DE2227345B1 - Brennstoffeinspritzanlage einer dieselbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzanlage einer Dieselbrennkraftmaschine mit einer Brennstoffeinspritzpumpe, die ein Saugventil und ein Überströmventil aufweist, sowie mit einem Regler, der über ein Gestänge auf mindestens eines der Ventile einwirkt, wobei das Gestänge einen Hebel enthält, der um einen Drehpunkt schwenkbar ist und mit mindestens einem der Ventile derart verbunden ist, daß eine Schwenkbewegung des Hebels eine Veränderung der Steuerzeiten mindestens eines der beiden Ventile und damit eine Veränderung der zur Einspritzung gelangenden Brennstoffmenge zur Folge hat.

Bei den aus der Praxis bekannten Brennstoffeinspritzanlagen dieser Art wird der Zeitpunkt des Beginns und des Endes des Einspitzvorgangs derart festgelegt, daß optimale Verhältnisse bei einer Betriebsdrehzahl entstehen, für welche die Maschine ausgelegt ist und die z.B. bei Maschinen für Schiffsantrieb in der Nähe der Vollastdrehzahl liegt. Dadurch wird ein wirtschaftlicher Betrieb mit minimalem Brennstoffverbrauch und höchstem Wirkungsgrad erzielt.

Es bestehen jedoch Betriebszustände, wo große Brennstoffmengen auch bei kleineren Drehzahlen als der Betriebsdrehzahl in die Zylinder eingespritzt werden sollen. Ein typischer Fall ist z.B. bei Schiffsmaschinen für direkten Antrieb der Schiffsschraube eine rasche Beschleunigung aus dem Leerlauf oder sogar eine Umsteuerung, bei welcher die Maschine möglichst rasch in der umgekehrten Drehrichtung ihre Betriebsdrehzahl erreichen soll. Wenn in solchen Fällen der Vollast entsprechende Brennstoffmengen bei kleinen Drehzahlen eingespritzt werden, verbrennen sie meistens im Bereich des oberen Totpunkts der Kolben oder sogar noch vor diesem. Das hat einen harten Lauf der Maschine und unzulässig hohe Drücke in den Zylindern zur Folge. Man war daher bisher in solchen Fällen gezwungen, anfänglich eine kleinere Brennstoffmenge als die volle Brennstoffmenge einzuspritzen und diese erst fortschreitend in Abhängigkeit von der Erhöhung der Drehzahl zu vergrößern.

Die Erfindung hat eine Ausbildung der Brennstoffeinspritzanlage zum Ziel, welche diese Nachteile nicht aufweist und die Einspritzung der vollen, der Betriebsdrehzahl bzw. Betriebslast entsprechenden Brennstoffmenge auch bei kleinerer als der Betriebsdrehzahl gestattet.

Die erfindungsgemäße Anlage, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung, welche eine Verschiebung des Drehpunkts des Hebels ermöglicht, derart, daß die Steuerzeiten des Ventils bzw. der Ventile zusätzlich verändert werden können.

Der Hebel kann dabei auf beide Ventile einwirken, wobei durch die Verschiebung des Drehpunkts eine Veränderung der Steuerzeiten der beiden Ventile im gleichen Sinn, eine Vorverlegung oder eine Rückverlegung, erzielt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, die Anlage so auszubilden, daß der Hebel auf das Überströmventil einwirkt und daß die Einstellvorrichtung ein zusätzliches Gestänge enthält, das eine gleichzeitige Beeinflussung der Steuerzeiten des Saugventils im gleichen Sinn gestattet. In beiden Fällen wird eine einfache, zuverlässige Ausbildung erhalten, die in das Gestänge von bestehenden Maschinen, z.B. großen Schiffsdieselmotoren, eingebaut werden kann.

Vorzugsweise ist es möglich, einen durch ein Druckmittel betätigbaren Zylinder mit einem Kolben vorzusehen, welcher über ein Gestänge auf den Drehpunkt des Hebels einwirkt. Dabei kann zur Steuerung der Zufuhr des Druckmittels in den Zylinder ein zusätzlicher Regler vorgesehen werden, der z.B. von der Drehzahl der Maschine beeinflußt wird. Durch diese Maßnahmen wird auf einfache Weise eine selbsttätige Funktion der Anlage ermöglicht.

Dabei können vorzugsweise der Einspritzbeginn und das Einspitzende zur Erzielung optimaler Verhältnisse bei Betriebsdrehzahl und im Ruhestand des Kolbens im Zylinder eingestellt werden, wobei der Regler durch die Einstellvorrichtung bei ihrer Betätigung aus dem Ruhezustand eine Rückverlegung des Einspritzbeginns bewirkt. Eine derartige Ausbildung der Anlage hat den Vorteil, daß sich die Einstellvorrichtung im normalen Betrieb in einem Ruhezustand befindet, in welchem der zu ihrer Betätigung verwendete Energieträger, wie z.B. Druckluft, abgeschaltet sein kann.

Die Erfindung wird an Hand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Brennstoffeinspritzanlage eines großen Schiffsdieselmotors mit einer Brennstoffpumpe, die ein gesteuertes Saugventil und ein gesteuertes Überströmventil aufweist, wobei die Steuerzeiten beider Ventile unverändert sind, und die

Fig. 2 eine im wesentlichen der Fig. 1 entsprechende Anlage, wobei jedoch nur die Steuerzeiten des Überströmventils veränderlich sind.

In beiden Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In der Fig. 1 ist die Brennstoffeinspritzanlage eines großen Schiffsdieselmotors dargestellt, welche eine Brennstoffeinspritzpumpe 1 enthält, die an eine Zubringeleitung 2 für Brennstoff angeschlossen ist und diesen durch eine Förderleitung 3 einem Brennstoffeinspritzventil 4 zuführt, das im Zylinderkopf 5 des Motors 6 angeordnet ist. Die Brennstoffpumpe 1 enthält ein gesteuertes Saugventil 7 und ein gesteuertes Überströmventil 8. Außerdem enthält die Brennstoffpumpe noch einen Kolben 10, welcher durch einen auf einer Nockenwelle 11 angeordneten Nocken 12 hin und her bewegt werden kann. Mit dem Kolben 10 sind Hebel 13, 14 verbunden, die auf exzentrischen Zapfen 15, 16 abgestützt sind und zur Betätigung der Ventile 7, 8 dienen. Die exzentrischen Zapfen 15, 16 sind mit Hebeln 17, 18 verbunden, die eine Verstellung der Steuerzeiten, das heißt der Zeitpunkte des Öffnens und Schließens der Ventile, gestatten.

Wenn das Saugventil während eines Abwärtshubs des Kolbens 10 geöffnet wird, gestattet es die Einströmung von Brennstoff aus der Zubringeleitung 2 in einen Pumpenraum 20. Am Anfang der Aufwärtsbewegung des Kolbens 10 wird das Saugventil 7 geschlossen, was, da das Überströmventil 8 geschlossen ist, den Beginn des Einspritzvorgangs bedeutet. Der Kolben 10 preßt dabei Brennstoff aus den Pumpenraum 20 durch ein Förderventil 21 in die Brennstoffleitung 3 und durch das Einspritzventil 4 in den Zylinder der Maschine. Das Ende des Einspritzvorgangs wird durch die Öffnung des Überströmventils 8 bestimmt, welches eine Entspannung des im Pumpenraum 20 befindlichen Brennstoffs und ein Ausströmen des eventuell noch weiter geförderten Brennstoffs in eine Überströmleitung 22 gestattet.

Nach der Darstellung in der Fig. 1 ist die Brennkraftmaschine mit einem Drehzahlregler 23 versehen, dessen Ausgangshebel 24 zwischen den Endstellungen 0 und 10 beweglich ist und durch seine Bewegungen in bekannter Weise die Menge des zur Einspritzung gelangenden Brennstoffs bestimmt. Der Ausgangshebel 24 des Reglers ist durch eine Stange 25 mit einem dreiarmigen Hebel 26 verbunden, dessen in einer Linie liegende Arme 27 und 28 durch Stangen 30, 31 mit dem Hebel 17 bzw. 18 verbunden sind.

Wenn bei dieser Anordnung der Ausgangshebel 24 des Reglers 23 eine Bewegung von 0 auf 10 ausführt, wird der dreiarmige Hebel 26 im Uhrzeigersinn um einen Drehpunkt X geschwenkt, was zu einer Vorverlegung des Schließens des Saugventils 7 und einer Rückverlegung des Öffnens des Überströmventils 8 führt. Dadurch wird der Zeitraum der Einspritzung des Brennstoffs verlängert, so daß die eingespritzte Brennstoffmenge vergrößert wird. Bei einer umgekehrten Bewegung des Hebels 24 entstehen umgekehrte Verhältnisse. Wie noch aus der Figur hervorgeht, ist der Regler 23 durch Zahnradgetriebe 32, 33 und 34, 35 mit der Nockenwelle 11 verbunden.

Der Drehpunkt X des Hebels 26 ist auf einem Hebelarm 36 eines Winkelhebels 37 ausgebildet. Der andere Arm des Winkelhebels 37 ist durch Stangen 38, 39 und einen Winkelhebel 40 mit der Kolbenstange 41 eines Kolbens 42 verbunden, der in einem Zylinder 43 beweglich ist. Der Kolben 42 steht unter dem Einfluß einer Feder 44, welche im Ruhezustand den Kolben in die dargestellte rechte Endstellung drückt.

Der rechte Zylinderraum des Zylinders 43 ist durch eine Druckluftleitung 45 mit einem pneumatischen Ventil 46 verbunden, das die Leitung 45 wahlweise an eine Druckluftleitung 47 oder eine Entlüftungsleitung 48 anschließen kann. Bei der dargestellten Stellung der Anlage ist die Leitung 45 entlüftet und der rechte Zylinderraum des Zylinders 43 drucklos. Das Umschaltventil ist zwischen den beiden Stellungen, die mit I und II bezeichnet sind, unter dem Einfluß eines Reglers 50 beweglich. Dem Regler 50 wird durch eine Signalleitung 51 das Meßsignal einer Drehzahlmeßvorrichtung 52 zugeführt, die mit einem Zahnrad 53 verbunden ist, das mit dem Zahnrad 32 des Antriebs des Reglers 23 kämmt.

In der Fig. 1 sind alle dem Ruhestand entsprechenden Stellungen der Teile mit I bezeichnet, die Stellungen, welche sich bei einer Betätigung des pneumatischen Zylinders 43 durch den Regler 50 ergeben, mit II.

Bei der Betriebsdrehzahl befindet sich die Anlage in der dargestellten Stellung, wobei die Teile der Einstellvorrichtung die mit I bezeichnete Stellung einnehmen. Dabei wird der wirtschaftliche Betrieb der Maschine erhalten, wobei wegen der hohen Drehzahl große Einspritzmengen verwendet werden können. Sobald sich jedoch die Maschine in einem Drehzahlbereich befindet, der unter einer Grenzdrehzahl liegt, die z.B. 60 % der Betriebsdrehzahl betragen kann, bringt der Regler 50 durch Betätigung des Umschaltventils 46 die Teile der Einstellvorrichtung in die mit II bezeichnete Stellung. Dadurch wird der Drehpunkt X in die mit X' bezeichnete Stellung verschoben. Die Steuerzeiten der beiden Ventile 7 und 8 erfahren dabei gleichzeitig eine Veränderung im gleichen Sinn, das heißt im vorliegenden Fall eine Verzögerung des Beginns wie auch des Endes des Einspritzvorgangs. Die durch den Regler 23 bestimmte Brennstoffmenge bleibt dabei unverändert.

Durch diese Verstellung ist es möglich, trotz niedriger Drehzahl auch die größten, der Vollast entsprechende Brennstoffmengen einzuspritzen, ohne daß die Drücke im Zylinder übermäßig ansteigen. Dadurch wird unter anderem eine besonders rasche

Beschleunigung der Maschine ermöglicht, die z.B. in Notfällen bei raschen Umsteuerungen auf Schiffen (volle Kraft rückwärts) erforderlich ist.

Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von der nach der Fig. 1 nur dadurch, daß die Brennstoffpumpe im normalen Betrieb einen konstanten Einspritzbeginn hat. Der Regler 23 wirkt daher nur auf den Hebel 18 des Überströmventils 8 ein, und zwar über die Stange 25, einen Winkelhebel 100, eine Stange 101, einen zweiarmigen Hebel 102 mit dem Drehpunkt X sowie eine Stange 103. Der pneumatische Zylinder 43 der Einstellvorrichtung wirkt hingegen mit seiner Kolbenstange 41 auf beide Ventile 7 und 8 ein, und zwar über einen dreiarmigen Hebel 104, Stangen 105, 106, Winkelhebel 107, 108 und eine Stange 110, die zum Hebel 17 des Ventils 7 führt.

Bei dieser Ausführungsform wird im normalen Betrieb nur die Steuerzeit des Ventils 8 verändert, wodurch die zur Einspritzung gelangende Brennstoffmenge beeinflußt wird. Der Regler 50 bewirkt jedoch, wie beim Beispiel nach der Fig. 1, unter dem Einfluß des Signalgebers 52 eine Verstellung der Steuerzeiten beider Ventile 7 und 8 gleichzeitig und im gleichen Sinn, wobei die Brennstoffmenge unverändert bleibt. Wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 kann die Anordnung so getroffen sein, daß im normalen Betriebszustand des Motors, das heißt bei der Betriebsdrehzahl, der Zylinder 43 entlüftet ist, und die Feder 44 den Kolben 42 in seiner rechten Endstellung hält. Durch die Betätigung des Zylinders 43 wird dann der Einspritzvorgang gegenüber dem normalen Betrieb zurückverlegt.

Obwohl die Regelung bei den Beispielen nach den Fig. 1 und 2 nur zwei Stellungen hat, die mit I und II bezeichnet sind, ist durch eine geeignete Wahl des Reglers 50 und des Ventils 46 auch eine kontinuierliche Einstellung der Steuerzeiten der Ventile 7 und 8 möglich. In einem solchen Fall wären die Stellungen I und II nur die Endstellungen, zwischen welchen die Einstellbewegungen kontinuierlich stattfinden würden.

Claims (7)

1. Brennstoffeinspritzanlage einer Dieselbrennkraftmaschine mit einer Brennstoffeinspritzpumpe, die ein Saugventil und ein Überströmventil aufweist, sowie mit einem Regler, der über ein Gestänge auf mindestens eines der Ventile einwirkt, wobei das Gestänge einen Hebel enthält, der um einen Drehpunkt schwenkbar ist und mit mindestens einem der Ventile derart verbunden ist, daß eine Schwenkbewegung des Hebels eine Veränderung der Steuerzeiten mindestens eines der beiden Ventile und damit eine Veränderung der zur Einspritzung gelangenden Brennstoffmenge zur Folge hat, gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung (42, 43, 37, 107), welche eine Verschiebung des Drehpunkts (X) des Hebels (26, 102) ermöglicht, derart, daß die Steuerzeiten des Ventils (8) bzw. der Ventile (7, 8) zusätzlich verändert werden können.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (26) auf beide Ventile (7, 8) einwirkt und daß durch die Verschiebung des Drehpunkts (X) eine Veränderung der Steuerzeiten der beiden Ventile (7, 8) im gleichen Sinn, eine Vorverlegung oder eine Rückverlegung, erzielt wird (Fig. 1).

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (102) auf das Überströmventil (8) einwirkt und daß die Einstellvorrichtung ein zusätzliches Gestänge (106, 108, 110) erhält, das eine gleichzeitige Beeinflussung der Steuerzeiten des Saugventils (7) im gleichen Sinn gestattet (Fig. 2).

4. Anlage nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen durch ein Druckmittel betätigbaren Zylinder (43) mit einem Kolben (42), welcher über ein Gestänge auf den Drehpunkt (X) des Hebels (26, 102) einwirkt.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Zufuhr des Druckmittels in den Zylinder (43) ein zusätzlicher Regler (50) vorgesehen ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (50) von der Drehzahl der Maschine (6) beeinflußt wird.

7. Anlage nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzbeginn und das Einspritzende zur Erzielung optimaler Verhältnisse bei Betriebsdrehzahl und im Ruhestand des Kolbens (42) im Zylinder (43) eingestellt werden und daß der Regler (50) durch die Einstellvorrichtung (42, 43) bei ihrer Betätigung aus dem Ruhezustand eine Rückverlegung des Einspritzbeginns bewirkt.