritzanlage mit einer Vorrichtung zum Verändern der einzuspritzenden
Kraftstoffmenge und zum Verstellen des Einspritzzeitpunktes dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Skizze der Einspritzanlage, Fig. 2 den für die Erfindung
wesentlichen Teil der Verstellvorrichtung im Schnitt, Fig. 3 ein Druck-Drehzahl-Schaubild.
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An eine Einspritzpumpe 1 sind zwei Förderpumpen 2 und 26 angebaut,
die Kraftstoff aus einem Behälter 3 durch eine Leitung 4 ansaugen. Die Förderpumpe
26 fördert den angesaugten Kraftstoff durch eine Leitung 60 teils über ein Filter
6 zu der Einspritzpumpe 1, teils zu anderen nachfolgend beschriebenen Teilen der
Einspritzanlage.
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Von der Leitung 60 zweigt eine Leitung 62 ab; die an die Druckkammer
63 eines Zylinders 64 angeschlossen ist, in dem ein mit dem Fördermengenverstellglied
65 der Einspritzpumpe gekuppelter, unter der Kraft einer Feder 67 stehender Kolben
68 gleitet. Gegen einen Absatz des Zylinders 64 wird durch eine Feder 69 eine Scheibe
70 gedrückt, die als Vollastanschlag für den Kolben 68 dient. Der Druck in der Leitung
60 wird, wie später ausgeführt ist, einerseits bestimmt durch einen Regler 8, der
über eine Zweigleitung 73 an die Leitung 60 angeschlossen ist, und andererseits
durch ein Über strömventil 74.
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Die Förderpumpe 2 fördert den angesaugten Kraftstoff durch eine Leitung
7 mit einer Drosselstelle 77 zu einem Zylinder 9, in dem ein Kolben 10 geführt ist.
Dieser steht einerseits unter der Wirkung des Druckes in der Kraftstoffleitung 7
und andererseits unter der Wirkung einer Feder 11 und des Gegendruckes in einer
Leitung 79 mit Drosselstelle 80. Die Leitung 7 ist außerdem über eine Zweigleitung
78 an den Regler 8 angeschlossen.
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Der Kolben 10 ist über einen zweiarmigen Hebel 12 mit einem Verstellglied
13 verbunden. Dieses Verstellglied ist über zwei gleichachsig zueinander verlaufende
Steilgewindeabschnitte entgegengesetzter Steigung längsverschiebbar mit entsprechenden
Außengewindeabschnitten gekuppelt, die sich an den einander zugekehrten Enden einer
Welle 14 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine einerseits sowie einer Antriebswelle
15 der Einspritzpumpe andererseits befinden. Der Hebel 12 ist an einem das Verstellglied
umschließenden Gehäuse 17 gelagert, das an der Einspritzpumpe 1 befestigt ist. Auf
der Welle 14 sitzt ein Kettenrad 18, das über eine Kette 19 den Regler 8 antreibt.
In
die Leitung 60 ist zwischen der Abzweigung 62 und dem Regler 8 ein Schließventil
eingebaut, in dessen Zylinder 82 ein Schieber 83 gleitet, der eine Ringnut 84 und
einen Anschlagstift .85 hat. Auf die eine Stirnseite des Schiebers wirkt eine Feder
87 und auf die andere Seite der Druck in der Leitung 7, mit der der Zylinder 82
durch eine Leitung 88 verbunden ist.
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Das Überströmventil 74 am Ende- der Leitung 60 hat ein bewegliches
Ventilglied 90, dessen zylindrischer Schaft im Gehäuse 91 geführt ist und das in
der gezeichneten Stellung eine Ausnehmung im Gehäuse 91 abschließt, die mit der
an das Gehäuse 91 des Überströmventils 74 angeschlossenen Leitung 60 in dauernden-
Verbindung steht. Eine Feder 92 ist bestrebt, das bewegliche Ventilglied 90 in der
gezeichneten Schließstellung zu halten. Diese Feder wirkt dem in der Leitung 7 herrschenden
Druck entgegen, der über eine Leitung 93 auf die Stirnseite des zylindrischen Ventilschaftes
wirksam ist. Von dem die Feder 92 aufnehmenden Raum des Gehäuses 91 führt eine Leitung
94 zum Kraftstoffbehälter.
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In dem Gehäuse 95 des Reglers 8 sind Überströmventile vorgesehen,
deren bewegliche Ventilglieder 96 und 97 (Fig. 2) den aus den Zweigleitungen 73
und 78 ankommenden Kraftstoffstrom steuern und bei geöffneter Stellung zu Kraftstoffrückleitungen
98 und 20 führen, wobei die Leitung 98 in die Leitung 20 mündet. In die Rückleitung
20 mündet auch eine Leitung 99, die von dem die Federn 67 und 69 aufnehmenden Raum
des Zylinders 64 ausgeht. Auch die an den Zylinder 9 angeschlossene Leitung 79 führt
in die Rückleitung 20. Diese mündet in das Gehäuse eines Einwegventils, dessen bewegliches
Ventilglied 100 durch eine Feder 102 belastet ist. Aus dem die Feder 102 enthaltenden
Raum des Gehäuses 103 führt eine Leitung 104 zu der mit dem Kraftstoffbehälter 3
verbundenen Rückleitung 94.
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In dem Reglergehäuse 95 ist eine Achse 111 axial verschiebbar angeordnet,
auf der ein Kettenrad 112 drehbar und axial verschiebbar gelagert ist. Die eine
Nabe dieses Rades .bildet das bewegliche Ventilglied 97 und die andere einen käfigartigen
Mitnehmer 113 für Fliehgewichtskugeln 37. Das Rad 112 wird durch die Kette 19 angetrieben.
Die Kugeln 3,7 werden außer durch das Rad 112 und den Mitnehmer 113 noch durch eine
tellerförmige Reglermuffe 114 gehalten, die zwischen in Nuten auf der Achse 111
sitzenden Federringen 115 und 116 angeordnet ist. Eine Feder 42 stützt sich in der
gezeichneten Ruhelage des Reglers einerseits über die Reglermuffe 114 und die Achse
111 am beweglichen Ventilglied 96 und andererseits an einem auf der Achse 111 längsverschiebbaren
Federteller 45 ab. In eine Ringnut 46 des Federtellers 45 greift ein radial gerichteter
Bolzen 47 ein, der an einem Hebel 48 sitzt. Dieser Hebel ist auf einer im Gehäuse
95 gelagerten Welle 49 befestigt, die außerhalb des Gehäuses einen Bedienungshebel
50 trägt. Eine Nippelschraube 118 dient zum Anschließen der Leitung 60 an das Gehäuse
95 und bildet mit ihrem senkrecht zur Leitung 60 liegenden Abschnitt die Zweigleitung
73,. Im hohlen Schaft der Schraube 118 ist gleichachsig zur Achse 111 das bewegliche
Ventilglied 96 geführt. In der gezeichneten Ruhelage ist das Ventilglied 96 mit
der ganzen Kraft der Feder 42 belastet. Dagegen hat das mit dem Rad 112 aus einem
Stück bestehende bewegliche Ventilglied 97 in der gezeichneten Ruhelage einen geringen
Abstand von einer die Ventilsitzfläche bildenden Schulter 119, da die zwischen dem
Kettenrad 112 und der Muffe 114 liegenden Kugeln 37 in Ruhelage axiales Spiel haben
und deshalb keinen axialen Druck auf das Rad 112 und damit auf das bewegliche Ventilglied
97 übertragen.
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Die auf die Reglermuffe 114 drückende Feder 42 kann durch den Bedienungshebel
50 zur Einstellung der zu regelnden Drehzahl willkürlich gespannt werden. Solange
die Fliehgewichte 37 über die Muffe 114 die Spannung der Feder 42 nicht zu überwinden
vermögen, drückt die Achse 111 auf das bewegliche Ventilglied 96.
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Die am Rad 112 angreifende Axialkomponente der an den Kugeln 37 herrschenden
Fliehkräfte ist bestrebt; das Ventilglied 97 im Schließsinn zu bewegen.
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Während auf der Abflußseite der beweglichen Ventilglieder 96 und 97
der durch das Einwegventil 100 bis 103 aufrechterhaltene Druck herrscht,
der nur geringfügig über dem Atmosphärendruck eingestellt ist, wirkt auf der Zuflußseite
der beweglichen Ventilglieder 96 und 97 der in den Kraftstoffleitungen 60 und 7
durch die Förderpumpen 26 und 2 erzeugte Druck. Da die Förderpumpe 26 während des
Betriebes in der Regel mehr Kraftstoff fördert als die Einspritzpumpe 1 benötigt,
ist das Ventilglied 96 offen, und der überschüssige Kraftstoff fließt über die Leitungen
98 und 20 und das Einwegventil 100 bis 103 zum Kraftstoffbehälter 3.
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Das Ventil mit dem beweglichen Ventilglied 96 wirkt also als Überströmventil,
dessen Öffnungsdruck neben dem des Ventils 74 den Druck in der Leitung 60 beeinflußt
und durch die Differenz aus der Kraft der Feder 42 und der Axialkomponente der Fliehkraft
der Kugeln 37 bestimmt wird. Das Ventil mit dem beweglichen Ventilglied 97 wirkt
ebenfalls als Überströmventil, dessen den Druck in der Leitung 7 bestimmender Öffnungsdruck
nur durch die Axalkomponente der Fliehkraft der Kugeln 37 bestimmt wird.
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Durch die in der Leitung 7 auftretenden Druckunterschiede wird der
Kolben 10 verschoben und bewegt das über den Doppelhebel 12 mit ihm gekuppelte Verstellglied
13. Infolge der Steilgewindeverbindung zwischen dem Verstellglied 13 und den Wellen
14 und 15 werden dabei die beiden Wellen gegeneinander um einen Winkel verdreht,
der abhängig ist vom Verschiebeweg des V erstellgliedes 13. Da die Änderung des
Druckes in der Leitung 7, wie oben erwähnt, nur von der Drehzahl des Reglers und
damit von derjenigen der Brennkraftmaschine abhängt, findet die gegenseitige Verdrehung
der beiden Wellen 14 und 15 nach dem gleichen Gesetz statt. Durch die Drosselstellen
77 und 80 in der Zu- und Abflußleitung des Zylinders 9 wird erreicht, daß etwaige
durch Drehschwingungen der Antriebswelle 15 erzeugte, über das Verstellglied 13
und den Hebel 12 auf den Kolben 10 wirkende stoßartige Kräfte gedämpft werden und
nicht zu einer Verschiebung des Kolbens 10 führen können.
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Der Druck in der Leitung 7 wirkt auf den Schieber 83 im Zylinder 82.
Beim Starten der Brennkraftmaschine ist die Leitung noch ohne Druck, da das Überströmventil
97 unbelastet ist. Der Schieber befindet sich deshalb durch die Feder 87 in einer
Stellung, in der er die Leitung 60 verschließt. Die Absperrung der Leitung 60 bewirkt,
daß der durch die Förderung der Pumpe 26 in der Leitung 60 sich ergebende Druck
den Kolben 68 und damit das Fördermengenverstellglied- 65 entgegen der Wirkung der
Federn 67 und 69, d. h. also über den Vollastanschlag hinaus in eine Lage bewegt,
in der die Einspritzpumpe die für das Starten erforderliche, die Vollastkraftstoffmenge
übersteigende
Kraftstoffmenge der Brennkraftmaschine zuführt. Durch den beim Anspringen der Brennkraftmaschine
in der Leitung 7 ansteigenden Druck wird der Schieber 83 in die gezeichnete Stellung
verschoben, in der die Leitung 60 offen ist und der Anschlagstift 87 am Gehäuse
82 anliegt. In dieser Stellung verbleibt der Schieber während des Betriebs der Brennkraftmaschine.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird der Druck in der Leitung 60, der
die Verschiebung des Fördermengenverstellgliedes 65 bewirkt, jeweils durch dasjenige
der beiden Ventilglieder 96 und 90 bestimmt, das den kleineren Öffnungsdruck hat.
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Der von der Drehzahl der Einspritzpumpe abhängige Öffnungsdruck des
beweglichen Ventilglieds 96 ist in dem Druck-Drehzahl-Schaubild (Fig. 3) mit p3
bzw. p", bezeichnet, er resultiert aus folgenden Drücken: a) dem von der Drehzahl
unabhängigen Druck, der in der Leitung 60 vor dem Ventilglied 96 erforderlich ist,
um dieses entgegen der Kraft der Feder 42 von seinem Sitz abzuheben. Dieser Druck
hängt von der Einstellung des Hebels 50 ab. Für zwei verschiedene Einstellungen
dieses Hebels sind beispielsweise die Drücke p1 und pii im Schaubild eingezeichnet;
b) dem drehzahlabhängigen Druck p2, der in der Leitung 60 erforderlich wäre, um
die der Kraft der Feder 42 entgegenwirkenden Fliehkräfte der Kugeln 37 zu ersetzen.
Die bei den beiden Hebelstellungen auftretenden Öffnungsdrücke p3 und p31 für das
Ventilglied 96 ergeben sich daher aus der Differenz p1- p2 bzw. p1 i-1'2' Der ebenfalls
von der Drehzahl abhängige Öffnungsdruck p6 des Ventilgliedes 90 resultiert aus
folgenden Drücken: a) dem von der Drehzahl unabhängigen Druck p4, der in der Leitung
60 vor dem Ventilglied 90 erforderlich wäre, um dieses entgegen der Kraft der Feder
92 von seinem Sitz abzuheben. Die Kraft der Feder 92 ist so gewählt, daß der Druck
p4 gleich dein auf den Kolben 68 wirkenden Druck ist, der entgegen der Kraft der
Feder 67 das Fördermengenverstellglied 65 gerade noch in Vollaststellung hält, in
der also der Kolben 68 die Scheibe 70 noch berührt; b) dem drehzahlabhängigen Druck
p5, der in der Leitung 60 erforderlich wäre, um den in der Leitung 7 ebenfalls entgegen
der Kraft der Feder 92 auf die Stirnseite des Schaftes des Ventilglieds 90 wirkenden,
drehzahlabhängigen Druck zu ersetzen.
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Der Öffnungsdruck p., des Ventilglieds 90 ergibt sich also aus der
Differenz p4-p,5. In dem Schaubild ist außerdem der Druck p7 angegeben. Dieser Druck
ist in der Leitung 60 und damit vor dem Kolben 68 erforderlich, um diesen entgegen
der Kraft der Feder 67 und unter Mitnahme der Scheibe 70 auch noch entgegen der
Kraft der Feder 69 zu verschieben und dabei das Fördermengenverstellglied 65 in
eine Stellung zu bringen, in der die Einspritzpumpe die für das Starten der Maschine
erforderliche, die Vollastkraftstoffmenge übersteigende Kraftstoffmenge fördert.
Der Druck p7 wird erreicht, wenn bei Startdrehzahl der Druck in der Leitung 7 nicht
ausreicht, um den Schieber 83 in der gezeichneten Stellung zu halten, so daß die
Feder 87 den Schieber in der die Leitung 60 abschließenden Stellung hält. Aus dem
Druck-Drehzahl-Schaubild (p, n) ist also ersichtlich, daß bis zum Erreichen der
Startdrehzahl n1 die Einspritzpumpe die für das Starten der Maschine erforderliche
Kraftstoffmenge fördert. Von der Drehzahl n1 bis n2 bzw. n21 ist der Öffnungsdruck
p6 des beweglichen Ventigliedes 90 und über den Drehzahlen n2 bzw. n21 der Öffnungsdruck
p3 bzw. p31 des beweglichen Ventilgliedes 96 maßgebend für den Druck in der Leitung
60 und damit für die Stellung des Fördermengenverstellgliedes 65.
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Die im Bereich zwischen den Drehzahlen yzi und n2 bzw. n21 auftretende
Verminderung des Druckes p6 und damit die entsprechende Verminderung der geförderten
Kraftstoffmenge ist der von der Brennkraftmaschine rauchfrei verbrennbaren Kraftstoffhöchstmenge
in diesem Drehzahlbereich angepaßt.
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Das Einwegventil mit dem beweglichen Ventilglied 100 ist in der Leitung
20 angeordnet, um zu verhindern, daß sich die vor diesem Ventilglied liegenden Kraftstoffräume
und Leitungen entleeren können, was ein Arbeiten der Regelglieder ungünstig beeinflussen
würde.