BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines hydraulischen Kolbens gemäss dem Oberbe griff des unabhängigen Patentanspruchs i sowie eine Ver- wendung dieser Vorrichtung gemäss dem Anspruch 7.
In der DE-OS 31 00 725.2 wird eine Einrichtung zur gesteuerten Förderung des Brennstoffes in einer Brennkraftmaschine, insbesondere für die Brennstoffeinspritzung in einem Dieselmotor, beschrieben. Unter anderem ist in einem
Beispiel die Verwendung eines hydraulischen Verstärkers zur Betätigung eines doppelt wirkenden hydraulischen Antriebskolbens erwähnt, der mit dem Plunger einer Brennstoffpumpe über eine hohle Kolbenstange und eine Schraubkappe verbunden ist.
Beim hydraulischen Verstärker wird mittels eines Schrittmotors eine Gewindespindel angetrieben, die ihrerseits einen Antriebskolben translatorisch verschiebt.
Auf der Nichtplungerseite des Antriebskolbens ist in einer zentralen Bohrung des Zylinders ein Steuerventil untergebracht, das den Eintritt und den Austritt des Druckfluids in die bzw. aus den Zylinderräumen steuert und einen auf einem gewindelosen Abschnitt der Gewindespindel angebrachten Ventilkolben aufweist. EIne durch einen Winkelschritt der Gewindespindel hervorgerufene axiale Verschiebung des Ventilkolbens hat wegen der Schraubverbindung mit dem Antriebskolben eine Druckbeaufschlagung der einen Seite des Antriebskolbens und damit einen Längs schnitt der Kolbenstange zur Folge. Dieser Längsschritt wirkt der axialen Verstellung des Ventilkolbens entgegen und unterbindet dadurch die weitere Zufuhr von Druckfluid zur betreffenden Antriebskolbenseite.
Der Ventilzylinder weist umfangsmässige Ringnuten auf, und der Kolben steht unter der Vorspannung einer Druck feder, die an einer Wand des Zylinders abgestützt ist. Der
Kolben ist in dieser Anordnung mit vier Steuerkanten ver sehen, um über die genannten Ringnuten das Druckfluid den
Zylinderräumen des Antriebszylinders zuzuleiten und damit den hydraulischen Antriebskolben entsprechend zu ver stellen.
Es hat sich gezeigt, dass mit einer solchen Anordnung keine befriedigende Einspritz-Charakteristik erhalten werden kann. Gemäss der dadurch gestellten Aufgabe soll der hydraulische Linearverstärker derart angesteuert werden können, dass das Geschwindigkeitsprofil des hydraulischen
Kolbens variiert werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im kenn zeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs erreicht. Die besonders vorteilhafte Verwendung für die
Brennstofförderung ist im Anspruch 7 gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der von einer Brennstoff einspritzanlage, beispielsweise gemäss der vorgenannten
DE-OS 31 00 725.2, eine Schnittansicht durch einen Linear verstärker zur Steuerung des Plungers einer Brennstoff pumpe dargestellt ist. Dabei ist nur der Plunger ohne die
Pumpe dargestellt.
Die Vorrichtung gemäss der Figur weist einen Schritt motor 1, einen Schrittmagnet 2, eine Getriebeanordnung 3, ein hydraulisches Wegeventil 4, einen Plunger 6 einer nicht dargestellten Brennstoffpumpe und einen Druckspeicher 7 auf.
Das Wegeventil 4 besteht aus einem Ventilgehäuse 41 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 42 mit drei radialen umlaufenden Nuten 43,44,45. In jede dieser Nuten mündet eine Leitung 46,47,48 zur Verbindung nach aussen.
In der Durchgangsbohrung 42 befinden sich zwei vonein ander getrennte Kolben 50, 51 mit den zugehörigen Druckfe dern 52, 53 in deren inneren Ausnehmungen 54, 55. Jeder
Kolben 50, 51 ist mit einer radialen umlaufenden Nut 56, 57 versehen.
An der Abtriebswelle 11 des Schrittmotors list ein Ritzel 12 befestigt, und ebenso ist ein Zahnrad 22 an der Abtriebswelle 21 des Schrittmagnets 2 befestigt. Beide, das Ritzel 12 und das Zahnrad 22, kämen mit je einem breiten Ritzel 13 bzw. 23 in der Getriebeanordnung 3.
Das breite Ritzel 13 ist starr auf einer beide Kolben 50, 51 durchdringenden Antriebswelle 30 befestigt, während das breite Ritzel 23 mittels eines Innengewindes 24 auf einer Spindelhülse 31 aufgeschraubt ist. Die Spindelhülse 31 ist einstückig mit dem zweiten Kolben 51 verbunden und dieser ist mittels eines Führungsstiftes 32, der in einer Bohrung 33 im Gehäuse der Getriebeanordnung 3 starr befestigt und in einer Bohrung 34 im zweiten Kolben 51 verschieblich geführt ist, gegen eine Verdrehung gesichert. An ihrem freien Ende 35 greift die Antriebswelle 30 in ein Schraubendifferenzgewinde 36 ein, von dem die äussere Gewindehülse 37 mit einer Gewindespindel 61 und der Gewindebolzen 38 mit der Antriebswelle 30 starr verbunden sind. Die Gewindehülse 37 ist mittels Kugellagern 39 im Ventilgehäuse 41 drehbar gelagert.
Mit einem Gehäusedeckel 63 ist das Ventilgehäuse 41 auf der der Antriebsseite gegenüberliegenden Seite verschlossen, und in diesem Gehäusedeckel 63 ist eine gewindelose Partie 62 der Gewindespindel 61 gehaltert.
Der erste Kolben 50 besitzt gegen die Antriebsseite hin eine zweite Ausnehmung 55a, die einen gleichen Innendurchmesser wie die Ausnehmung 55 des zweiten Kolbens 51 hat und koaxial zu dieser angeordnet ist. Die Druckfeder 53 ist am Grund 5 la dieser zweiten Ausnehmung 55a abgestützt. Mit diesem Grund 51a ist der erste Kolben 50 an einem radialen Flansch 49, der starr an der Antriebswelle 30 befestigt ist, mittels eines Kugellagers 49a abgestützt.
Die Druckfeder 52 ist an einer Trennwand 41a im Ventilgehäuse 41 abgestützt und presst den ersten Kolben 50 gegen den radialen Flansch 49 an der Antriebswelle 30. Die Druckfeder 53 stützt sich am Grund 51a der Ausnehmung 55a im ersten Kolben 50 ab und presst gegen den Grund 55b der Ausnehmung 55 im zweiten Kolben 51.
Der Druckspeicher 7 umfasst ein Zylindergehäuse 70 mit einem äusseren Zylinderraum 71 und einem inneren Zylinderraum 72. Der Durchmesser des äusseren Zylinderraumes 71 ist um ein mehrfaches grösser als der Durchmesser des inneren Zylinderraumes 72. Ein Kolben besetzt dementsprechend zwei unterschiedliche Kolbenpartien 73, 74, je eine davon in je einem Zylinderraum. Der äussere Zylinderraum 71 ist mit einer Speiseöffnung 75 für die Zufuhr von Druckluft versehen und der innere Zylinderraum 72 öffnet sich zur Leitung 46 im Ventilgehäuse 41 hin.
Im Ventilgehäuse 41 sind die benachbarten Leitungen 46, 47 miteinander durch eine Querleitung 76 verbunden, und in die Leitung 47 mündet der eine Anschluss einer Drossel 77, die eine Verbindung zum Nutenraum der Nut 57 im ersten Kolben 50 bildet. Ferner sind die Nut 56 des zweiten Kolbens 51 und die Nut 57 des ersten Kolbens 50 über eine Leitung 78 im Ventilgehäuse 41 miteinander verbunden und diese Leitung mündet in den Steuerraum 64 des Plungers 6.
Der Plungerkolben 65 ist mittels einer Nut 66, in die eine Rippe 67 eingreift, gegen Verdrehung gesichert. In üblicher Weise ist der Steuerraum 64 gegen aussen durch einen dichtenden Deckel 68 verschlossen.
Der Plungerkolben 65 der steuerraumseitig mit einer Spindelmutter 60 versehen ist, in die die Gewindespindel 61 eingeschraubt ist, weist einen zentralen axialen Hohlraum 69 auf.
Die Funktionsweise ist die: Wenn der Schrittmotor 1 die Antriebswelle 30 dreht, so schraubt sich die Antriebswelle 30 mit ihrem Gewindebolzen 38 auf dem freien Ende 35 in die Gewindehülse 37 hinein oder heraus, je nach Drehrichtung.
Dabei werden die beiden Kolben 50, 51 ebenfalls verschoben, so dass Fluid aus dem Steuerraum 64 über die Leitung 78 und die Kolbennut 57 zur Leitung 48 und zum Tank zurückfliessen kann. Oder es fliesst Fluid aus der ersten Druckfluidquelle durch die Leitung 47, welche über die Leitung 76 mit der zweiten Druckfluidquelle, dem Druckspeicher 7, verbunden ist, durch die Nuten 43 und 44 in die Leitung 78 und damit zum Steuerraum 64. Der Kolben 65 wird sich je nach Auslenkung der Antriebsspindel 30 nach links oder rechts bewegen und damit bewirken, dass sich die Gewindespindel 61 in der Spindelmutter 60 drehen muss, weil die Gewindehülse 37 am Ende der Gewindespindel 61 axial fest gelagert ist.
Durch die Drehung wird auch die Gewindehülse 37 verdreht und damit die Antriebswelle 30 zurückgeführt.
Der Speicher 7 hat an sich für den Funktionsablauf keine Bedeutung, muss aber für extrem schnelle Kolbenbewegungen vorgesehen werden, damit die erste Druckfluidquelle mit den entsprechenden Leitungen nicht überdimensioniert werden muss.
Mittels des Innengewindes 24 im Ritzel 23 kann der Weg C zwischen der Steuerkante des zweiten Kolbens 51 und der Nut 43 im Ventilgehäuse 41 gegenüber dem Weg A zwischen der Steuerkante des ersten Kolbens 50 und der Nut 44 im Ventilgehäuse 41 verändert werden, derart, dass zusätzliches Druckfluid aus dem Druckspeicher 7 nur dann abgegeben wird, wenn z.B. eine grosse Menge Brennstoff plötzlich in den Verbrennungsmotor eingespritzt werden soll.
Somit lässt sich auf einfache Weise die Durchfluss-Kennlinie respektive die Geschwindigkeitskurve des Plungers varieren.
In Abänderung des beschriebenen Ausführungsbeispiels könnte der eine zusätzliche Kolben 51 durch mehrere Kolben ersetzt werden, die dann zweckmässigerweise in Bohrungen mit zur Ventilgehäusebohrung 42 parallelen Achsen angeordnet sein können und über Gestänge gesteuert werden.
Anstelle der einen Zufluss-Steuerkante bei Hauptkolben 50 und weiterem Kolben 51, könnten auch mehrere Steuerkanten für Zu- und Abfluss vorgesehen sein, um die jeweiligen Anforderungen an den Linearverstärker optimal zu erfüllen.
Im Ausführungsbeispiel sind als Antriebe ein Schrittmotor 1 und ein Schrittmagnet 2 vorgesehen. Diese könnten durch mechanische Betätigungen oder durch Antriebe mit Gleichstrommotoren ersetzt werden oder es könnten zwei Schrittmotoren oder zwei Schrittmagnete vorgesehen werden.
In der vorangehenden Beschreibung ist die Anwendung erläutert, bei der ein Plungerkolben eine Einspritzpumpe betätigt, aber ebensogut könnte ein Differenzkolben, ein Hydromotor oder eine Hydropumpe gesteuert werden, die direkt oder indirekt als Arbeitsgeräte benützt werden.
DESCRIPTION
The present invention relates to a device for actuating a hydraulic piston according to the preamble of independent claim i and to the use of this device according to claim 7.
DE-OS 31 00 725.2 describes a device for the controlled delivery of fuel in an internal combustion engine, in particular for fuel injection in a diesel engine. Among other things, is in one
Example mentions the use of a hydraulic amplifier for actuating a double-acting hydraulic drive piston, which is connected to the plunger of a fuel pump via a hollow piston rod and a screw cap.
In the hydraulic amplifier, a threaded spindle is driven by means of a stepper motor, which in turn translates a drive piston.
On the non-plunger side of the drive piston, a control valve is accommodated in a central bore of the cylinder, which controls the entry and exit of the pressure fluid into and from the cylinder spaces and has a valve piston attached to a threadless section of the threaded spindle. One caused by an angular step of the threaded spindle axial displacement of the valve piston has a pressurization of one side of the drive piston and thus a longitudinal section of the piston rod as a result of the screw connection with the drive piston. This longitudinal step counteracts the axial displacement of the valve piston and thereby prevents the further supply of pressure fluid to the relevant drive piston side.
The valve cylinder has circumferential annular grooves, and the piston is under the bias of a compression spring, which is supported on a wall of the cylinder. The
Piston is seen in this arrangement with four control edges ver to the pressure fluid via the ring grooves mentioned
To feed cylinder spaces of the drive cylinder and thus adjust the hydraulic drive piston accordingly ver.
It has been shown that a satisfactory injection characteristic cannot be obtained with such an arrangement. According to the task set thereby, the hydraulic linear amplifier should be able to be controlled in such a way that the speed profile of the hydraulic
Piston can be varied.
According to the invention this is achieved by the features in the characterizing part of the independent claim. The particularly advantageous use for the
Fuel funding is characterized in claim 7.
An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, in which a fuel injection system, for example according to the aforementioned
DE-OS 31 00 725.2, a sectional view through a linear amplifier for controlling the plunger of a fuel pump is shown. Only the plunger is without it
Pump shown.
The device according to the figure has a step motor 1, a step magnet 2, a gear arrangement 3, a hydraulic directional valve 4, a plunger 6 of a fuel pump (not shown) and a pressure accumulator 7.
The directional control valve 4 consists of a valve housing 41 with a central through bore 42 with three radial circumferential grooves 43, 44, 45. A line 46, 47, 48 opens into each of these grooves for connection to the outside.
In the through bore 42 are two mutually separate pistons 50, 51 with the associated Druckfe countries 52, 53 in their inner recesses 54, 55. Each
Piston 50, 51 is provided with a radial circumferential groove 56, 57.
A pinion 12 is attached to the output shaft 11 of the stepping motor, and a gear wheel 22 is also attached to the output shaft 21 of the stepping magnet 2. Both the pinion 12 and the gearwheel 22 would each have a wide pinion 13 or 23 in the gear arrangement 3.
The wide pinion 13 is rigidly attached to a drive shaft 30 penetrating both pistons 50, 51, while the wide pinion 23 is screwed onto a spindle sleeve 31 by means of an internal thread 24. The spindle sleeve 31 is connected in one piece to the second piston 51 and this is secured against rotation by means of a guide pin 32 which is rigidly fastened in a bore 33 in the housing of the gear arrangement 3 and is displaceably guided in a bore 34 in the second piston 51. At its free end 35, the drive shaft 30 engages in a screw differential thread 36, of which the outer threaded sleeve 37 is rigidly connected to a threaded spindle 61 and the threaded bolt 38 to the drive shaft 30. The threaded sleeve 37 is rotatably mounted in the valve housing 41 by means of ball bearings 39.
The valve housing 41 is closed on the side opposite the drive side by a housing cover 63, and a threadless portion 62 of the threaded spindle 61 is held in this housing cover 63.
The first piston 50 has a second recess 55a toward the drive side, which has the same inner diameter as the recess 55 of the second piston 51 and is arranged coaxially with the latter. The compression spring 53 is supported on the base 5 la of this second recess 55a. With this reason 51a, the first piston 50 is supported on a radial flange 49, which is rigidly attached to the drive shaft 30, by means of a ball bearing 49a.
The compression spring 52 is supported on a partition 41a in the valve housing 41 and presses the first piston 50 against the radial flange 49 on the drive shaft 30. The compression spring 53 is supported on the base 51a of the recess 55a in the first piston 50 and presses against the base 55b the recess 55 in the second piston 51.
The pressure accumulator 7 comprises a cylinder housing 70 with an outer cylinder space 71 and an inner cylinder space 72. The diameter of the outer cylinder space 71 is several times larger than the diameter of the inner cylinder space 72. A piston accordingly occupies two different piston parts 73, 74, one each each in a cylinder space. The outer cylinder space 71 is provided with a feed opening 75 for the supply of compressed air and the inner cylinder space 72 opens to the line 46 in the valve housing 41.
In the valve housing 41, the adjacent lines 46, 47 are connected to one another by a transverse line 76, and a connection of a throttle 77, which forms a connection to the groove space of the groove 57 in the first piston 50, opens into the line 47. Furthermore, the groove 56 of the second piston 51 and the groove 57 of the first piston 50 are connected to one another via a line 78 in the valve housing 41, and this line opens into the control chamber 64 of the plunger 6.
The plunger 65 is secured against rotation by means of a groove 66 into which a rib 67 engages. In the usual way, the control chamber 64 is closed to the outside by a sealing cover 68.
The plunger 65, which is provided on the control chamber side with a spindle nut 60 into which the threaded spindle 61 is screwed, has a central axial cavity 69.
The mode of operation is as follows: When the stepper motor 1 rotates the drive shaft 30, the drive shaft 30 screws with its threaded bolt 38 on the free end 35 into or out of the threaded sleeve 37, depending on the direction of rotation.
The two pistons 50, 51 are also displaced, so that fluid can flow back from the control chamber 64 via the line 78 and the piston groove 57 to the line 48 and to the tank. Or, fluid flows from the first pressure fluid source through line 47, which is connected via line 76 to the second pressure fluid source, pressure accumulator 7, through grooves 43 and 44 into line 78 and thus to control chamber 64. Piston 65 becomes move to the left or right depending on the deflection of the drive spindle 30 and thus cause the threaded spindle 61 to rotate in the spindle nut 60 because the threaded sleeve 37 is axially fixed at the end of the threaded spindle 61.
The rotation also rotates the threaded sleeve 37 and thus drives the drive shaft 30 back.
The memory 7 is of no importance for the functional sequence, but must be provided for extremely fast piston movements, so that the first pressure fluid source with the corresponding lines does not have to be oversized.
By means of the internal thread 24 in the pinion 23, the path C between the control edge of the second piston 51 and the groove 43 in the valve housing 41 can be changed compared to the path A between the control edge of the first piston 50 and the groove 44 in the valve housing 41 in such a way that additional Pressure fluid is only released from the pressure accumulator 7 if, for example a large amount of fuel is suddenly to be injected into the internal combustion engine.
In this way, the flow characteristic or the speed curve of the plunger can be varied in a simple manner.
In a modification of the exemplary embodiment described, an additional piston 51 could be replaced by a plurality of pistons, which can then expediently be arranged in bores with axes parallel to the valve housing bore 42 and are controlled via linkages.
Instead of the one inflow control edge for the main piston 50 and further piston 51, a plurality of control edges for inflow and outflow could also be provided in order to optimally meet the respective requirements of the linear amplifier.
In the exemplary embodiment, a stepping motor 1 and a stepping magnet 2 are provided as drives. These could be replaced by mechanical actuation or by drives with DC motors, or two stepper motors or two stepper magnets could be provided.
The foregoing describes the application in which a plunger actuates an injection pump, but could equally well control a differential piston, hydraulic motor, or pump that are used directly or indirectly as work tools.