DK149391B - Knastaktiveret drivmekanisme for en hydraulisk stempelpumpe - Google Patents

Description

i 149391

Opfindelsen angår en knastaktiveret drivmekanisme for en enkeltvirkende hydraulisk stempelpumpe.

Den kan navnlig, men ikke udelukkende, finde anvendelse i stempelforbrændingsmotorer til drift af brændsels-5 pumper og/eller udstødsventiler i motorcylindrene.

Por at opnå maksimal brændselsøkonomi af en højtydende dieselmotor, specielt en marinemotor, er det vigtigt, at både indsprøjtningen af de i brændselspumperne afmålte brændselskvanta i cylindrene og ud-10 stødsventilernes åbningsbevægelse foregår på kortest mulig. tid. Med de konventionelle drivmekanismer, hvor knaster på motorens styreaksel virker direkte på henholdsvis brændselspumpestempler og stempler i hydrostatiske transmissioner til udstødsventilerne er mu-15 ligheden for at reducere de nævnte tider begrænset, fordi kortere tider medfører højere accelerationer af de bevægelige masser og dermed højere belastninger på mekanismens dele.

Denne og andre ulemper er ifølge opfindelsen 20 afhjulpet ved, at den hydrauliske pumpes stempel er mekanisk forbundet dels med et første stempel i en energiakkumulator, som er indrettet til at akkumulere energi under pumpestemplets sugeslag og til at afgive energi til pumpestemplet under dettes leveringsslag, 25 dels med et andet stempel, som sammen med en tilhørende cylinder afgrænser et første kammer, hvis volumen vokser respektive aftager under pumpestemplets sugeslag respektive leveringsslag, at det første kammer gennem en tilgangsledning 30 er sluttet til et med en sugeventil forsynet andet kammer i en hydraulisk hjælpepumpe, hvis pumpestempel er drevet fra knasten, og som ved overføring af hydraulikvæske fra det andet kammer gennem tilgangsledningen til det første kammer leverer i det mindste en del 35 af den energi, som under den hydrauliske pumpes sugeslag akkumuleres i energiakkumulatoren, 2 14S391 og at en afgangsledning fra det første kammer til et område med lavt tryk indeholder en eksternt styret ventil.

Mekanismen ifølge opfindelsen adskiller sig 5 f-ra de kendte drivmekanismer ved, at energien til gennemførelse af den hydrauliske pumpes, i det følgende betegnet som hovedpumpen, leveringsslag ikke leveres direkte af aktiveringsknasten, men af energiakkumulatoren, som forud for leveringsslaget bliver "opladet" 10 ved overføring af hydraulikvæske fra det andet kammer i hjælpepumpen til det første kammer. Ved åbning af den eksternt styrede ventil i afgangsledningen fra det første kammer indledes hovedpumpens leveringsslag, tinder hvilket hydraulikvæsken strømmer bort fra dette 15 kammer, og stempelbevægelsens hastighed er således kun begrænset af modstanden mod væskens udstrømning fra det første kammer. Idet overføringen af hydraulikvæske fra det andet kammer til det første kammer sker i intervallerne mellem to på hinanden følgende leverings-20 slag af hovedpumpen, og da varigheden af hver af disse perioder er betydeligt længere end leveringsslagets varighed, kan hastighederne og dermed også accelerationerne af de bevægelige dele og kraftpåvirkningen mellem knasten og hjælpepumpens stempel holdes på mode-25 rate værdier, selv om der under hovedpumpens leveringsslag optræder meget høje hastigheder.

Ved mekanismens anvendelse til aktivering af en udstødsventil, som er fjederbelastet til lukning, medfører opfindelsen endvidere en betydningsfuld 30 energigenvinding, idet den energimængde, som under ventilåbningen opmagasineres i lukkefjedrene, for en væsentlig dels vedkommende afgives til mekanismens energiakkumulator, når denne oplades under ventilens lukning. Derved reduceres det arbejde, som knasten skal 35 udføre for at oplade akkumulatoren.

149391 3

Ved mekanismens anvendelse til aktivering af brændselspumper opnås, sammenlignet med en fra dansk patentskrift nr. 145 088 kendt brændselspumpe med akkumulator, yderligere fordele ved, at mekanismen til op-5 ladning af akkumulatoren kan arbejde med smøreolie, som er renere og derfor mindre slidende end brændselsolie, og hvis viskositet er bedre kontrollabel. Man kan derfor tolerere snævrere spillerum melelm cylindre og stempler og derved opnå mindre lækagetab. Endvidere kan 10 arbejdstrykket i det første og det andet kammer holdes væsentligt lavere end brændslets indsprøjtningstryk, hvilket yderligere reducerer lækagetabene og fører til en højere hydraulisk virkningsgrad.

I tilgangsledningen til det første kammer 15 kan der være en i retning mod kammeret åbnende kontraventil. Udførelsesformen muliggør, at hjælpepumpens retur- eller sugeslag kan foregå, medens akkumulatoren er opladet, idet kontraventilen hindrer væsken i det første kammer i at strømme tilbage til hjælpepumpen.

20 Den nævnte kontraventil kan være forspændt til først at åbne ved et tryk, som overstiger det tryk, ved hvilket det andet kammers sugeventil åbner.

Herved forebygger man, at der under hovedpumpens leveringsslag, hvor ventilen i det første kammers af-25 gangsledning er åben, kan foregå en uønsket tilstrømning af hydraulikvæske til dette kammer via det andet kammer.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til den skematiske tegning, på 30 hvilken fig. 1 viser en første udføreIsesform for drivmekanismen ifølge opfindelsen i forbindelse med en udstødsventil i en dieselmotor, vist med udstødsventilen åben, 149391 4 fig. 2 et tilsvarende billede i mindre skala med udstødsventilen lukket, og fig. 3 et tilsvarende billede af en anden udførelsesf orm for drivmekanismen, som kan anvendes i 5 forbindelse med en brændselspumpe.

I fig. 1 og 2 er vist en udstødsventil til en cylinder i en i øvrigt ikke nærmere vist dieselmotor, eksempelvis en længdeskyllet totaktsmotor med udstødsventiler monteret på toppen af cylindrene. Foruden 10 selve ventilen 1 ses det på et ikke vist cylinderdæksel monterede ventilhus 2, hvori ventilspindlen 3 er styret, samt et sæt lukkefjedre 4, der påvirker ventilen 1 til lukket stilling.

Ventilspindlen 3 er ved sin øverste ende ud 15 i ét med et hydraulisk aktiveringsstempel 5, som sammen med en tilhørende cylinder 6 afgrænser et ar-bejdskammer 7, der gennem en højtryksledning 8 er sluttet til et kammer 9 i en hydraulisk pumpe 10, den ovenfor omtalte hovedpumpe.

20 Hovedpumpens stempel 11 er ved hjælp af en fælles stempelstang 12 stift forbundet med dels et første stempel 13, som sammen med en tilhørende cylinder 14 afgrænser et kammer 15 på sin underside, dels med et andet stempel 16, som sammen med en til-25 hørende cylinder 17 afgrænser et kammer 18 på sin overside.

Gennem en kontraventil 19, som åbner i retning mod hovedpumpens arbejdskammer 9, er dette kammer sluttet til et forråd for hydraulikvæske ved for-30 holdsvis lavt overtryk med henblik på at sikre, at det hydrauliske system 7, 8, 9 til aktivering af udstødsventilen 1 altid er væskefyldt. Kammeret 15 er gennem en i retning mod kammeret åbnende kontraventil 20 sluttet til en trykluftkilde, f.eks.

149391 5 motorens starteluftsystem, hvori der opretholdes et tryk, som ved påvirkning af det pneumatiske stempel 13 i dettes topstilling er tilstrækkelig til at overvinde lukkekraften fra fjedrene 4 og derved holde 5 udstødsventilen 1 åben.

Kammeret 18 over stemplet 16 er gennem en tilgangsledning 21 sluttet til et kammer 22 i en hydraulisk hjælpepumpe 23, hvis stempel 24 er mekanisk forbundet med en følgerulle 25, der under mo-10 torens drift permanent holdes i anlæg mod en aktiveringsknast 26 på motorens styreaksel.

I ledningen 21 mellem hjælpepumpens arbejds-kammer 22 og kammeret 18 er der ved tilgangen til sidstnævnte kammer en kontraventil 27, som åbner i 15 retning mod kammeret. Fra kammeret 18 fører en afgangsledning 28, hvori der er indskudt en styreventil 29, som på et bestemt sted af det tilhørende motorstempels vandring åbnes ved en impuls, der f.eks. kan være afledt mekanisk, elektrisk eller elektronisk 20 fra motorens styreaksel. Gennem en sugeventil 30 forsynes hjælpepumpens arbejdskammer 22 med hydraulikvæske fra et forråd med passende overtryk, f.eks. det samme som gennem ventilen 19 er sluttet til kammeret 9. Det nævnte forråd kan eksempelvis være mo-25 torens smøresystem.

Som vist i fig. 1 og 2 har hver cylinders aktiveringsknast 26 et med styreakslen koncentrisk afsnit 31 med en længde på godt 180°, et andet, koncentrisk afsnit 32 med mindre radius og kortere 30 vinkeludstrækning, samt to overgangsafsnit 33 og 34. I den viste udførelsesform er den med følgerullen 25 samvirkende knastflade 31-34 symmetrisk, og stillingerne af knasten 26 i fig. 1 og 2 svarer henholdsvis til bunddødpunktet og topdødpunktet i det / 149391 6 tilhørende motorstempels bevægelse. Af den følgende funktionsbeskrivelse vil det ses, at drivmekanismen derved muliggør reversering af motoren uden ændring af styreakslens vinkelstilling i forhold til krumtap-5 akslen.

Under den periode af stempelslaget, hvor rullen 25 ligger mod knastafsnittet 32, står pumpestemplet 24 stille, og udstødsventilen 1 er åben, idet lukkekraften fra fjedrene 4, som forklaret 10 ovenfor, udlignes af det pneumatiske tryk, som virker i kammeret 15. Når knastafsnittet 33 derefter bevæger sig ind under rullen 25, løftes pumpestemplet 24, hvorved hydraulikvæske gennem ledningen 21 overføres til kammeret 18. Derved presses stemplet 16 15 og de med dette stift forbundne stempler 13 og 11 nedad. Stemplet 13 komprimerer luften i kammeret 15 yderligere, og ventilen 1 lukkes i takt med knastens rotation, idet fjedrene 4 presser hydraulikvæske fra kammeret 7 gennem ledningen 8 tilbage 20 til kammeret 9.

Under den følgende del af styreakslens rotation, hvor rullen 25 samvirker med knastafsnittet 31, forbliver udstødsventilen 1 foreløbig lukket under påvirkning af dels lukkefjedrene 4, dels det 25 hydrauliske tryk i kammeret 18, som tilsammen opvejer det pneumatiske tryk i kammeret 15. Dette ses i fig.2.

Når udstødsventilen 1 skal åbne, afgives den førnævnte impuls til styreventilen 29, som derved åbner momentant og tillader udstrømning af hy-30 draulikvæske fra kammeret 18 gennem afgangsledningen 28. Bortfaldet af det hydrauliske tryk i kammeret 18 bevirker, at det pneumatiske tryk i kammeret 15 nu kan løfte stemplet 13 og derved pumpestemplet 11, som trykker, hydraulikvæské gennem ledningen 8 over i 149391 7 arbejdscylinderen 6 og derved igen fører ventilen 1 nedad til den i fig. 1 viste åbne stilling. Når ventilen 1 er åben, kan styreventilen 29 igen lukkes.

5 Under den del af motorens arbejdscyklus, ' hvor rullen 25 samvirker med knastafsnittet 34, bevæger hjælpepumpens stempel 24 sig nedad og gennem sugeventilen 30 strømmer hydraulikvæske ind i kammeret 22 til erstatning for den væskemængde, som 10 er strømmet bort fra kammeret 18 gennem ledningen 28. Som tidligere nævnt kan kontraventilen 27 være forspændt til først at åbne ved et tryk, som overstiger det tryk, ved hvilket ventilen 30 åbner.

Herved sikres, at ventilen 27 forbliver lukket i 15 den periode, hvor ventilen 29 er åben for udstrømning fra kammeret 18.

Den i fig. 3 anskueliggjorte mekanisme til aktivering af en i øvrigt konventionel brændselspumpe er i princippet opbygget nøjagtigt som den lige beskrevne, 20 og de komponenter i fig. 3, som svarer til de i fig. 1 og 2 viste, er betegnet med samme henvisningstal. .

I fig. 3 er hovedpumpen 41 udført som brændselspumpe med en skruelinieformet afskæringskant 42 på pumpestemplet 43. Kanten 42 samvirker med ikke viste ind-25 strømnings- og afskæringsporte i cylindervæggen, og ved drejning af stemplet 43 indstilles stemplets effekti-, ve slaglængde og dermed pumpen 41’s leveringsmængde.

Pumpens arbejdskaromer 44 er sluttet til den eller de ikke viste brændselsinjektorer i motorcylinderen gennem en 30 højtryksledning 45, og brændslet tilføres på konventionel måde til kammeret 44 gennem en sugeventil 46.

Den med hjælpepumpen 23's følgerulle 25 samvirkende knast 47 er lige som knasten 26 symmetrisk, og knasten er i fig. 3 vist i en stilling 35 af styreakslen 48, hvor stemplet 24 lige er begyndt at bevæge sig opad og derved overføre hydraulikvæske 149391 8 gennem ledningen 21 til kammeret 18. Som ved udførelsesformen i fig. 1 medfører dette, at stemplet 13 bevæger sig nedad og derved forøger det pneumatiske tryk i kammeret 15, medens pumpestemplet 43 5 ved sin nedadgående vandring suger brændselsolie ind i kammeret 44 gennem ventilen 46.

Pumpestemplet 43's leveringsslag og derved brændselsindsprøjtningen i motorcylinderen indledes ved impulsaktiveret åbning af ventilen 29, hvorved 10 trykket i kammeret 18 hurtigt falder som følge af hydraulikvæskens udstrømning, og trykket i kammeret 15 løfter stemplet 13 og dermed pumpestemplet 43. Det vil forstås, at slaglængden af stempelaggregatet 13, 16, 43 vælges noget større end maksimalværdien 15 af den ovenfor omtalte effektive slaglængde af brændselspumpestemplet 43 svarende til maksimal leverings-mængde .

Analogt med den i fig. 1-2 viste knast 26 er knasten 47 symmetrisk, og dens symmetrilinie 20 svarer til linien BDP-TDP for motorcylinderens stempelvandring. Knasten kan derfor benyttes til aktivering af brændselsindsprøjtningen ved begge omdrejningsretninger af en omstyrbar motor, uden ændring af styreakslens vinkelstilling i forhold til krum-25 tapakslen.

For fuldstændigheds skyld nævnes, at det ved en ikke-omstyrbar motor også er muligt at aktivere udstødsventilens energiakkumulator ved hjælp af en knast med "positiv" knastflade analogt med knasten 30 47, idet man her ikke er bundet til den betingelse, at knastens symmetrilinie skal falde sammen med linien BDP-TDP.

Claims (3)

1. Knastaktiveret drivmekanisme for en enkeltvirkende hydraulisk stempelpumpe, kendetegnet ved, at den hydrauliske pumpes (10) stempel (11) er mekanisk forbundet dels med et første stem-5 pel (13) i en energiakkumulator (14), som er indrettet til at akkumulere energi under pumpestemplets (11) sugeslag og til at afgive energi til pumpestemplet under dettes leveringsslag, dels med et andet stempel (16), som sammen med en tilhørende cylinder 10 (17) afgrænser et første kammer (18), hvis volumen vokser, respektive aftager under pumpestemplets (11) sugeslag, respektive leveringsslag, at det første kammer (18) gennem en tilgangsledning (21) er sluttet til et med en sugeventil (30) 15 forsynet andet kammer (22) i en hydraulisk hjælpepumpe (23), hvis pumpestempel (24) er drevet fra knasten (26), og som ved overføring af hydraulikvæske fra det andet kammer (22) gennem tilgangsledningen (21) til det første kammer (18) leverer i det mindste en del 20 af den energi, som under den hydrauliske pumpes (10) sugeslag akkumuleres i energiakkumulatoren (14) ,. og at en afgangsledning (28) fra det første kammer (18) til et område med lavt tryk indeholder en eksternt styret ventil (29).

2. Drivmekanisme ifølge krav 1, kende tegnet ved, at der i tilgangsledningen (21) til det første kammer (18) er en i retning mod kammeret åbnende kontraventil (27).

. 3. Mekanisme ifølge krav 2, kendete g-30 net ved, at kontraventilen (27) er forspændt til først at åbne ved et tryk, som overstiger det tryk, ved hvilket det andet kammers (22) sugeventil (30) åbner.