DE2314319A1

DE2314319A1 - Steuerungsvorrichtung fuer die treibstoffzufuhr

Info

Publication number: DE2314319A1
Application number: DE19732314319
Authority: DE
Inventors: Marvin A Gates; Mark F Sommars
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1972-03-20
Filing date: 1973-03-20
Publication date: 1973-10-04
Also published as: DE2314319C2; BR7301992D0; US3777730A; JPS5738770B2; JPS496318A

Description

Priorität: 20. März 1972, U.S.A., Pat.Anm.Nr. 236 382

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Anmelder:

Caterpillar Tractor Co»

Peoria, 111., U.S.A.

Steuerungsvorrichtung für die Treibstoffzufuhr

Bei VerbrennungskraftmsGchinen mit Verdiohtungs- oder Eigenzündung werden üblicherweise Hegler verwendet, um eine die Treibstoffpumpe steuernde Zahnstange einzustellen. Solche Regler sind z.B. in den US-PS 3 145 624 und 3 532 082 beschrieben. Sie arbeiten so, daß bei zunehmender Motorbelastung die Neigung der Motordrehzahl zur Abnahme bewirkt, daß die Zahnstange selbsttätig vorbewegt wird und die Zufuhr von zusätzlichem Treibstoff zum Motor auslöst« Wenn die Motorbelastung abnimmt, erhöht sich die Motordrehzahl mit einer dadurch bedingten Zurückziehung der die Treibstoffpumpe steuernden Zahnstange, so daß die Treibstoffzufuhr zum Motor-verringert wird.

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Um das Anlassen des Motors zu unterstützen, wird die Zahnstange durch eine zum Regler geheörende Feder in die der vollen Fahrt entsprechende Vollgasstellung bewegt, die auch allgemein als "overfuel" oder Überdosierungsstellung bekannt ist, in der während des Anlassens für einen maximalen Treibstoffzufluß gesorgt wird·

Bei üblichen Reglereinrichtungen, die solche, das Anlassen begünstigenden Mittel verwenden, tritt als unerwünschte Nebenerscheinung auf, daß in sehr bedenklichem Umfange Auspuffgase erzeugt werden, falls die die Treibstoffpumpe steuernde Zahnstange in die Oberdosierungsstellung vorbewegt wird, wenn die Maschine läuft und dabei Anlaßbedingungen simuliert werden» Unter bestimmten Belastungsbedingungen kann die Motordrehzahl soweit abnehmen, daß der Regler die Zahnstange in die Überdosierstellung vorbewegt, so daß dann die Einspritzung einer Treibstoffmenge verursacht wird, die in keinem Verhältnis zur Luftmenge steht, die in den Verbrennungskammern des Motors verfügbar ist· Dies führt zu einer unvollständigen Verbrennung des überschüssigen Treibstoffes und, insbesondere, falls der Treibstoff aus Kohlenwasserstoff besteht, zur Bildung von freier Flüssigkeit und Rauch in den Abgasen und zur Ablagerung der Kohlenstoffteilchen auf Motorteilen.

Die Erfindung bezweckt daher, für das Treibstoffeinspritzöystem einer Verbrennungskraftmaschine eine verbesserte, die Treibstoffz .fuhr begrenzende Vorrichtung zu schaffen*

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Weiter bezweckt die Erfindung, eine Vorrichtung zur Begrenzung der Treibstoffzufuhr zu schaffen, welche die Bewegung des Einstellgliedes einer Treibstoffpumpe in eine Überdosier-Stellung nach dem Anlassen des Motors verhindert.

Die Erfindung bezweckt ferner, eine Treibstoffbegrenzungsvorrichtung zu schaffen, welche mit einem beweglichen Anschlagglied arbeitet, das in Abhängigkeit von dem Motor. betrieb in eine solche Stellung bewegbar ist, in der die Bewegung der die Treibstoffpumpe steuernden Zahnstange in eine Überdosierstellung während übermäßiger Belastungen des Motors beschränkt oder verhindert wird, so daß die Emission von Bauch und die Eohlenstoffablagerung äußerst gering gehalten werden·

Die Erfindung geht aus von einer Steuerungsvorrichtung für die Treibstoffzufuhr einer Verbrennungskraftmaschine, die einen Regler aufweist, der ein Einstellglied für die Treibstoffzufuhr während des Anlassens des Motors in eine Überdosier-Stellung bewegen kann, während nach dem Anlassen des Motors eine normale Treibstoffzufuhr im Arbeitsbereich vorgesehen ist. Die Erfindung sieht eine Begrenzungsvorrichtung, die während des Anlassens des Motors zum Treibstoffeinstellglied eine dieses nicht störende Beziehung hat und in Abhängigkeit vom Motorbetrieb in eine Stellung bewegbar ist, in der ein wirksamer Anschlag für das Treibstoffeinstellglied gebildet wird, um dessen Bewegung in

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die Überdosierstellung während einer Überlastung des Motors oder anderer starker Belastungsbedingungen auszuschließen und damit die Rauchemission so klein wie irgendmöglich zu halten·

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in denen die Erfindung ausführlich erläutert und dargestellt ist. Es zeigen:

Pig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch die erfindungsgemäöe Einrichtung zur Begrenzung der Treibstoffzufuhr in Verbindung mit einer Reglervorrichtung und Treibstoffpumpe, wobei der Anlaß— zustand dargestelllt ist, und

Pig. 2 einen Teil eines der Pig. I entsprechenden senkrechten Längsschnittes zur Yeranschaulichung der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer die Treib— stoffzufuhr begrenzenden Stellung«

In den Zeichnungen ist eine erfindungsgemäise}. die Treibstoffzufuhr begrenzende Einrichtung 10 in Verbindung mit einer Reglervorrichtung 11 für eine nicht dargestellte Verbrennungskraftmaschine gezeigte Die Eeglervorrichtung entspricht dem Typ, der in den oben erwähnten US-PS erläutert ist· Sie ist in einem Gehäuse 12 untergebracht, das an dem einen Ende eines Treibstoffpumpengetäuses 13 befestigt ist· Die Reglervorrichtung steuert die Längseinstellung eines Treibstoffeinstellgiiedes oder einer

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Zahnstange 14» die innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet ist. Das Einstellglied 14 ist mit Zähnen 16 ausgebildet, die mit den Zähnen eines Zahnrades 17 kämmen, das Teil der unmittelbaren * Treibstoffsteuerung einer Treibstoffpumpe 18 ist. Mir jeden Motorzylinder ist eine solche Pumpe vorgesehen·

Das linke Ende des Treibstoffeinstellgliedes 14» bezogen auf Hg. 1, ist mit einem Flanschteil 19 versehen, der durch Eingreifen in eine Ausnehmung mit einem Teil eines Kolbens 21 verbunden ist, der zu einem Servo-Systern 22 gehört· Der Kolben 21 ist innerhalb eines Zylinders 23 und einer Buchse 24 hin— und herbeweglich angeordnet· Die Teile 23 und 24 sind am Pumpengehäuse befestigt« Der Kolben 21 ist mit einem flansch 27 zwischen seinen Enden versehen, wodurch ein Ringraum 28 mit dem linken Ende des Zylinders 23 und ein Ringraum 29 mit dem rechten Ende des Zylinders und der Buchse 24 gebildet werden· Der Kolben ist mit einer Bohrung 31 und mit radial sich erstreckenden Kanälen oder Durchgängen 32 und 33 auf gegenüberliegenden Seiten des Flansches 27 ausgebildet, so daß die Bohrung 31 mit den Ringräumen 28 und 29 verbunden wird· Ein Querkanal 34 ist innerhalb des Pumpengehäuses ausgebildet und mündet in einen Kanal 76, wodurch eine Verbindung zwischen dem Ringraum 29 und einer nicht dargestellten Strömungsmittelquelle hergestellt wird» Das Strömungsmittel wird in Abhängigkeit von dem Motorbetrieb beaufschlagt; ein solches Strömungsmittel kann z.B. das Schmiermel des Motors sein.

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Ein Steuerventil 37 ist hin- und herbeweglich in der Bohrung 31 des Kolbens 21 angeordnet und weist einen ringförmigen Abschnitt 38 mit verringertem Durchmesser auf» Das Steuerventil ist an dem Ende, der dem Flanschteil 19 des Einstellgliedes 14 zunächst liegt, mit einem Flanschteil 39 ausgebildet· Das andere Ende des Ventils ist an einem Ansatzteil 41 mittels eines Stiftes 42 oder anderer Verbindungsmittel befestigt. Der Ansatzteil trägt eine Druckplatte 43·

Zur Reglervorrichtung gehört ein Paar Fliehkraftgewichte 46, die schwenkfähig auf einem zylindrischen Träger 47 mit Zapfen 48 oder dergleichen angeordnet sind· Jedes Fliehkraftgewicht hat einen radial nach innen reichenden Arm 49, der mit der Druckplatte 43 in Berührung treten kann· Der Träger ist drehbar auf dem Zylinder 23 angeordnet und auf einem Außenabschnitt als Zahnrad 51 ausgebildet, das ständig mit einem Antriebszahnrad 52 kämmt, das auf einer Welle 53 befestigt ist, die zum Nockenwellengetriebe des Motors gehörte

Die Reglervorrichtung weist ferner einen gabelförmigen Steuerhebel 56 auf, der in Berührung mit einem Federsitz 57 steht, der gleitfähig auf einem festen Träger 58 angeordnet ist. Eine Buchse 59 ist teleskopartig axial verschieblich zwischen dem Federsitz und dem Träger angeordnet und mit einer Schulter 61 ausgebildet, die gegen eine Sohulter 62 des Vedersitzes 57 stoßen kann» Eine Feder mit hoher Trägheit ist koaxial zur Buchse 59 außen auf

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dieser angeordnet und wird in einem vorgespannten Zustand zwischen dem Federsitz 57 und einem Ring 66 gehalten» der durch einen Sprengring 67 gesichert ist« Eine Feder 68 mit geringer Trägheit ist zwischen dem Ring 66 und dem Ansatzstück 41 eingespannt·

Die Vorrichtung 10 zur Begrenzung der Treibstoffzufuhr weist ferner eine zylindrische Bohrung 69 auf, die im Pumpengehäuse 13 koaxial zum Treibstoffeinstellglied 14 vorgesehen ist· Die Bohrung hat ein offenes Ende 71 und ein geschlossenes Ende 72, siehe Fig· 1· In dem geschlossenen Ende der Bohrung ist eine Öffnung 73 vorgesehen, die die Bohrung mit einem Hohlraum 74 verbindet, der von dem Pumpengehäuse 13 umschlossen ist· Der Kanal 76, der als Teil des Pumpengehäuses ausgebildet, mündet mit einer Öffnung in die Bohrung 69 zwischen dem geschlossenen und dem offenen Ende·

Ein Kolben 77 ist in der Bohrung 69 hin- und herbeweglich angeordnet und mit einer axialen Bohrung 78 versehen. Das Treibstoffeinstellglied 14 kann in der Bohrung 78 hin- und herbewegt werden. Eine Druckfeder 79 ist in der zylindrischen Bohrung 69 zwischen dem abgeschlossenen Ende 72 und dem Kolben 77 angeordnet,um den Kolben in Richtung auf die Berührung mit dem Kolben 21 der Servoeinrichtung vorzuspannen.

Nachstehend wird die Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Einrichtung erläutert.

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Die Reglervorrichtung 11 bewirkt, daß eine verhältnismäßig konstante, vorher festgelegte Motorarbeitsdrehzahl für irgendeine durch den Fahrer vorgegebene Einstellung aufrechterhalten wird, indem die Lage des Treibstoffeinstellgliedes 14 bei Änderung der Motorbelastung angepasst wird_e Irgendeine vorbestimmte Drehzahleinstellung wird dadurch bewirkt, daß der Steuerhebel 56 von Hand eingestellt und damit eine gegebene Vorbelastung für die Federn 63 und festgelegt wird» Solche Vorspannungen wirken der Kraft entgegen, die durch die Fliehkraftgewichte 46 ausgeübt wird, die sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft radial nach außen bewegen« Zur Erhöhung der Motordrehzahl wird der Hebel entgegen dem Uhrzeigersinn gedrehte Dies führt zu einer Bewegung des Treibstoffeinstellgliedes nach rechte, wie noch erläutert wird_o Eine Drehung des Steuerhebels im Uhrzeigersinn führt zu einer noch zu erläuternden Bewegung des Treibstoffeinstellgliedes nach linkse

Bei einer dem Uhrzeiger entgegengerichteten Drehung des Steuerhebels 56 gegen den Federsitz 57 werden die Reglerfedern 63 und 68 zusammengedrückt« Dadurch wird auf den Ansatzteil 41 und das Steuerventil 37 eine nach rechts gerichtete Kraft ausgeübt, die einer etwa von den Fliehkraftgewichten 46 ausgeübten Kraft entgegengerichtet ist» Die Bewegung des Steuerventils 37 nach rechts verursacht eine Bewegung des Treibstoffeinstellgliedes 14 in der nachfolgend beschriebenen Weise_o Dem Steuerventil wird unter Druck stehende Flüssigkeit über den Kanal 34, den

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Kanal 76, den Ringraum 29 und die Sadialkanäle 33 zugeführt·! Die Bewegung des Steuerventils führt dazu, daß die Verbindung zwischen den Radialkanälen 33 und 32 über den Ringraum 38 hergestellt wird, der von einem Teil des Steuerventils mit verringertem Durchmesser gebildet wird· Diese Verbindung ermöglicht, daß flüssigkeit in den Ringraum 28 fließt* Durch die im Ringraum 28 befindliche Flüssigkeit wirkt auf die linke Seite des Flansches 29 eine größere Kraft als auf die rechte Seite, verursacht durch den Größenunterschied der dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzten Flächen· Dadurch wird eine Bewegung des Kolbens 21 und des Treibstoffeinstellgliedes 14 nach rechts zur Voll-Last-3tellung hin verursacht· Wenn die gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist, wird durch die von den Fliehkraftgewichten ausgeübte Kraft die Kraft ausgeglichen, die von den Federn 63 und 68 ausgeübt wird, so daß die Bewegung des Steuerventils nach rechts angehalten wird* In diesem Zustand wird der Durchfluß von Flüssigkeit durch den Kanal 33 des Steuerventils blockiert und damit eine weitere Rechtsbewegung des Kolbens 21 und des Treibstoffeinstellgliedes 14 verhindert·

Wenn die Belastung des Motors zunimmt und die Reglervorrichtung innerhalb eines gewählten Arbeitsbereiches eingestellt ist, neigt die Motordrehzahl zur Verringerung; dies führt zu einer entsprechenden Verringerung der auf die Fliehkraftgewiehte 46 ausgeübten ^raft, so daß die 'federn 63 und 68 den Ansatzteil 41 und das Steuerventil ;>7

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nach rechts bewegen können, Auf grundcie ssen besteht die Neigung für das Treibstoffeinstellglied 14 zu einer Bewegung nach rechts in der vorstehend erläuterten Weise, um dem Motor mehr Treibstoff zuzuführen und die gewünschte Motordrehzahl aufrecht zu erhalten»

Wenn die Belastung des Motors sich verringert, erhöht sich die Motordrehzahl. Die Kraft der Fliehkraftgewichte verursacht dann, daß der Ansatzteil 41 und das Steuerventil 37 sich nach links bewegen« Diese Linksbewegung löst aus, daß der Kolben 21 und das Treibstoffeinstellglied 14 nach links bewegt werden, um die Zufuhr von Treibstoff zum Motor zu verringern«

Die Reglervorrichtung 11 ist in Fig« 1 in der Anlaßstellung des Motors dargestellt« Das Treibstoffeinstellglied 14 steht dann in einer Überdosierstellung, wobei das Ventil 37 nach rechts gestellt ist« Dieser Zustand wird erreicht, wenn der Steuerhebel 56 entgegen dem Uhrzeiger gedreht wird, um die Federn 63 und 68 entsprechend zu belasten« Dadurch wird die Bewegung des Ansatzteiles 41, des Steuerventils 37, des Kolbens .21, des Treibstoffeinstellgliedes 14 und des Kolbens 77 nach rechts gegen die Kraft der Feder 79 verursacht« In diesem Zustand sperrt der Kolben 77 die Verbindung zwiscüen der Bohrung 78 und dem Kanal 76, siehe Fig. 1»

Nach dem Anlassen des Motors schwenken die Fliehkraftgewichte 46 nach außen, so daß die Arme 49 auf die Druckplatte 43 und den Ansatzteil 41 einwirken» Die Flienkraffc

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drückt die Feder 68 zusammen und bewegt den Ansatzteil 41» das Ventil 37, den Kolben 21 und das Treibstoffeinstellglied M- nach links innerhalb des oben besprochenen Be-^* reiches der Betriebsstellungen« Diese Linksbewegung des Kolbens 21 ermöglicht, daß die Feder 79 den Kolben 77 nach links bewegt, bis er gegen die Buchse 24, siehe Fig. 2, stößt« Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Kanal 76 und der Bohrung 78 geöffnet, so daß Flüssigkeit vom Querkanal 34 in die Bohrung einfließen kann· Die Öffnung 73 ist so bemessen, daß sie nur einen geringen Durchfluß von Flüssigkeit gestattet, so daß die Flüssigkeit in der Bohrung ihren Druck soweit behält, daß im wesentlichen der Kolben 77 in der linken Stellung gehalten wird»

Wenn die Einrichtung in ihren Betriebsbereioh versetzt ist, befinden sich der Kolben 21 und das Treibstoffeinstellglied 14 linke von den in Fig. 2 gezeigten Stellungen Die Treibstoffbegrenzungsvorrichtung stört nicht die Wirkung der Reglervorrichtung innerhalb des Betriebsbereiches<> Das Treibstoffeinstellglied kann nach Bedarf in die VoIl-Last-Stellung vorrücken, wobei dann der Kolben 21 den Kolben 77 berührt, wie in Fig. 2 bei 81 dargestellt. Die auf den Kolben 77 durch die Druckflüssigkeit in der Bohrung 78 ausgeübte Kraft ist größer als die durch die Federn und 63 ausgeübte Kraft, so daß das Treibstoffeinstellglied gehindert wird, sich in die Überdosierstellung zu bewegen_e

Wenn der Motor abgeschaltet wird, wird der Flüssigkeitsdruck

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entlastet, und die in&er Bohrung 78 befindliche Flüssigkeit wird durch die Öffnung 73 abgegeben, da die Federn 68 und 63 das Steuerventil 37, den Kolben 21, das Treibstoffeinstellglied 14 und den Kolben 77 nach rechts gegen die
Kraft der Feder 79 verschieben.»

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß durch die Erfindung
eine Treibstoffbegrenzungsvorrichtung geschaffen wird, die in einer Verbrennungskraftmaschine eine unerwünschte Überdosierung verhindert, indem das Treibstoffeinstellglied
in seinem normalen Arbeitsbereich während des üblichen
Einsatzes des Motors gehalten wird» Dies wird dadurch erreicht, daß ein bewegliches Anschlagglied vorgesehen wird, das in Abhängigkeit vom Betrieb des Motors in eine Stellung bewegbar ist, in der es wirksam die Bewegung des Treibstoffeinstellgliedes in die Überdosierstellung verhinderte

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- PATENTAflur'RÜClliä -

Claims

SATjSNTANSPRÜCHE

Steuerungsvorrichtung für die Treibstoffzufuhr für einen Motor mit Treibstoffpumpe, zu der eine Treibstoff einstellvorrichtung gehört, die die dem Motor zuzuführende Treibstoffmenge reguliert und deren Einstellung durch einen Regler steuerbar ist, um eine im wesentlichen konstante, vorbestimmte Motordrehzahl aufrechtzuerhalten, gekennzeichnet durch eine Treibstoffbegrenzungsvorrichtung (10), die während des Betriebes des Motors eine Bewegung des Treibstoffein— Stellgliedes (14) in eine einen maximalen Treibstoffzufluß ermöglichende Stellung verhinert und vor und während des Anlassens des Motors die Bewegung des Treibstoffeinstellgliedes in die den maximalen Treibstoffzufluß ermöglichende Stellung gestattet.

2» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstoffbegrenzungsvorrichtung (10) einen beweglichen Anschlag (77) enthält, der in eine erste, die unbeschränkte Bewegung des Treibstoffeinstellgliedes (14) ermöglichende Stellung und in Abhängigkeit vom Motorbetrieb in eine zweite Stellung bewegbar ist, in der er einen wirksamen. Anschlag für das Treibstoffeinstellglied bildet und dessen Bewegung in die eine maxiamle Treibstoffzufuhr ermöglichende Stellung verhindert»

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3β Vorrichtung nach Anspruch 2, ufdu ch gekennzeichnet, daß der bewegliche Anschlag (77J m der zweiten Stellung der Einwirkung von unter Druck stehendem Strömungsmittel ausgesetzt ist»

4ο Vorrichtung nach Ansprach 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (46, 49) das Treibstoffeinstellglied (14) bei Drehzahlerhöhung im Sinne einer Verringerung des Treibstoffzuflusses und umgekehrt steuert»

5ο Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstoffbegrenzungsvorrichtung (10) in einem Gehäuse (13) angeordnet ist, das mit einer Bohrung ausgebildet ist, in der ein Kolben (77) gleitfähig und in eine erste und eine zweite Stellung bewegbar angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse eine Leitung (34» 76) vorgesehen ist, über die unter Druck stehende Flüssigkeit in die Bohrung eingeführt wird, wenn der Kolben in der zweiten Stellung ist₀

6ο Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung (69) ein elastisches Mittel (79) angeordnet ist, das den Kolben (77) auf die zweite Stellung vorspannt, wobei der Kolben die erste Leitung (34» 76) in der ersten Stellung sperrt und in der zweiten Stellung freigibt und der Kolben ferner in uer zweiten Stellung in Eingriff mit dem Einstellglied (14, 21) steht und dessen Bewegung in die maximaler Treibstoffzufuhr entsprechende Stellung sperrt, wobei das uiinstell-

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glied den Kolben gegen die Spannung der elastischen Mittel in die erste Stellung bei außer Betrieb befindlichem Motor bewegte

7e Vorrichtung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (77) und der Regler (46, 49) zur Bewegung entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet sind·

8β Vorrichtung nach Anspruch 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Gehäuse (13) vorgesehene zylindrische Bohrung (69), die den beweglichen Anschlag (77) enthält, koaxial zu dem Treibstoffeinstellglied (14) ausgebildet und an dem zum Regler (46, 49) gekehrten Ende (71) offen und am gegenüberliegenden Ende (72) geschlossen ist, wobei die erste Leitung (54, 76), über die der Bohrung unter Druck stehende Flüssigkeit zugeführt wird, im axialen Abstand von dem geschlossenen Ende einmündet, durch das ein gedrosselter Auslaß (73) hindurchgeht, wobei eine Druckfeder (79) i& der Bohrung zwischen dem geschlossenen Ende und dem Kolben angeordnet ist und diesen in Richtung auf den Regler vorspannt.

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