DE1814360A1 - Auf Motordrehzahl und Kraftstoffdruck ansprechender Regler - Google Patents

Description

CATERPILLAR TRACTOR CO.

Peoria, Illinois 6l602 früher: San Leandro, Kalifornien N.E. Adams Street 100 Davis Street 800

V. St. A. V. St. A.

"Auf Motordrehzahl und Kraftstoffdruck ansprechender Regler."

Die gegenwärtig in Gebrauch befindlichen Regler für die Regelung von Motordrehzahlen erfordern empfindliche Ventile, Schwunggewichte und andere teuere Bestandteile. In vielen Reglern wird ein durch eine Feder vorgespanntes Ventil durch eine Gruppe von Schwunggewichten gesteuert, auf die die Fliehkraft wirkt, die durch die Drehung einer Welle in dem Regler hervorgerufen wird. Die verschiedenen Toleranzen und Passungen bei einem derartigen Regler machen die Herstellung und die Wartung des Reglers teuer.

Die Erfindung bezieht sieh auf einen Regler, der auf Schwunggewiehte verziehtet und stattdessen auf den Kraftstoffdruck und die Drehzahl des Motors anspricht.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirfscn.-Jng. Axel Hansrrtann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

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Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Regler* d,er ein drehzahlempfindliches Ventil in Verbindung mit einem Druckregulierventil verwendet.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Regler zur Regelung der Motordrehzahl durch die Erzeugung eines Kraftstoff druckes in dem Kraftstoffpumpengehäuse, wodurch die Verwendung eines einzigen Gehäuses sowohl für die Kraftstoffpumpe als auch for den Regler ermöglicht wird, ferner auf einen Regler in einem Gehäuse, das auch eine Kraftstoffpumpe umschliesst, wodurch ein gedrängter, billiger Regler geschaffen wird, in dem eine Mindestzahl von Einzelteilen verwendet wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen billigen Regler, der mit Reihen- oder V-Kraftstoffpumpen verwendet werden kann. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Regler mit einer Mindestzahl von Einzelteilen und äusseren Leitungen, der an das Aggregat angeschlossen ist, das er regelt, sowie auf einen Regler, bei dem das Volumen des in jede Verbrennungskammer eingespritzten Kraftstoffes durch einen Kolben reguliert wird, der auf den Kraftstoffdruck in dem Reglerkörper anspricht und entgegengesetzt auf den Kraftstoffdruck anspricht, der von einem drehzahlabhängigen Ventil reguliert wird, und auf einen Regler, bei dem die Bedienungsperson des Motors die Motordrehzahl zwischen hohen und geringen Leerlaufdrehzahlen steuern kann, indem sie den Druck des Kraftstoffes in einem einheitlichen Regler- und Kraftstoffpumpenkörper regelt.

In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung veranschaulicht.

Figur 1 zeigt eine Innenseitenansicht, teilweise als Schnitt, des bevorzugten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Reglers,

Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf den Regler entlang der Linie II-II in Figur 1,

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Figur 3 zeigt einen Teil einer Vorspann-Anschlageinrichtung in dem Regler entlang der Linie III-III in Figur 1,

Figur k zeigt eine Ansicht der Reguliereinrichtung des Reglers entlang einer Linie IV-IV in Figur i und

Figur 5 zeigt eine Ansicht einer von flem Regler betätigten Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, entlang einer Linie V-V in Figur i.

Nunmehr wird das bevorzugte Ausftihrungsbeispiel anhand der Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Ein Gehäuse 11 umschliesst den Regler und die Kraftstoffpumpe. Der Kraftstoff gelangt in das Gehäuse durch eine Leitung 13 und füllt das Gehäuse. Der Kraftstoffdruck in dem Gehäuse 11 wirkt auf ein Ventil 15 und ist bestrebt, das Ventil zu öffnen, indem er es nach links in der Ansicht der Figur 1 bewegt, wodurch der Kraftstoff veranlasst wird, durch einen Durchgang 17, eine Nut 19, einen Durchgang 21 und in eine Rückführleitung auszuströmen.

Um die Drehzahl des Motors zu regeln, regelt die Bedienungsperson des Motors in Anwendung der vorliegenden Erfindung den Druck in dem Gehäuse durch die folgenden Einrichtungen. Konzentrisch zu dem Ventil 15 in dem Gehäuse 11 sind eine Feder 25 und ein Ventilschieber 27 angeordnet. Die Feder sitzt mit einem Ende in dem Ventil 15 und mit dem anderen Ende in dem Schieber 2?. In dem Schieber 27 ist eine Nut 29 ausgebildet, in die ein Zapfen 31, der auf einem Hebel 33 angebracht ist, eingreift, so daß der Schieber 27 in axialer Richtung bewegt werden kann.

Durch die Bewegung des Schiebers 27 nach rechts durch den Zapfen 31 übt die Feder 25 eine Kraft auf das Ventil 15 aus, bis es gegen einen Anschlag 30 gedrückt wird. Bei weiterer Bewegung des Schiebers nach rechts wird die Vorspannung

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der Feder erhöht. Wenn das Ventil 15 nach rechts gegen den Anschlag 35 bewegt wird, muß der durch die Leitung 13 in das Gehäuse gelangende Kraftstoff einen größeren Druck auf die Fläche des Schiebers ausüben, um ihn in der Ansicht der Figur 1 nach links zu drücken, um dadurch dem kraftstoff zu gestatten, durch die Rückführleitung 23 zu strömen. Somit muß der Kraftstoffdruck auf einen Wert ansteigen, der größer ist, als die von der Feder 25 ausgeübte Kraft.

Durch die Bewegung des Zapfens 31 nach links in der Ansicht der Figur 1 wird der Schieber 27 nach links bewegt und dadurch die von der Feder 25 ausgeübte Kraft verringert, und daher ist ein geringerer Kraftstoffdruck erforderlich, um das Ventil 15 zu öffnen.

Der Hebel 33 ist starr auf einer Welle 36 befestigt, die ihrerseits in einem Deckel 37 des Gehäuses 11 drehbar gelagert ist. Starr an dem oberen Ende der Welle 36 ist ein Steuerhebel 39 befestigt, der an einem Punkt 43 mit dem Gasgestänge 41 verbunden ist. Das Gasgestänge 41 ist natürlich mit einem Gaspedal, Gashandgriff o.dgl. verbunden.

Wenn der Motor läuft und der Steuerhebel 39 gegen eine Stellschraube 45 für hohe Leerlaufdrehzahlen bewegt wird, wird in dem Gehäuse 11 ein verhältnismässig hoher Druck erzielt. Die Stellung des Steuerhebels 39 für hohe Leerlaufdrehzahlen ist durch die in gestrichelter Linie gezeigte Stellung A des Hebels 39 in Figur 2 angedeutet.

Um geringe Leerlaufdrehzahlen zu erhalten, wird der Hebel 39 in die in Figur 2 in gestrichelten Linien gezeigte Stellung B bewegt. Diese Stellung wird durch einen Hebel 47 bestimmt, der eine Feder 49 aufweist, die zwischen einem Vorsprung 51 des Deckels 37 und einem Sitz 53 auf dem Hebel 47 wirkt. Wenn der Hebel 39 an den Hebel 47 bewegt wird, wie es durch die in gestrichelten Linien gezeigte

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Stellung B veranschaulicht ist, ist eine zusätzliche Kraft erforderlich, um den Steuerhebel 39 gegen die Kraft der Feder 49 zu bewegen. Dies zeigt der Bedienungsperson an, daß eine Stellung für geringe Leerlaufdrehzahlen erreicht worden ist. Die Motordrehzahl kann also zwischen einer geringen und einer hohen Drehzahl durch Bewegung des Steuerhebels 39 zwischen den in gestrichelten Linien gezeigten Stellungen A und B bestimmt werden.

Um den Motor vollständig anzuhalten, wird der Steuerhebel 39 im Gegenuhrzeigersinn an der Stellung für geringe Leerlaufdrehzahlen vorbei in die in Figur 2 in durchgehenden Linien gezeigte Stellung bewegt. Wenn dies stattfindet, gelangt eine Schulter 55 des Schiebers 27 in Anlage an eine Schulter 57 einer Welle 59» die an einem Punkt 6l an dem Ventil 15 angebracht ist. Dadurch wird das Ventil in eine geöffnete Stellung gezogen, und wenn der Steuerhebel 39 in eine Vertiefung 63 des Hebels Λ? eingreift, ist das Ventil 15 in eine vollständig geöffnete Stellung gezogen worden, die den freien Kraftstromfluö durch das Gehäuse aus der Zufuhrleitung 13 in die Rückführleitung 23 gestattet.

Ein Kolben 71 1st verschiehbar in zwei gleichachsigen Bohrungen 73 und 75 in dem Gehäuse Ii angeordnet. Der Kolben ist mittels einer Feder 77 nach oben vorgespannt. Die Feder 77 verläuft zwischen einer in dem Kolben 71 vorgesehenen Bohrung 79 und einer Fläche 81 der Bohrung 75. Der Kolben weist eine Nut 83 auf, in der ein Zapfen 85 sitzt, der an einem Hebel 87 befestigt ist. Wie in Figur 5 gezeigt, ist der Hebel 87 starr auf einer Welle 89 angebracht, an der ein Betätigungsstab 91 ebenfalls starr befestigt ist. Der Betätigungsstab 91 seinerseits sitzt in einer Nut eines Voluaensteuerringe» 93, der auf einem Kolben 95 einer Kraftstoffpumpenhaube 97 sitzt.

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Eine Bewegung des Volumensteuerringes 93 gegenüber dem Kolben steuert das Volumen des Kraftstoffes, der durch die Kraftstoffpumpenhaube 97 gelangt. Damit steuert die Bewegung des Kolbens 71 nach oben und unten das Volumen des Kraftstoffes, der in die Verbrennungs- oder Vorverbrennungskammern des Motors eingespitzt wird. Genauer gesagt wird durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 71 der Hebel 87 im Gegenuhrzeigersinn um seine D*"ehwelle 89 gedreht, wodurch das Volumen des Kraftstoffes, der in die Verbrennungskammern gelangt, verringert wird, was seinerseits zur Abnahme der Motordrehzahl führt. Wenn der Kolben 71 durch unten beschriebene Mittel abwärtsbewegt wird, wird der Hebel 87 ip Gegenuhrzeigersinn gedreht und erhöht dadurch das Volumen des eingespritzten Kraftstoffes, wodurch die Drehzahl und/oder Kxaft des Motors erhöht wird.

In den Figuren 1 und 5 ist eine Kraftstoffpumpen-Nockenwelle 101 gezeigt, die eine Bohrung 103 aufweist, die im rechten Winkel zu der Achse der Nockenwelle verläuft. Die Nockenwelle 1Oi trägt Nocken 102, die die Kolben 95 in einer Weise und für einen Zweck betätigen, der in einem weiteren Vorschlag der Anmelderin beschrieben worden ist. in der Bohrung 103 sitzt ein Ventilorgan 105 zwischen Stopfen 107 und 109, die die Bewegung des Ventilorga,öes £95 begrenzen. Das Ventilorgan 105 weist eine konzentrische Bohrung 111 auf, die einen freien in der Bohrung verschiebbaren Einsatz 113 enthält. Wenn sich die Nockenwelle 101 dreht, werden das Ventil 105 und der Eipsatz 113 durch die Tliehkraft gegenüber der Achse der Nockenwelle nach außen beilegt. Ablaßdurchgang 115 ist vorgesehen, um jlas Prablep einer hydraulischen Sperrung am äusseren Ende des Venitiles 105

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Wenn di>6^Fliehkraft den Einsatz 113 und das Ventil 105 gegenüber der Achse der Nockenwelle 101 radial rech außen bewegt, gelangt Kraftstoff unter Druck in einen Durchgang im Ende der Nockenwelle, fliesst um einen Ringraum 119 des Ventiles 105 herum und gelangt danach durch Durchgänge 121 und 123 in eine Ringnut 125 der Nockenwelle 101. Von der Nut 125 gelangt der Kraftstoff durch einen Durchgang 127 in die Bohrung 75« Somit gelangt Kraftstoff unter Druck und zwar unter einem Druck, der geringer ist, als der Druck in dem Gehäuse 11 - in die Bohrung 75 und wirkt bei der Druck beaufschlagung der Unterseite des Kolbens 71 mit der Feder zusammen.

Der Kraftstoff unter Druck in dem Gehäuse 11 gelangt ebenfalls in die Bohrung 73 durch einen Durchgang 131, wobei er die Oberseite 129 des Kolbens 71 mit seinem vollen Druck beaufschlagt.

Fenn der Kraftstoff in den das Vsntll 105 umgebenden Ringraum 119 gelangt, gelangt er auch in die Bohrung 111 in dem Ventil durch in dem Ventil ausgebildete Bohrungen 133· Wenn eine Last auf den Motor ausgeübt wird und die Drehzahl abnimmt, wirkt der Kraftstoffdruck in der Bohrung 111 zwischen dem Einsatz 113 und dem Ventilorgan 105 und wirkt damit der Fliehkraft entgegen, die auf das Ventilorgan 105 ausgeübt wird. Der Kraftstoffdruck bewirkt, daß sich das Ventil radial nach innen in Richtung auf die Achse der Nockenwelle 101 bewegt, während der Einsatz 113 in der radial nach außen gerichteten Stellung gehalten wird. Venn das Ventil 105 in radialer Richtung nach innen bewegt wird, wird die Verbindung zwischen dem Durchgang 117 und dem Ringraum 119 durch die Wand der Bohrung 103 abgesperrt. Dadurch wird der in der Bohrung 75 wirkende Druck verringert, mit dem die Unterseite des Kolbens 71 beaufschlagt wird. Dann überwindet der Druck, mit dem die Oberseite 129 des Kolbens 71

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beaufschlagt wird und der bis zu diesem Zeitpunkt durch den Kraftstoffdruck in der Bohrung 75 zusammen mit der Vorspannkraft der Feder 77 ausgeglichen war, nunmehr die Kräfte, die auf die Unterseite des Kolbens 71 ausgeübt werden, wodurch der Kolben nach unten gedrückt wird. Dadurch wird Kraftstoff aus der Bohrung 75 durch den Durchgang 127, den Ringraum 125» die Durchgänge 123 und 121 in den Ringraum 119 gedrückt. Da sich das Ventilorgan 105 in axialer Richtung nach innen bewegt hat, dient der Ringraum 119 nunmehr zur Verbindung der Durchgänge 121 und 133. Der Durchgang 133 dient dazu, den aus der Bohrung 75 kommenden Kraftstoff in einen Durchgang 135 zu schicken, der seinerseits zu einer Rückführleitung 137 durch eine Ringnut 139 in der Nockenwelle 101 führt.

Da der Kolben 71 nach unten bewegt wird, dient er dazu, die Kurbel 87 im Uhrzeigersinn zu drehen, wodurch der Ring 93 an dem Kolben 95 angehoben wird. Wie zuvor erwähnt wird dadurch das Volumen des Kraftstoffes erhöfct, der in die Verbrennungskammer geschickt wird. Dadurch wird die Drehzahl des Motors durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 71 erhöht, um die erhöhte Last auf dem Motor auszugleichen. Venn die Drehzahl erhöht wird, wird die Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle 101 ebenfalls erhöht, wodurch wiederum eine erhöhte Fliehkraft auf das Ventilorgan 105 ausgeübt wird und dadurch der Ringraum 119 in seine radial auswärtsgerichtete Stellung zurückgebracht wird," in der er den Durchgang 117 mit dem Durchgang 121 verbindet. Nun lässt das Ventil wieder Kraftstoff unter Druck in die Bohrung 75 einströmen und dient zusammen mit der durch die Feder 77 ausgeübten Kraft dazu, die von dem Kraftstoff in dem Gehäuse 11 auf die Oberseite 129 des Kolbens ausgeübte Kraft auszugleichen, bis die für die auf dem Motor ruhende Last geeignete Drehzahl erreicht wird.

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- Die Abwärtsbewegung des Kolbens 71 wird durch einen federnden Vollastanschlag 141 begrenzt. Wie in Figur 3 gezeigt, wird der federnde Anschiag1^1 durch einen starren Anschlag in einem bestimmten Durchbiegungsbogenbereich gehalten.

Somit bestimmt Kraftstoff unter Druck die Stellung des Kolbens 71» der seinerseits das Volumen des Kraftstoffes bestimmt, der in die Verbrennungs- oder VorVerbrennungskammer des Motors eingespritzt wird. Venn die Motordrehzahl infolge einer Erhöhung oder Verringerung der Last geändert wird, wird die Stellung des Ventiles 105 geändert, wodurch die Stellung des Kolbens 71 reguliert wird, was zu einer Erhöhung oder Verringerung der Motordrehzahl führt.

Wenn ferner die Bedienungsperson des Motors den Gashebel loslässt oder wünscht, die Drehzahl des Motors herabzusetzen, gestattet die Bewegung des Hebels 39 zu der Stellung für niedrige Leerlaufdrehzahl den Kraftstofffluß an dem Ventil vorbei durch die Rückführleitung 23. Dadurch wird der Druck in dem Gehäuse 11 verringert, der Kolben 71 angehoben und der Ring 93 gesenkt. Dadurch wird das Volumen des eingespritzten Kraftstoffes verringert, die Drehzahl des Motors herabgesetzt, und der Kolben 71 nimmt aufgrund der Wirkung des Drosselventiles 105 eine .neue im Gleichgewicht befindliche Stellung ein.

Damit ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß eine neuartige und verbesserte Reglereinrichtung geschaffen worden ist, bei der die Bedienungsperson bzw. der Fahrer des Fahrzeuges den Kraftstoffdruck in dem Regler und in dem Gehäuse der Kraftstoffpumpe steuert und dadurch die Motordrehzahl durch Steuerung des KraftstoffVolumens regelt, das in den Motor eingespritzt wird. Daher wird die Motordrehzahl entweder durch eine von der Bedienungsperson vorgenommene Änderung des

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Kraftstoffdruckes oder durch eine aufgrund einer Zunahme oder Abnahme der auf dem Motor befindlichen Last bewirkte Drehzahländerung ohne die Notwendigkeit einer komplizierten Schwunggewichtanlage geregelt.

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Claims (8)

Patentanmeldung; "Auf Motordrehzahl und Kraftstoffdruck ansprechender Regler." PATENTANSPRÜCHE

1. Regler mit einem Gehäuse, das einen Kraftstoffeinlaß und einen Kraftstoffauslaß aufweist, gekennzeichnet durch ein mit der Hand betätigtes, in dem Gehäuse zwischen dem Kraftstoffeinlaß (13) und dem Kraftstoffauslaß (23) angeordnetes Kraftstoffdruck-Regulierventil (15)» das in dem Gehäuse einen Kraftstoffdruck innerhalb eines bestimmten Druckbereiches erzeugt, einen in dem Gehäuse angeordneten und von dem Kraftstoffdruck beaufschlagten Kolben (?i) und eine mit dem Kolben verbundene Einrichtung zur Regulierung des KraftstoffVolumens, das den Kraftstoffpumpen eines von dem Regler geregelten Motors zugeführt wird.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl eine Kraftstoffpumpennockenwelle (lOl) in dem Gehäuse drehbar gelagert ist, daß in der Nockenwelle ein Reglerventil (105) angeordnet ist und durch die Fliehkraft, die durch die Drehung der Nockenwelle auf das Ventil ausgeübt wird,

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gegenüber der Achse der Nockenwelle verstellt wird, daß in dem Reglerventi\ und in der Nockenwelle Mittel zur Erzeugung einer zweiten Kraft vorgesehen sind, die der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle proportional ist und auf den Kolben (71) ausgeübt wird, so daß der Kolben durch die Höhe des Kraftstoffdruckes, der durch das Kraftstoffdruckregulierventil (15) erzeugt wird und durch die relative Hyhe der zweiten Kraft ausgeglichen wird, in dem Gehäuse eingestellt wird.

3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Reglerventil (105) Mittel vorgesehen sind, die der Fliehkraft im Verhältnis zu der Höhe des Kraftstoffdruckes entgegenwirken, der durch das Kraftstoffregulierventil (15) erzeugt wird.

4. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Reglerventil (105) Mittel vorgesehen sind, die der Fliehkraft im Verhältnis zu der Höhe des Kraftstoffdruckes in dem Gehäuse entgegenwirken, so daß das Reglerventil (I05) im Verhältnis zu der Achse der Nockenwelle durch die Fliehkraft verstellt wird, die durch den Kraftstoffdruck ausgeglichen wird.

5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kraft sich aus einer Kraft, die von einer Vorspanneinrichtung (77) auf den Kolben ausgeübt wird, und einem zweiten Kraftstoffdruck zusammensetzt, der dem Kraftstoffdruck in dem Gehäuse in einem von der jeweiligen Stellung des Reglerventiles (105) abhängigen Grad proportional ist.

6. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse eine Nockenwelle (lOl) drehbar gelagert ist und in dem Gehäuse eine Kraftstoffregeleinrichtung zwischen dem Gehäuse und einer geschlossenen zylindrischen Bohrung (75)

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vorgesehen ist, die den Kolben (7i) in dem Gehäuse enthält, so daß der Kolben in einer Richtung durch den in dem Gehäuse befindlichen Kraftstoff betätigt wird, der unter einem Druck steht, der durch das Kraftstoffdruckregulxerventil (l5) bestimmt wird, und in einer anderen Richtung durch Kraftstoff betätigt wird, der unter einem geringeren Druck steht, als dem von dem Kraftstoffregulierventil bestimmten Druck.

7. Regler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem unter geringerem Druck stehenden Kraftstoff ausgeübte Kraft durch eine Vorspanneinrichtung verstärkt wi rd.

8. Hegler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse eine Einrichtung zur Begrenzung der Bewegung des Kolbens auf eine bestimmte Bewegungsstrecke vorgesehen ist, um das maximale Kraftstoffvolumen zu begrenzen, das den Kraftstoffpumpen zugeführt wird.

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