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Einrichtung zum Regeln der Brennstoffzufuhr zu einer Brennkraftmaschine
zum Antrieb eines Schienenfahrzeugs Zusatz zur Patentanmeldung P 18 09 722.8-13
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln der Brennstoffzufuhr
zu einer Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Schienenfahrzeugs über einen Drinomentenwandler~,
bei welcher ein Drehzahlmesser den Istwert an der Brennkraftmaschinen-Abtriebswelle
und ein Drehzahlmesser den Istwert an den Antriebsrädern des Fahrzeugs messen und
der Drehzahl-Istwert an der Abtriebswelle in einen Drehzahlregler für das Brennstoffzumeßglied
eingeht, wobei eine Sollwert-Eingabe für die Zugkraft vorgesehen ist, welche die
Führungsgröße.für die Drehzahl-Regelung der Brennkraftmaschine beeinflußt, nach
Patentanmeldung Aktz. 18 09 722.8-13.
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Die Anfahrzugkraft und die Zugkraft im niedrigen Fahrgeschwindigkeitsbereich
kann die durch Reibung zwischen den Rädern der Treibachsen und den Schienen bei
normalen Reibwerten übertragbare Kraft übersteigen, wenn eine zu große Motorleistung
abgegeben wird. Bei Diesellokomotiven ist nur dann ein optimaler Anfahrvorgang möglich,
wenn die vorhandene Reibungszugkraft voll ausgenutzt und auch nicht überschritten
wird. Dies ist möglich, wenn die Dieselmotorleistung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit
so gestetRrt wird, daß die Zugkraft konstant bleibt.
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Nach dem Hauptpatent'wird die Drehzahl-Führungsgröße durch eine Kleinstwertauswahl-Einrichtung
ermittelt, in welcher eine von dem Sollwert für die Fahrzeuggeschwindigkeit und
eine von dem Sollwert für die Zugkraft abhängige Stellgröße verglichen werden.
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Nach der DT PS 1 101 480 ist eine Einrichtung zum Regeln des Brennkraftmaschinen-Antriebs
von Schienentriebfahrzeugen bekannt, bei dem ein an sich bekannter auf das Brennstoffmengenverstellglied
der Brennkraftmaschine einwirkender Regler, der das Getriebe-Abtriebsmoment unterhalb
einer bestimmten Mindestfahrgeschwindigkeit, von der ab das volle Getriebe-Abtriebsmoment
durch die Radreibung auf die Schiene übertragen werden kann, auf einen etwa konstanten
Wert begrenzt, mit einem weiteren bekannten, ebenfalls auf das Brennstoffmengen-Verstellglied
einwirkenden Regler, der die Brennstoffmenge bei oberschreiten einer bestimmten,
oberhalb der im Normalbetrieb auftretenden Beschleunigung liegenden Maximalbeschleunigung
auf der Getriebe-Abtriebsseite oder in an sich bekannter Weise bei Überschreiten
einer bestimmten Differenz zwischen den Drehzahlen der Treib- und der Laufachsen
unabhängig von dem geschwindigkeitsabhängigen Regler verrtgert zusammenwirkt.
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Die bekannte Steuerung genügt den Anforderungen jedoch nicht, wenn
die vorgesehene Geschwindigkeit erreicht ist. Nach Erreichen der vorgesehenen Geschwindigkeit
verläuft die Widerstandskurve eines Zuges bekanntlich sehr flach.
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Nach der DT AS 1 059 946 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum
Regeln der Leistung von Brennkraftmaschinen in Schienentriebfahrzeugen, insbesondere
in Diesellokomotiven, durch Beeinflussen der Brennstoffzufuhr bekannt, wobei ohne
betriebliche Behinderung im Einsatz lediglich ein Minimum an Brennstoffverbrauch
gewährleistet sein soll. Nach diesem Vorschlag wird bei Überschreiten einer vorbestimmten
Geschwindigkeit, sofern die fahrplanmäßige Sollzeit eingehalten ist, die Brennstoffzufuhr
gedrosselt. Ist die fahrplanmäßige Soilzeit nicht eingehalten, so soll trotz Überschreitens
der vorbestimmten Geschwindigkeit die Drosselung der Brennstoffzufuhr ausgesetzt
werden. Der Vorschlag bezieht sich auf eine zeitweise wirkende Geschwindigkeitsregelung
bzw. -begrenzung, die nach einem vom Fahrplan abhängigen Programm durchgeführt wird.
Offengelassen ist die Frage, nach welcher Maßgabe die Brennstoffzufuhr geregelt
wird.
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Durch das ältere Patent 1 451 958 wird eine Steuervorrichtung für
eine mit einer Brennkraftmaschine und einem Verstellpropeller ausgerüstete Schiffsantriebsanlage
vorgeschlagen, bei der von einem Handbedienungselement am Eingang zwei Ausgangssteuersignale
abgeleitet werden. Hierbei wird eine GröBtwertauswahl vorgenommen. Mittels eines
Ventils, das den höchsten der ankommenden Drücke weiterleitet, wird nach der bekannten
Vorrichtung die Einrichtung für die Drehzahlbeeinflussung beaufschlagt zwecks Vermeidung
einer Überlastung der Brennkraftmaschine, wobei die Lastbegrenzung einstellbar ist.
Die bekannte
Vorrichtung ist nicht geeignet. bei Schienentriebfahrzeugen
die Zugkraft einer Brennkraftmaschine auch im Teillastbereich optimal an der Grenze
des Reibwerts zwischen den Antriebsrädern und der Schiene zu halten.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung
zum Regeln zu schaffen, mittels der ein optimales Fahren bei einer automatischen
Betriebsweise bewirkbar ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Drehzahlstellgröße
durch eine Kleinstwertauswahl-Einrichtung ermittelt wird, in welcher eine von einem
Sollwert für die Fahrzeuggeschwindigkeit und eine von dem Sollwert für die Zugkraft
abhängige Stellgröße verglichen werden.
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Durch die Erfindung ist erreichbar, daß die Zugkraft des Motors auch
im Teillastbereich stets optimal nahe an der Grenze des Reibwerts zwischen den Antriebsrädern
und der Schiene bleibt, d.h. es kann mit Sicherheit verhindert werden, daß die Drehzahl
und damit die Leistungsabgabe des Dieselmotors auch nur geringfügig höher oder niedriger
liegt, als es die günstigste Ausnutzung der Maschinenleistung für die jeweils gegebene
Geschwindigkeit zwischen dem Anfahren und der Höchstgeschwindigkeit verlangt.
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Erfindungsgemäß ist gegenüber der Losung nach dem Hauptpatent erreichbar,
daß infolge der Ermittlung der Drehzahlstellgröße durch Kleinstwertauswahl Im Zustand
der Geschwindigkeitsregelung der Hilfsregelkreis für die Drehzahl nicht mehr wirksam
ist und somit eine dynamisch günstigere und direkte Geschwindigkeitsregelung erfolgen
kann.
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Die erfindungsgemäße Anordnung läßt die volle Ausnutzung des auf eine
hohe Leistung ausgelegten Dieselmotors bei optimaler Wirtschaftlichkeit zu. Es ist
somit gewährleistet, auch beim Fahren mit niedrigen Geschwindigkeiten die höchstmögliche
Zugkraft auf die Schienen zu bringen.
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Bekanntlich werden beim Durchdrehen der Antriebsräder die Triebwerksteile
außerordentlich hohen Belastungen ausgesetzt. Aufgrund der Erfindung ist es möglich,
den Lokführer zu entlasten und damit einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der
Sicherheit zu leisten.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt: Abb. 1 ein Zugkraftdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäß bewirkbaren
Effekts, Abb. 2 eine Lok-Steuerung in Blockdarstellung, Abb. 3 einen Funktionsblock.
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Die horizontale Linie in Abb. 1 stellt die Zugkraft mit Zugkraftsteuerung
dar, während die vertikale Linie den Verlauf bei Geschwindigkeitsregelung wiedergibt.
Die Kurve zeigt die höchste Leistung, welche die Antriebsräder abgeben können.
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In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Lok-Steuerunq in Dlockdarstellurig
beschrieben mit folgenden Erklärungen: Motordrehzahl, Getriebeeingangsdrehzahl,
n -na = Getriebeausgangsdrehzahl V = Fahrgeschwindigkeit Z = Zugkraft t = Zeit K
= Umrechnungskonstante Indices: soll = Sollwerte, Führungsgrößen ist = Istwerte
s = ausgewählte Größe min = Motorleerlauf Die Darstellung des Funktionsblocks nach
Abb. 3, der den Funktionsblöcken 11, 12, 18 und 20 nach Abb. 2 entspricht, zeigt
den statischen funktionellen Zusammenhang zwischen der Eingangsgröße xe und der
Ausgangsgröße xa.
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Einem Dieselmotor 1 ist ein Getriebe 2, z.B. ein hydraulisches Getriebe
nachgeschaltet. Regelstange und Einspritzpumpe 3, die mit dem Dieselmotor 1 zusammenwirken,
sind vereinfacht dargestellt. Die Motordrehzahl n wird auf die Getriebeausgangsdrehe
zahl na übersetzt, die der Umfangsgeschwindigkeit V der Antriebsräder 4 proportional
ist. Mittels eines Drehzahlmessers 5 wird der Motordrehzahl-Istwert ne, ist einem
Drehzahlregler 6 zugeleitet, welcher außerdem eine von dem Sollwert für die Zugkraft
Z abhängige Drehzahlführungsgröße ne soll erhält. Aus der Ausgangsgröße des Drehzahlreglers
6 und der von dem Sollwert für die Fahrgeschwindigkeit abhängigen Stellgröße ne
(v) wird in der Kleinstwertauswahl-Einrichtung 16 eine Drehzahlstellgröße gebildet,
welche über den Regelstangenweg 19 unmittelbar die Einspritzpumpe beeinflußt. Die
Drehzahlführungsgröße n soll wird im e, soll Summierungspunkt 9 nach folgender Beziehung
aus dem Beschleunigungswert
und der Stellgrcße ne(Z,na) gebildet:
Im Funktionsblock 18 (Begrenzung) wird die so gebildete Führungsgröße ne, soll auf
die Leerlaufdrehzahl n min und auf die maxie imin male Drehzahl ne, max des Motors
begrenzt.
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e,max Der Drehzahlmesser 7 gibt einen Wert ab, der ein Maß ist sowohl
für die Getriebeausgangsdrehzahl na als auch für die Fahrgeschwindigkeit V. Dieser
Wert geht als Istwert d(r Fahrgeschwindigkeit Vist in den Geschwindigkeitsregler
10, ebenso der Sollwert
der Fahrgeschwindigkeit Vsoll(L), der sich
nach einer im Block 13 vorgegebenen zeitlichen Anstiegsfunktion Vsoll(t) auf den
von Hand vorgewählten Betrag Vsoll einstellt. Die von Hand vorgewählt und gewüçnschte
Zugkraft Z stellt sich in ähnlicher Weise nach einer in Block 14 vorgegebenen Zeitfunktion
Z(t) ein. Die Große Z(t) und der vom Drehzahlmesser 7 abgegebene na entsprechende
Wert geht in die Recheneinrichtung 15; die von dieser abgegebene Stellgröße ne(z,na)
gelangt zum Summierungspunkt 9. Der na entsprechende Wert geht auch in die Differenzierungseinrichtung
8, die daraus den Beschleunigungswert
bildet. Dieser Beschleunigungswert löst in der Vergleichs- und Schalteinrichtung
12 bei Überschreiten eines über der im Normalbetrieb auftretenden Beschleunigung
liegenden Werts eine vorübergehendc Schaltung aus, die bewirkt, daß die vom Geschwindigkeitsregler
10 abgegebene Stellgröße ne(V) auf die Motordrehzahl ne,min herabgesetzt e wird.
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Liegt die Ist-Gesehwindigkeit Vist über der Soll-Geschwindigkeit Vsoll,
obwohl der Motor bereits mit Leerlaufdrehzahl nu min läuft, so liegt die vom Geschwindigkeitsregler
10 abgegebene Stellgröße ne(V) unterhalb des Werts ne,min, d.h. ne(V) kann auch
negativ werden. Die Schalteinrichtung 11 bewirkt in Abhängigkeit vom Signal ne (v)
eine Ein- und Ausschaltung des Getriebes 2, und zwar bei Schaltpunkten, die zwischen
ne = ° e und ne'min
Dadurch wird vermieden, daß das Getriebe bei
Schub mit voller Füllung mitläuft und sich stark erwärmt.
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Die in diesem Betriebszustand vom Geschwindigkeitsregler 10 gebildete
negative Stellgröße n (V) kann als Steuersignal für die Bremsen verwandt werden.
Die Begrenzung 20 soll andeuten, daß sinnvollerweise nur negative Beträgc von ne(-V)
auf die Bremsensteuerung 17 einwirken dürfen.
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Es ist denkbar, zwischen Dieselmotor 1 und Getriebe 2 eine nicht näher
bezeichnete Trennkupplung anzuordnen.