DE2109693C - Elektronischer Drehzahlregler fur Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

a) Als Reglerstufe kann wahlweise eine reine .
Drehzahlreglerstufe mitP-I-D-Verhalten(19) ₁₅ Die Erfindung betriift einen elektronischen Drehoder eine Füllungs-Drehzahlreglerstufe (20) zahlregier für Brennkraftmaschinen grauer Leistung eingeschaltet werden (Fi g. 1); mit einer Sollwerteinstellung fur Drehzahl bzw.

Füllung der Brennkraftmaschine, einem SoU-Ist-

b) zwischen Reglerstufe (19, 20) und Verstär- _Verele^._h &τ Drehzahl, einer Reglerstufe, einem ker (26) wird ein Füllungsbegrenzungssignal, „_{o Vei}|_täl._{ker e}jnem Stellglied mit Servoventil zur das die Motorfüllung, z. B. abhängig von der " _FiiIlun„_ssteuerung mit Weggeber und Rücktu ung. Motordrehzahl, dem äußeren Luftdruck, der Elektronische Drehzahlregler werden für L.ennöltemperatur oder der Ladelufttemperatur, _kraf_tmaschinen wegen ihres einfachen Aufbaues, ihrer begrenzen soll, mit dem von der Reglerstufe Einstellbarkeit und wegen der universellen ausgehenden Füllungssignal verglichen, wo- Verwendbarkeit für verschiedene Typen von B^nnbei das jeweils kleinere Signal an den Ver- kraftmaschinen /ur Regelung von Drehzahl und stärker weitergeleitet wird (Fig. 2 und 3); _F£g vorgesehen.

c) zur Drehzahlmessung sind zwei Meßsysteme Bei Brennkraftmaschinen großer Leistung ζ Β. vorhanden, die wahlweise zur Lieferung des Dieselmotoren für Schienenfahrzeuge, bestellt die Drehzahl-Ist-Wertes herangezogen werden 3« Forderung nach wahlweiser Drehzahlregelung bzw. können und beide über eine Entweder-Oder- kombinierter Füllungs-Drehzahlregelung. Bei nachSchaltung (34) bei Überdrehzahl auf eine geschaltetem Drehmoment-Wandler-Getnebe z.B. ist Abstellvorrichtung (29) der Brennkraft- Drehzahl- und Füllungsregelung möglich, bei nachmaschine (11) einwirken (Fig. 1). geschaltetem Kupplungsgetriebe ist jedoch FuIIungs-

35 regelung erforderlich.

2. Elektronischer Drehzahlregler nach An- Wegen des hohen Anschaffungswertes der M?- spruch 1 mit P-I-Verhalten aufweisender Regler- schinen bestehen besondere Forderungen zur Verstufe, dadurch gekennzeichnet, daß ein P-Verbal- hinderung von vorzeitigem Verschleiß beim Betreiben ten mit einstellbarem Proportionalitätsbereich der Maschinen unter ungünstigen Bedingungen. Die durch Verändern des Drehzahl-Sollwertes in Ab- 4o Füllung der Maschinen muß dann z. B. in Abhängighängigkeit des Füllungs-Ist-Wertes erzielt wird keit von der Motordrehzahl zurückgenommen wer-(F i g. 4 und 5). den, wenn der Zünddruck bei niedrigen Drehzahlen

3. Elektronischer Drehzahlregler nach An- für die Lagerung der Kurbelwelle zu groß wird oder spruch 2 mit bei maximal möglicher Leistung bei die sogenannte Rauchgrenze erreicht wird. Sinkt der Soll-Drehzahl einsetzender Abregelung, dadurch 45 äußere Luftdruck, z. B. durch Erreichen einer größegekennzeichnet, daß aus der Summe von FuI- ren Höhe beim Antrieb von Fahrzeugen, oder steigt lungsbegrenzungssignal (68) und Füllungs-Ist- die öltemperatur der Maschine unzulässig an, z. B. Wertsignal (76) mit Hilfe eines weiteren, dem durch einen Defekt an der Kühlanlage, oder ist die maximalen Füllungssignal (67) entsprechenden, Temperatur der Ansaugluft zu hoch, so muß die konstanten Signals, ein dem Drehzahl-Sollwert 5» Füllung zum Schutz der Maschine bzw. zur einwandzuzuaddierendes neues Signal gebildet wird freien Verbrennung reduziert werden.

(F i g. 4 und 5). Bei Überdrehzahl muß sichergestellt sein, daß

4. Elektronischer Drehzahlregler nach An- unter allen Umständen die Füllung der Brennkraftspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei maschine zurückgenommen wird.
Parallelbetrieb mehrerer Brennkraftmaschinen 81 55 Aufgabe der Erfindung ist es, diese vielfältigen bis 84) nur ein Führungsregler (90) mit Regler- Bedingungen mit einem elektronischen Regler zu erstufe vorhanden ist und die übrigen Anlagen das füllen.

Füllungssignal von dieser Reglerstufe beziehen Diese Aufgabe wird durch die Kombination folgen-

(F i g. 6). der Merkmale gelöst:

5 Elektronischer Drehzahlregler nach An- 6» _Regier_Stufe kann wahlweise eine reine Drehspruch 4, wobei die Brennkraftmaschinen mit zahlreglerstufe mit P-I-D-Verhalten oder eine FUl-. Generatoren gekuppelt sind, die auf ein gerre.n- i_ungs-Drehzahlreglerstufe eingeschaltet werden; sames Netz arbeiten, dadurch gekennzeichnet, ^{6 6}

daß dem Füllungssignal der gemeinsamen Füh- b) zwischen Reglerstufe und Verstärker wird ein rungsreglerstufe für die einzelne Brennkraft- 65 Fülluiigsbegrenzungssignal, das die Motormaschine ein die Wirklast des durch die be- füllung, z. B. abhängig von der Motordrehzahl, treffende Brennkraftmaschine angetriebenen Gene- dem äußeren Luftdruck, der öltemperatur oder rators berücksichtigendes Signal zuaddiert wird, der Ladelufttemperatur, begrenzen soll, mit dem

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von der ReglersUife ausgehenden FüIJungssignal F i g. 3 das Schaltbild zur Begrenzung des Füllungs-

verghchen, wobei das jeweils kleinere Signal an signals

den Verstarker weitergeleitet wird; Fig. 4 die Darstellung von Füllungs-Abregel-

c) zur Drehzahlmessung sind zwei Meßsysteme kurven,

vorhanden, die wahlweise zur Lieferung des ⁵ Fig. 5 das Schahbild zur Abregelung der Füllung,

Drehzahl-Ist-Wertes herangezogen werden kön- F'g-6 die Korrektur der Brennkraftmaschinen-

nen und beide über eine Entweder-Oder-Schal- leistungen durch Berücksichtigung der Wirkleistungen

tung bei Überdrehzahl auf eine Abstellvorrich- ^von parallel auf ein gemeinsames Netz arbeitenden

tung der Brennkraftmaschine einwirken. Generatoren,

r» ι j- ι- ι· , ίο F i g. 7 das Schaltbild des Differenzverstärkers.
Durch die Erfindung werden die Vorteile des elek- In F i g. 1 ist ein Hochleistungs-Dieselmotor 11 als ironischen Reglers weiter ausgebaut und eine weit- Regelstrecke dargestellt. Die Drehzahl des Dieselgehende Sicherung hochwertiger Brennkraftmaschi- _motors wird sowohl mit einem Tachogenerator 12, nen gegen vorzeitigen Verschleiß und Zerstörung der eine Drehzahlspannung liefert, als auch mit einem durch Überdrehzahl erreicht. _{15 digitalcn} Drehzahlmesser 13, der eine der Drehzahl hur die verschiedenartigen Anwendungsgebiete ist entsprechende Frequenz bildet, gemessen. Die auses notwendig, den Proportionalitätsbereich des Reg- gehenden Signale werden in einem Drehzahlaufnehlers einstellbar von 0 bis etwa 10·/» auszuführen. _mer 14 bzw. in einem Frequenz-Spannungs-Wandler L-rfindungsgemaß wird hierzu eine Reglerstufe mit 15 in jeweils analoge Gleichspannungssignale um-P-I-Verhalten verwendet mit 0·/. Drehzahlabwei- ao gewandelt und über einen Schalter 16 wahlweise als chung zwischen Leerlauf und voller Füllung, während Drehzahl-Ist-Wert für die Regelung zur Verfugung ein P-Verhalten mit einstellbarem Proportionalitäts- gestellt

bereich durch Verändern des Drehzahl-Sollwertes in Die Drehzahl-Sollwerteinstellung erfolgt über ein

Abhängigkeit des Fullungs-Ist-Wertes erzielt wird. Potentiometer 17, der Vergleich zwischen beiden

Weiterhin ist es zur Einstellung und Überprüfung 25 Werten wird in einem Additionspunkt 18 dureh-

des Proportionahtatsbereiches auf dem Prüfstand geführt und einer P-I-D-Reglcrstufe 19 zugeführt,

und zur Einhaltung der verlangten Soll-Drehzahl er- Neben der P-I-D-Reglerstufe 19 ist eine Füllungs-

wunscht, daß der Regler bei maximal möglicher Lei- reglerstufe 20 mit einer Sollwerteinstellung für die

stung bei der eingestellten Soll-Drehzahl mit der Ab- Füllung 21 angeordnet. Über einen Schalter 22 kann

regelung beginnt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch 30 wahlweise das Füllungssignal entsprechend dem

erreicht, daß aus der Summe von Füllungsbegren- Drehzahl-Sollwert oder entsprechend dem Füllungs-

zungssignal und Fullungs-Ist-Wertsignal mit Hilfe Sollwert oder entsprechend dem Befehl eines Füh-

emes weiteren, dem maximalen Füllungssignal ent- rungsreglers bezogen werden.

sprechenden, konstanten Signals, ein dem Drehzahl- I_n einem analogen Odergatter 23 wird das Sollwert zuzuaddierendes neues Signal gebildet wird. 35 Füllungssignal der Reglerstufe mit dem Füllunp-Arbeiten mehrere Brennkraftmaschinen parallel auf begrenzungssignal einer Füllungsbegrenzung 24, die einen gemeinsamen Abtrieb, so war es bisher üblich, _z. B. von Motordrehzahl, öltemperatur, Ladeluftjeder Brennkraftmaschine einen eigenen Regler zu- temperatur oder Luftdruck beeinflußt wird, verzuordnen. Dabei ist es jedoch schwierig, die gleich- glichen. Das kleinere Signal wird in einem weiteren maßige Belastung aller Brennkraftmaschinen sicher- 40 Additionspunkt 25 mit einem Rückführungssigna] zustellen. verglichen, in einem Verstärker 26 verstärkt und in Dieser Nachteil wird dadurch beseitigt, daß bei einem elektrohydraulischen Servoventil 27 in einen Parallelbetrieb mehrerer Brennkraftmaschinen nur entsprechenden hydraulischen Druck umgewandelt, ein Fuhrungsregler mit Reglerstufe vorhanden ist Dieser Druck wird in einer vom Dieselmotor 11 an- und die übrigen Anlagen das Füllungssignal von 45 getriebenen Pumpe 28 erzeugt und gelangt über ein dieser Reglerstufe beziehen. Abstellventil 29 zu einem Zylinder 30, der eine Ein-Dadurch wird eine für die meisten Anwendungs- spritzpumpe 31 betätigt. Ein Weggeber 32 erzeugt falle ausreichend gleichmäßige Belastung erzie:». das Rückführungssignal, das über einen Verstärker Beim Antrieb von Generatoren, die auf ein ge- 33 geleitet wird. Das Abstcilventil 29 wird bei Ermeinsames Netz arbeiten, kann eine noch genauere 50 reichen einer Überdrehzahl durch einen Entweder-Lastabgleichung notwendig werden, insbesondere um Oder-Schalter 34 von einem der beiden Drehzahl-Veränderungen des Stellgliedes oder der Füllungs- Ist-Wertsignale betätigt. Eine Proportionalitätssteuerung, die sich im Laufe der Zeit ergeben, auszu- einstellung 35 wird von dem Rückführsignal als gleichen. Füllungs-Ist-Wert und von dem Füllungsbegrcn-Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dem 55 zungssignal beeinflußt und liefert ein dem Drehzahl-Fullungssignal der gemeinsamen Führungsreglerstufe Sollwert zuzuaddierendes neues Signal,
für eine einzelne Brennkraftmaschine ein die Wirk- Flg. 2 zeigt den in zwei gerade Tcilstücke 38 und last des durch die betreffende Brennkraftmaschine 39 aufgeteilten Verlauf der Füllungsbegrenzung 40 angetriebenen Generators berücksichtigendes Signal über der Drehzahl. Jedes Tcilstück ist durch drei zuaddiert wird, so daß alle Anlagen mit der vor- 60 Werte darstellbar, die maximale Beerenzungshöhe 41, geschriebenen Belastung betrieben werden. den Neigungswinkel 42 und die Einsatzdrehzahl 43. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der F i g. 3 zeigt die Darstellung eines derartigen Teil-Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher Stückes durch die Schaltung.

beschrieben. Es zeigt Bei 44 wird eine der Drehzahl proportionale Span-

Fig. 1 das Blockschaltbild einer elektronischen ⁶5 nung ancelegt und mit einer am Potentiometer45

Reeelarilage für eine Brennkraftmaschine, eingestellten neeativen Spannung verglichen. Ist diese

F ip. 2 die Darstellung einer Fülluncsbegrenzungs- Spannnung größer nls die Drehzahlspanniing, winl

kurve in Abhängigkeit von der Drehzahl. am Ausgang des Operationsverstärkers 46 ein posi-

tives Signal erzeugt, das über cine Diode 47 direkt zurückgekoppelt wird. Erst wenn die Drchzahlspannimg bei 44 größer wird als die mit dem Potentiometer 45 eingestellte negative Spannung, wird das Sginal am Ausgang des Operationsverstärkers 46 negativ, kann über eine Diode 48 fließen und wird über einen Widersland 49 zurückgekoppclt. Für die Rückkopplung ist die Spannung in einem Punkt 50 maßgeblich. Die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 46 stellt sich entsprechend der Diirchlaßspanniing der Diode 48 ein, womit der Temperatureinfluß dieser Diode ausgeschaltet ist.

An einem Potentiometer 51 kann die Bcgrenzungsabnahmc pro Drehzahleinhcil eingestellt werden, entsprechend dem Neigungswinkel 42 (Fig. 2). Die Einstellung am Potentiometer 45 ergibt die Einsatzdrchzahl43(Fig.2).

Die Begrenzungshöhe 41 dagegen wird an einem weiteren Potentiometer 52 eingestellt. Von der dort eingestellten positiven Spannung wird die von Potentiometer 51 stammende negative Spannung mittels eines weiteren Operationsverstärkers 54 abgezogen. Das bei 55 auftretende Signal ist ein Maß für die Größe der Begrenzung. An 53 können weitere Korrekturgliedcr für weitere Tcilstückc, z. B. 39, angeschlossen werden.

In Fig. 4 sind verschiedene Soll-Füllungsabregclkurven 60, 61 und 62 dargestellt. Der Schnittpunkt mit den Drehzahl-Sollwerten 63, 64 und 65 soll auf der maximal möglichen Fiillungslinie 66 liegen, die von der Fiillungslinie 67 für 100% Füllung um die Füllungsbcgrenzung 68 abweicht. Außerdem soll der Ungleichförmigkcitsgrad bzw. Proportionalitätsbcrcich, d. h. die Neigung der Fiillungsabrcgelkurven, einstellbar sein.

F i g. 5 zeigt das Schaltbild zur Darstellung der Füllungsabrcgclkiirvcn nach Fig. 4.

An einem Potentiometer 69' wird eine positive Spannung, die in der Höhe dem Füllungssignal für 100"'» Füllung entspricht, eingestellt. Am Punkt 70 wird das Füllungsbegrcnzungssignal, am Punkt 71 das Füllungs-Ist-Wertsignal angeschlossen.

Durch einen Operationsverstärker 72 wird das DilTcrenzsignal aus der Summe von FüUungsbcgrcnzungssignal und Fiillungs-Ist-Wcrtsignal einerseits und der eingestellten Spannung des Potentiometers 69 andererseits verstärkt. Am Punkt 73 kann das Ausgangssignal abgegriffen werden, das dem Sollwert für die Füllungsbcgrenzung zuaddiert wird. Ein Potentiometer 74 gestattet die Einstellung des Ungleich f ö rm igkcitsgradcs.

Wird /.. B. die Maschine mit der Soll-Drehzahl 63 (F i g. 4) und maximal möglicher Füllung betrieben, so arbeitet sie im Betriebspunkt 75. Die Summe aus Fiillungs-Ist-Wcrtsignal und Füllungsbegrcnzungssignal entspricht dem am Potentiometer 69 eingestellten Wert für 100·/« Füllung. Damit ist keine DifTcrcnzspannung vorhanden und es entsteht demzufolge auch kein Signal am Punkt 73. Der Sollwert wird nicht verändert.

Wird die Maschine dagegen im Punkt 76 betrieben. so ist ein kleineres I-TiHiinps-lst-Wcrtsignal vorhanden. Die Summe aus f-TiHungsbcgrcnzungssignal und liilhinv· Ist Wi-rtsipnal erreicht nicht den am Ρ<ιΙ(·ιιΓιπιιιι·Ιιί 69 cinra-Mcllten Wert und es entsteht ein Difieienzsignal. das über den Operationsverstärker 72 verstärkt wird, und entsprechend dem am Potentiometer 74 eingestellten Unglcichförmigkcitsgrad bei 73 erscheint. Der Sollwert wird um dieses Signal vergrößert, so daß die Maschine tatsächlich im Punkt 77 arbeitet.

In Fi g. 6 sind vier Brennkraftmaschinen 81 bis 84 mit den Generatoren 85 bis 88 dargestellt. Die Generatoren 85, 86 und 87 arbeiten parallel auf ein Netz 89, während der Generator 88, z. B. zu Rcparalurzwccken, abgeschaltet ist. Die Drehzahl der drei Brennkraftmaschinen 81, 82 und 83 wird nur von einem Führungsreglcr90 mit der Sollgröße (Frequenz des Netzes) verglichen und daraus wird ein gemeinsamcs Füllungssignal gebildet. Über eine Sammelschiene wird dieses Signal den Füllungsstcucrungcn 91, 92 und 93 zur Regelung der Brennkraftmaschinen zugeleitet. Die von den Generatoren abgegebene Wirkleistung wird in Wirklcistungsmcßgcrätcn 94, 95 und 96 erfaßt und in Form von Signalen einem Differenzverstärker 97 gemeldet. Hier wird von allen eingehenden Signalen ein Mittelwert und aus der Differenz zwischen Eingangssignal und Mittelwert ein entsprechendes Ausgangssignal gebildet und Korrektiirgliedern 98, 99 und 100 übermittelt. Dort wird das Korrcktursignal dem gemeinsamen Füllungssignal zuaddiert und regelt dadurch die entsprechenden Brennkraftmaschinen in der Weise, daß alle Anlagen mil derselben oder einer vorbcstimmbarcn Wirkleisluim arbeiten.

Über Schalter 101 bis 104 können alle Regler ckr installierten Brennkraftmaschinen als Führungsriller herangezogen werden.

Über Schalter 105 bis 108 kann jede einzelne 'Vn lage vom Netz abgeschaltet werden In abgeseli.ι! intern Zustand ist im Beispiel die Anlage mit >!>r Brennkraftmaschine 84 und dem Generator 88 eingestellt. Gleichzeitig mit der Betätigung eines ,kr Sc Ha lter 105 bis 108 wird über einen entsprechenden Schalter 109 bis 112 die abgeschaltete Anlage r.rii ihrem eigenen Reeler verbunden und die Trenn iüvj im Differenzverstärker durchgeführt.

In Fi g.7 ist (Ins Schaltbild eines DilTcrcnzvets!.!.--

KOTS für VU'r T--w.,!l..f ι ,. . ^.

. ,...,.„,v., pi;M.naiieic ^icncratorcn war gestellt. Schalle. 121 bis 124 werden jeweils gcnli:;,'. wenn die entsprechende Anlage abgeschaltet «üd. Im Beispiel _SCi wiederum die vierte Anlage abgeseilt und damit Schalter 124 geöffnet.

Für jede Anlage ist ein Transistor 125 bis 128 vorgesehen und eine Konstantstromquelle 129 bis 132. . An der Basis 133 bis 136 der Transistoren wird jeweils das entsprechende Signal für die Wirklast der einzelnen Anlagen angeschlossen und steuert den

am'.^{C Tl:mslstorc}n fließenden Strom

Abhang.R von dem fließenden Strom und damit aMianwB vein der Wirklast entsteht am Kollektor 137 QB h, in«^C^?^nnUnß' ^dic '" ^dcn Korrekturgliedern

2L V'^Ig'^{6) dcm} Steinsamen Füllungszuaddiert wird.

\ JS!^{Cr Anlacc} wpcordnclcn Konstnnlqn 129 bis 132 können jederzeit weitere Anlagen zu-oder abgeschaltet werden, ohne dnß die i?^C"^ ^pC" ^anP*'™ werden müssen. Die

UneW.rkle.stungen abgegeben werden

1 licr/.ii 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. so daß alle Anlagen mit der vorgeschriebenen

   Patentansprüche: «SÄ^ÄÄ nach ΜΙ. Elektronischer Drehzahlregler für Brenn- spnich 1 bis 5, ^
   kraftmaschinen großer Leistung mit einer Soll- 5 den verwendeten Ope f^
   Werteinstellung für Drehzahl bzw. Füllung der in den RöcldDopplunff^g ^t «"be^n sind, Brennkraftmaschine, einem Soll-Ist-Vergleich der womit der Temperatureinfluß der Dioden aus-Drehzahl, einer Reglerstufe, einem Verstärker, geschaltet ist.
   einem Stellglied mit Servoventil zur Füllungssteuerung mit Weggeber und Rückführung, ge- ίο
   kennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: