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Die
Erfindung betrifft einen Drehzahlregler für eine Verwendung bei der Regelung
der einer Kraftstoffpumpe zugeführten
Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit, und somit für eine Verwendung bei der Regelung
des Betriebs eines Motors mit Kompressionszündung.
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Ein
Drehzahlregler für
eine Verwendung mit einem Dieselmotor einer Lichtmaschinen- und
Generatoreinheit umfasst gewöhnlicherweise
einen Fliehgewichts-Mechanismus,
der dazu vorgesehen ist, mit einer mit der Motorgeschwindigkeit
verbundenen Geschwindigkeit zu rotieren und auf einen mit einer
Feder vorgespannten Hebel zu wirken. Dabei ist der Hebel mit einem
Kraftstoffdosierventil verbunden, so dass eine Bewegung des Hebens
auf das Ventil übertragen
wird, um den Einstellwert des Ventils einzustellen. Der Drehzahlregler
ist insbesondere derart angeordnet, dass im Falle von Motorlastwechseln eine
entsprechende Änderung
der Kraftstoffversorgung des Motors durchgeführt wird, um diesen auf eine
solche Weise zu regeln, dass er bei einer im Wesentlichen konstanten
Geschwindigkeit operiert.
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Die
Möglichkeit
einer Einstellung des Drehzahlreglers ist erwünscht, um eine Änderung
der Motordrehzahl kontrollieren oder regeln zu können, die auftreten muss, damit
sich das Dosierventil zwischen seiner vollständig geöffneten und seiner vollständig geschlossenen
Stellung bewegt. Eine solche Einstellung ist als Regeldifferenzeinstellung
oder -regelung bekannt und erwünscht,
da sie ermöglicht,
dass der Drehzahlregler geregelt wird, um einen Verschleiß auszugleichen
und das Ausgangssignal des Drehzahlreglers bei dem Namen nach identischen
Anforderungen zu variieren. Eine Regeldifferenzregelung kann außerdem verwendet
werden, um die Stabilität des
Systems zu verbessern, beispielsweise um Schwankungen der Motordrehzahl,
die einem schnellen Lastwechsel folgen, zu begrenzen.
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Die
US 3,460,479 beschreibt
einen bekannten Drehzahlregler, der ein Ventilelement besitzt. Dies
ist durch einen Arm des Drehzahlreglers winklig bewegbar und in Übereinstimmung
mit der Drehzahl des Motors axial bewegbar. Die axiale Stellung
des Ventilelementes wird mittels einer Schraube eingestellt.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Drehzahlregler vorgeschlagen, der einen Fliehgewichts-Mechanismus
umfasst, der an ein bezüglich
seiner Winkelstellung einstellbares Dosierventilelement gekoppelt ist.
Das Dosierventilelement ist in einem Durchflussweg zwischen einer
Förderpumpe
und einem Einlass einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe angeordnet. Der Fliehgewichts-Mechanismus
ist betätigbar,
um die Winkelstellung des Dosierventilelementes einzustellen, um
damit die Durchflussrate bzw. -menge an Kraftstoff zu verändern, die
von der Förderpumpe
zu dem Einlass der Hochdruckkraftstoffpumpe gefördert wird. Nach einem ersten
Gesichtspunkt ist der Drehzahlregler mit einer Stellschraube versehen,
um die axiale Position des Dosierventilelementes einzustellen bzw.
anzupassen, um die Änderung
der Motordrehzahl kontrollieren bzw. steuern zu können, die auftreten
muss, damit sich das Dosierventilelement zwischen seiner vollständig offenen
und seiner vollständig
geschlossenen Stellung bewegt, wobei die Stellschraube im Wesentlichen
koaxial zu dem Dosierventilelement und oberhalb des Dosierventilelementes
angeordnet ist.
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Nach
einem zweiten Gesichtspunkt ist der Drehzahlregler mit einem keilförmigen Element
zum Einstellen bzw. Anpassen der axialen Position des Dosierventilelements
versehen, um die Änderung
der Motordrehzahl kontrollieren bzw. steuern zu können, die
auftreten muss, damit sich das Dosierventilelement zwischen seiner
vollständig
offenen und seiner vollständig
geschlossenen Stellung bewegt. Das keilförmige Element kann an einer
bzw. über
eine geneigte Oberfläche
derart gleiten, dass eine Veränderung
der Stellung des keilförmigen
Elements im Verhältnis
zu der geneigten Oberfläche
eine Veränderung
der axialen Position des Dosierventilelements zur Folge hat.
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Die
Erfindung wird im Nachfolgenden beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Drehzahlreglers gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt,
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die 2 und 3 Darstellungen
sind, die den Betrieb der Ausführungsform
der 1 zeigen, und
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die 4 eine
schematische Ansicht eines Teils eines Drehzahlreglers gemäß einer
alternativen Ausführungsform
zeigt.
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Die
beigefügten
Zeichnungen stellen einen Drehzahlregler dar, der einen Fliehgewichts-Mechanismus 10 umfasst.
Dieser ist auf einer Achse 11 befestigt, die dazu bestimmt
ist, mit einer mit der Betriebsdrehzahl eines verbundenen Motors
verbundenen Drehzahl zu rotieren, beispielsweise mit der Drehzahl
einer Nockenwelle oder einer Kurbelwelle. Die Achse 11 trägt einen
Käfig 12,
wobei der Käfig 12 mit
der Achse 11 rotiert werden kann. Innerhalb des Käfigs 12 ist
eine Vielzahl von Gewichten 13 drehbar befestigt. Jedes
der Gewichte 13 beinhaltet einen Vorsprung 14,
der in eine endseitige Oberfläche
einer Hülse 15 eingreifen
kann, wobei die Hülse 15 relativ zu
der Achse 11 axial einstellbar ist. Die Hülse 15 stößt gegen
einen Hebel 16, wobei der Hebel um einen Arm 17 gedreht
werden kann. An dem Hebel 16 ist eine Drehzahlreglerfeder 18 befestigt,
wobei die Drehzahlreglerfeder 18 an einem Drosselelement 19 angreift,
das zum Variieren der auf die Feder 18 ausgeübten Vorlast
einstellbar ist.
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Wenn
der Motor während
des Betriebs bei einer verhältnismäßig geringen
Drehzahl betrieben wird und somit die Achse 11 mit einer
verhältnismäßig geringen
Drehzahl rotiert, übt
die Wirkung der Drehzahlreglerfeder 18 auf den Hebel 16 eine
Kraft auf die Hülse 15 aus,
die die Hülse 15 in
der in der 1 dargestellten Orientierung
in die linke Richtung drängt.
Der Eingriff zwischen der Hülse 15 und
den Gewichten 13 stellt dabei sicher, dass die Gewichte 13 eine
radial innen liegende Stellung einnehmen. Wenn die Drehzahl des
Motors ansteigt, zwingt die durch die gesteigerte Rotationsgeschwindigkeit
der Achse 11 hervorgerufene Zentrifugalkraft die Gewichte 13 zu
einer Drehung in der Richtung von radial weiter außen liegenden
Stellungen. Eine derartige Bewegung verursacht dabei eine Verschiebung
der Hülse 15 und
eine Drehbewegung des Hebels 16 gegen die Wirkung der Drehzahlreglerfeder 18.
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Der
Hebel 16 ist mittels einer herkömmlichen Verbindungsanordnung 20 mit
einer Kulisse 21 verbunden, die auf einem oberen endseitigen
Bereich eines Dosierventilelementes 22 befestigt ist, das
innerhalb einer Bohrung 23 winklig einstellbar ist. Die
Bohrung 23 ist so angeordnet, dass sie durch eine Förderpumpe,
die in herkömmlicher
Weise mit einer mit der Motordrehzahl verbundenen Drehzahl betrieben wird,
mit Kraftstoff unter einem verhältnismäßig geringen
Druck beliefert werden kann.
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Das
Dosierventilelement 22 ist an seinem unteren Ende mit einer
Ausnehmung 24 versehen, die mit einem Auslass 25 überlappen
kann. Auf diese Weise kann abhängig
von der Winkelstellung des Dosierventilelementes 22 von
der Förderpumpe
Kraftstoff durch die Bohrung 23 und die Ausnehmung 24 zu
dem Auslass 25 gefördert
werden. Der Auslass 25 steht mit einem Einlass einer Hochdruckkraftstoffpumpe
in Verbindung, die verwendet wird, um unter einem hohen Druck stehenden
Kraftstoff an mit jedem Zylinder des Motors verbundene Einspritzdüsen zu liefern.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe kann beispielsweise in Form einer Rotationsverteilungspumpe
vorliegen. Es ist allerdings zu beachten, dass die Erfindung ebenfalls
bei Drehzahlreglern für
eine Verwendung mit Kraftstoffsystemen verwendet werden kann, die
Hochdruckkraftstoffpumpen anderer Art beinhalten.
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Der
Drehzahlregler der 1 umfasst des Weiteren eine
Anordnung zur Einstellung einer Regeldifferenz, die ein keilförmiges Element 26 umfasst. Dieses
kann auf einer geneigten Oberfläche
eines Elementes 27 gleiten, wobei eine Einstellschraube vorgesehen
ist, um die Stellung des keilförmigen
Elementes 26 einzustellen. Das keilförmige Element 26 stößt gegen
das obere Ende des Dosierventilelementes 22, so dass eine
Einstellung der Einstellschraube 28 zum Zwecke einer Änderung
der Stellung des keilförmigen
Elementes 26 verursacht, das sich das Dosierelement 22 axial
relativ zu der Bohrung 23 bewegt.
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Die 2 und 3 zeigen
den Effekt einer Einstellung der axialen Stellung des Dosierventilelementes 22.
In den 2 und 3 bezeichnet der schraffierte
Bereich 29 den Überlappungsbereich zwischen
dem Ende des Auslasses 25 und der in dem Dosierventilelement 22 vorgesehenen
Ausnehmung 24, wenn das Ventilelement 22 eine
vollständig geöffnete Stellung
einnimmt. Die vollständig
geöffnete
Stellung kann beispielsweise durch eine Verwendung von Mitnehmerscheiben
oder -Blechen oder Spiralblechen (scroll or catch plates) oder anderen Anschlägen zur
Begrenzung der winkligen Einstellung des Ventilelementes 22 bestimmt
oder definiert werden. Sowohl in der 2 als auch
in der 3 betrifft der Überlappungsbereich ein Strömungsgebiet
von beispielsweise 2 mm2. Bei der Anordnung der 2 kennzeichnet
die gestrichelte Linie die Position der Ausnehmung 24,
wenn das Dosierventilelement in eine geschlossene Stellung bewegt
wurde, in der zwischen der Ausnehmung 24 und dem Auslass 25 keine Überlagerung
vorliegt. Die Bewegung des Dosierventilelementes 22 zwischen
diesen Positionen ist mittels eines Pfeils X gekennzeichnet. Es
ist allerdings zu beachten, dass die Bewegung des Dosierventilelementes 22 eine
winkelförmige
Bewegung und keine lineare Bewegung ist.
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Die 3 stellt
die Bewegung des Dosierventilelementes 22 zwischen seiner
vollständig
offenen Stellung und seiner vollständig geschlossenen Stellung
dar, wobei die axiale Stellung des Dosierventilelementes 22 um
eine Strecke Y verschoben wurde. Wie in der 3 dargestellt
ist, ist das Maß, um
das das Ventilelement 22 bewegt werden muss, um sich zwischen
seiner vollständig
geöffneten
und seiner vollständig
geschlossenen Stellung zu bewegen, durch einen Pfeil Z in der 3 gekennzeichnet und
bedeutend größer als
die entsprechende Distanz, die Strecke X, die in der 2 dargestellt
ist.
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Obwohl
der Auslass 25 in den beigefügten Zeichnungen mit einem
kreisförmigen
Querschnitt dargestellt ist, ist zu beachten, dass er eine alternative
Gestalt annehmen kann. Es kann beispielsweise erwünscht sein,
einen Auslass 25 von rechteckiger Form vorzusehen. Die
Gestalt des Auslasses 25 bestimmt die Empfindlichkeit der
Dosierventilanordnung, weshalb seine Form daher ausgewählt werden kann,
um die für
die bestimmte Anwendung des Drehzahlreglers erforderliche Empfindlichkeit
vorzusehen.
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Wenn
das Dosierventilelement 22 mit dem Fliehgewichts-Mechanismus 10 verbunden
ist, ist zu beachten, dass der Winkel, über den das Dosierventilelement 22 bewegt
wird, von Änderungen
der Geschwindigkeit des Motors abhängig ist. Es ist daher zu beachten,
dass, wenn das Ventilelement 22 die in der 2 dargestellte
axiale Stellung einnimmt, sich das Ventilelement 22 zwischen
einer vollständig
geöffneten
und einer vollständig
geschlossenen Stellung als Resultat einer verhältnismäßig geringen Änderung
der Geschwindigkeit des Motors bewegt. Die Anordnung der 3,
in der das Dosierventilelement 22 eine tiefer gelegene
axiale Stellung einnimmt, erfordert dagegen eine größere Änderung
der Geschwindigkeit des Motors, um den gleichen Wechsel des Kraftstoffzufuhr-Niveaus
hervorzurufen.
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Wenn
der Motor während
des Betriebs bei einer gegebenen Drehzahl gegen eine gegebene Last betrieben
wird, wird die Drehzahl durch die Einstellung des Drosselelementes 19 bestimmt.
Falls die Last abnimmt, wird die Drehzahl des Motors ansteigen.
Das Ansteigen der Drehzahl des Motors verursacht, dass sich die
Gewichte 13 radial nach außen bewegen, wobei diese Bewegung
auf den Hebel 16 übertragen
wird. Der Hebel 16 bewegt sich gegen die Wirkung der Feder 18.
Die Bewegung des Hebels 16 wird auf das Dosierventilelement 22 übertragen
und bewegt das Ventilelement 22 in eine Stellung, in der das
Maß der
Kraftstoffzufuhr zu der Kraftstoffhochdruckpumpe vermindert wird.
Als Folge der Verminderung der Kraftstoffzufuhr wird die Drehzahl
des Motors abnehmen und der Drehzahlregler den Motor im Wesentlichen
auf seine ursprüngliche
Drehzahl zurückführen. Falls
in ähnlicher
Weise die Last des Motors ansteigt, ändert der Drehzahlregler die
Kraftstoffzufuhr zum Motor, um den Lastwechsel zu korrigieren.
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Es
ist zu beachten, dass, falls sich aufgrund eines Verschleißes oder
aus Systemstabilitätsgründen oder
anderen Gründen
während
des Betriebs die Regeldifferenz des Drehzahlreglers ändert oder
geändert
werden sollte, durch eine geeignete Einstellung der Stellschraube 28 die
axiale Stellung des Dosierventilelementes 22 eingestellt
werden kann, um das gewünschte
Maß der
Regeldifferenz zu erreichen oder zu bewahren. Im Ergebnis kann der
Betrieb des Drehzahlreglers zur Regelung des Motors verbessert werden,
so dass der Motor bei einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl
betrieben wird.
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Bezugnehmend
auf die 4 wird in einer alternativen
Ausführungsform
der Erfindung die Einstellung der axialen Stellung des Dosierventilelementes 22 mittels
einer Stellschraube 30 bewirkt, die im Wesentlichen in
der in der 1 dargestellten Orientierung
vertikal oberhalb des Dosierventilelementes 22 angeordnet
ist. Das unterste Ende der Stellschraube 30 ist mit einer
Nut versehen, die mit einem oberen Arm 32a eines zwischenliegenden
Brückenelementes 32 zusammenwirkt.
Auch das Brückenelement 32 beinhaltet
einen unteren Arm 32b wobei eine Oberfläche des unteren Arms 32b gegen
eine obere Oberfläche
eines Zapfens 22a stößt, der
einen Teil des Dosierventilelementes 22 ausbildet. In dieser Ausführungsform
der Erfindung kann die axiale Stellung des Dosierventilelementes 22 durch
Einstellen der Position der Stellschraube 30 entlang einer
Achse eingestellt werden, die im Wesentlichen koaxial zu der Achse
des Dosierventilelementes 22 ist. Dabei wird die Einstellung
der Position der Stellschraube 30 über das Brückenelement 32 auf
das Dosierventilelement 22 übertragen. Das Vorsehen des
Brückenelementes 32 ermöglicht eine
Aufnahme eines Teils des Drosselgestänges 34 und eines
Regelungsarms (nicht dargestellt) des Dosierventilelementes 22.
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Das
Brückenelement 32 beinhaltet
außerdem
einen Schenkelbereich 32c wobei der Beinbereich 32c mit
einer Oberfläche 36 in
Eingriff gelangen kann, die mit einem Gehäuse 38 verbunden ist,
um das Maß einer
Bewegung des Brückenelementes 32 entlang
der Achse des Dosierventilelementes 22 einzuschränken. Wenn
die Bewegung des Brückenelementes
auf diese Weise eingeschränkt
ist, wird verhindert, dass die Einstellung der Position des Dosierventilelementes 22 auf
ein solches Maß erfolgt,
dass das Dosierventil zu weit in das Gehäuse 38 eingefahren
wird, was bewirken würde,
dass es mit diesem kollidiert bzw. verklemmt, wodurch eine Gefährdung des
korrekten Betriebs des Drehzahlreglers verursacht würde. Es
ist zu beachten, dass durch eine Verwendung der Stellschraube 30 zur
Einstellung der Position des Dosierventilelementes 22 auf
diese Weise das Erfordernis des Vorhandenseins des keilförmigen Elements 26 und
der geneigten Oberfläche 27, wie
sie in den 1 bis 3 dargestellt
sind, entfällt.