CH668457A5 - Vorrichtung zur regelung der den zylindern einer aufgeladenen brennkraftmaschine durch einspritzpumpen zuzufuehrenden brennstoffmenge. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der den Zylindern einer aufgeladenen, insbesondere in einem Schiff installierten, Brennkraftmaschine durch Einspritzpumpen zuzuführenden Brennstoffmenge, mit Merkmalen, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.

Solche Vorrichtungen sind an in Schiffen installierten Brennkraftmaschinen der Anmelderin vorhanden. Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist dem Füllungsgestänge ein Fül-lungsbegrenzungskolben zugeordnet, der dem Zweck dient, während des Anlassens der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl die reglergesteuerte Verschiebung des Füllungsgestänges in Richtung Maximalfüllung nur bis zu einer etwa 50%-Füllung entsprechenden Position zuzulassen. Wenn der Motor seine Leerlaufdrehzahl erreicht hat, schaltet sich der Füllungsbegrenzungskolben automatisch wieder aus dem Betätigungsweg des Füllungsgestänges heraus, so dass dieses dann im restlichen Betriebsbereich ungehindert durch den Regler verstellbar ist. Dieser Füllungsbegrenzungskolben ist deshalb notwendig, weil der Regler das Bestreben hat, beim Anlassen der Brennkraftmaschine die vorgegebene Leerlaufdrehzahl so schnell als möglich zu

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erreichen, zu welchem Zweck er ohne irgendwelche Begren-zungsmassnahmen das Füllungsgestänge in kürzester Zeit in eine der Maximalfüllung entsprechende Position bewegen würde, mit der Folge, dass wegen Fehlens einer für günstige Verbrennung notwendigen Luftmenge eine starke Überfettung des zu verbrennenden Brennstoffluftgemisches und damit eine unerwünscht starke Rauchentwicklung mit hohen Schadstoff- und unverbrannten Brennstoffanteilen auftreten würde. Durch die Einschaltung des Füllbegrenzungskolbens wird jedoch die den Zylindern der Brennkraftmaschine durch die Einspritzpumpen zuzuführende Brennstoffmenge beim Anlassen auf etwa 50% der Maximalfüllung begrenzt, so dass die Schadstoffemission in vertretbaren Grenzen gehalten werden konnte. Darüber hinaus war es notwendig, für das Stoppen der Maschine einen pneumatisch betätigten Kolben vorzusehen, der ebenso wie der Füllungsbegren-zungskolben auf das Füllungsgestänge einzuwirken und dieses im Stop-Falle in seine Nullfüllungsposition rückzuführen vermochte. Ein Eingreifen von Füllungsbegrenzungskolben und Stop-Kolben in die Regulierung und gegen den Regler war jedoch nur über elektrisch gesteuerte Organe möglich. Der Stop-Kolben und der Füllungsbegrenzungskolben und die zugeordneten Steuermittel erforderten jedoch nicht nur Massnahmen am Füllungsgestänge selbst, sondern auch einen entsprechenden Platz an der Maschine mit erheblichen Mehrkosten in der Grössenordnung von DM 10 000 und mehr. Es war deshalb ein Ziel der Erfindung, eine Lösung zu finden, die es erlaubt, dass auf den teuren Füllungsbegrenzungskolben und den Stop-Kolben samt Steuerung verzichtet werden kann.

Im normalen Lastbetrieb arbeitete die Maschine hinsichtlich ihrer Füllungsvorgabe auf der Basis des Ladeluftdruckes. Zu diesem Zweck war eine Einrichtung zur Füllungssteuerung vorgesehen, die den fortlaufend ermittelten Ladeluftdruck in einen dem Füllungssollwert entsprechenden pneumatischen Druck umgewandelt hat. Dies bewirkte, dass der Füllungssollwert, ausgehend von einem Füllungsminimum, das durch den Füllungsbegrenzungskolben vorgegeben war und bei etwa 50% der Maximalfüllung lag, mit zunehmendem Ladeluftdruck und diesem als Führungsgrösse in Richtung Füllungsmaximum verändert wurde. Unterhalb dieses besagten, bei etwa 50% der Maximalfüllung liegenden Füllungsminimums konnte dieser Regelkreis also nicht arbeiten. Zum Stoppen der Maschine und Rücknahme der Füllung auf Null waren besagte Stop-Kolben und darüber hinaus aus Sicherheitsgründen auch noch eigene Notstop-Einrichtungen notwendig, die ebenfalls das Füllungsgestänge in Nullfüllungsstellung rückführen konnten. Auch diesbezüglich war es ein Ziel der Erfindung, eine Lösung zu finden, die es ermöglichte, dass auf diese teuren Notstop-Mechanis-men soweit als möglich verzichtet werden kann.

Die ausschliesslich ladeluftabhängige Füllungssollwertvorgabe erweist sich zwar als grundsätzlich vorteilhaft, sie kann jedoch bestimmten, sich ändernden Betriebswerten der Maschine nicht Rechnung tragen. Insbesondere in den Fällen, wenn sich bestimmte Maschinenbetriebswerte so verschlechtert hatten, oder noch nicht erreicht waren, dass die Maschine, um Schaden zu vermeiden, nur bzw. noch mit reduzierter Leistung und Drehzahl hätte gefahren werden müssen, konnte die bekannte ladeluftdruckabhängige Füllungssollwertvorgabe nicht Rechnung tragen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Regelung der den Zylindern einer aufgeladenen Brenn-kräftmaschine durch Einspritzpumpen zuzuführenden Brennstoffmenge entsprechend der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die Brennstoffiillung der Maschine besser und rascher als bisher bei sich ändernden Maschinen-betriebsgrössen nachregelbar ist, und im übrigen auf bisher

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notwendige Vorrichtungsteile, wie Füllungsbegrenzungskolben und Stop-Kolben samt zugehörigen Steuerungen, verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch eine Einrichtung zur Füllungssteuerung mit dem im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmal gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Lösung sind in den abhängigen Ansprüchen ausgewiesen.

Nachstehend sind Einzelheiten und Vorteile der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der erfmdungsgemässen Regelvorrichtung.

Fig. 2, 3 und 4 je eine Ausführungsform eines Füllsollwertgebers als Teil der erfmdungsgemässen Regelungsvorrichtung.

Fig. 5 ein Diagramm, aus dem die Einflussnahme auf die Füllung bei Verwendung der erfmdungsgemässen Regelungsvorrichtung ersichtlich ist.

In den einzelnen Figuren sind des besseren Verständnisses wegen gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen angezogen.

In Fig. 1 sind als Teil einer des weiteren nicht dargestellten, insbesondere in einem Schiff installierten Brennkraftmaschine mit 1 bezeichnete Einspritzpumpen dargestellt, von denen jede einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet ist und letzterem über ein angeschlossenes Einspritzventil 2 Brennstoff zuzuführen vermag. Diese Einspritzpumpen 1 sind längs der Maschine in Reihe angeordnet und von einer nicht dargestellten Nockenwelle aus gesteuert; ausserdem besitzen diese Einspritzpumpen 1 jeweils einen verdrehbaren Pumpenkolben 3 mit schrägen Steuerkanten 4 für Einspritzbeginn- und endesteuerung. Jeder der Pumpenkolben 3 ist dabei unter der Einwirkung einer Regelstange 5 verdrehbar, die mit ihrer Verzahnung in ein Ritzel 6 am Pumpenkolben 3 eingreift. Jeder dieser Regelstangen 5 ist mechanisch an ein Füllungsgestänge 7 angeschlossen, das sich längs der Brennkraftmaschine erstreckt und durch einen Regler 8 zwischen einer in der Zeichnung mit «O» gekennzeichneten Nullfüllungsstellung sowie einer mit «max.» gekennzeichneten Ma-ximalfüllungsstellung hin- und verschiebbar ist.

Der Regler 8 ist Bestandteil der nachfolgend beschriebenen Vorrichtung zur Regelung der den Zylindern der aufgeladenen Brennkraftmaschine durch die Einspritzpumpen 1 zuzuführenden Brennstoffmenge. Der Regler 8 arbeitet auf der Basis von in ihn eingespeisten pneumatischen Sollwerten. An den ersten Eingang 9 des Reglers 8 ist für eine Drehzahlregelung der Brennkraftmaschine ein Drehzahlsollwertgeber 10 angeschlossen, der über die Leitung 11 Druckluft mit einem dem Drehzahlsollwert entsprechenden Druck liefert. Der Drehzahlsollwert-Geber 10 ist an eine Druckluftversorgung angeschlossen, die aus einem Druckluft mit einem Druck in der Grössenordnung von beispielsweise 30 bar bereitstellenden Druckluftbehälter 12, beispielsweise einer Anlassluftflasche, und einer Druckmindereinrichtung 13 besteht. Letztere versorgt alle an ihr angeschlossenen Organe mit Druckluft konstanten Druckes, beispielsweise in der Grössenordnung von 7 bar. An einen solchen Ausgang der Druckmindereinrichtung 13 ist über eine Leitung 14 der Drehzahlsollwert-Geber 10 angeschlossen. Letzterer kann durch ein Druckwandlerventil gebildet sein, mit dem der Druck der eingespeisten Druckluft in einem dem Drehzahlsollwert entsprechenden Ausgangsdruck stufenlos zwischen beispielsweise 1 und 5 bar wandelbar ist, welcher Ausgangsdruck über die Leitung 11 und den ersten Eingang 9 in den Regler 8 eingespeist wird. Mit 15 ist eine Stelleinrichtung bezeichnet, die die Stellbewegungen eines Drehzahlvorwahlhebels 16 in entsprechende Einstellungen des Drehzahlsollwert-

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Gebers 10 umsetzt. Der Drehzahlvorwahlhebel 16 kann am Bedienungsstand der Maschine bzw., wenn diese in einem Schiff eingebaut ist, am Leitstand desselben angeordnet und wie in der Zeichnung angedeutet beliebig zwischen einer mit «n0» gekennzeichneten und einer mit «nmax» gekennzeichneten, der Höchstdrehzahl entsprechenden Stellung einstellbar sein. Der Regler 8 wirkt nach Einstellung eines bestimmten Drehzahlsollwertes durch den Drehzahlvorwahlhebel 16 und entsprechende pneumatische Sollwertvorgabe durch den Drehzahlsollwert-Geber 10 so lange in entsprechender Weise auf das Füllungsgestänge 7 ein und versucht, dieses in Richtung seiner der Maximalfüllung entsprechenden Position zu verschieben, bis ihm über seinen Istwerteingang 17 ein Drehzahlistwert signalisiert wird, der dem voreingestellten Drehzahlsollwert entspricht.

Um jedoch zu vermeiden, dass der Brennstoffverbrauch unnötig hoch wird, ausserdem eine Überfettung des Brenn-stoffluftgemisches mit der Folge starker Rauchentwicklung mit hoher Schadstoffemission auftritt, und die Maschine über ein zulässiges Mass hinaus, das durch Betriebswerte gegeben ist, belastet wird, ist der vorbeschriebenen Drehzahlregelung eine Einrichtung zur Füllungssteuerung zugeordnet, deren Aufbau und Wirkungsweise Gegenstand der Erfindung und im folgenden beschrieben sind.

Um neben der Drehzahlregelung auch eine Füllungssteuerung zu ermöglichen, besitzt der Regler 8 einen zweiten Eingang 18, in den über eine Leitung 19 Druckluft mit einem, den Füllungssollwert entsprechenden Druck einspeisbar ist. Intern verarbeitet der Regler 8 dieses dem Füllungssollwert entsprechende pneumatische Signal dahingehend, dass das Füllungsgestänge 7 auch dann, wenn der Regler 8 aufgrund einer Drehzahlvorwahl das Füllungsgestänge in Richtung Maximalfüllung verschieben würde, nur bis in jene Position betätigt werden kann, die dem vorgegebenen Füllungssollwert entspricht.

Im einzelnen weist die erfindungsgemässe Einrichtung zur Füllungssteuerung unter anderem einen sogenannten Startdruck-Simulator 20 auf. Bei diesem Startdruck-Simulator 20 handelt es sich um eine Einrichtung, die über eine Leitung 21 mit einem Ausgang der Druckmindereinrichtung 13 verbunden und von dieser mit Druckluft konstanten Druk-kes, beispielsweise 7 bar, versorgt ist, die als Arbeitsbasis dient. Dieser so mit Druckluft versorgte Startdruck-Simula-tor 20 ist beim Anlassen der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl und, soweit erforderlich, auch während des Betriebes der Maschine in Leerlaufdreh-zahl bzw. Grundlastdrehzahl an den zweiten Eingang 18 des Reglers 8 angeschaltet und liefert letzterem Druckluft mit einem das Vorhandensein eines bestimmten Ladeluftdruckes vortäuschenden Druck zwecks entsprechender Füllungsvorgabe. Um den Startdruck-Simulator 20 im Regler wirksam werden zu lassen, ist ein Umschaltventil 22 vorgesehen, das in die zum zweiten Eingang 18 des Reglers 8 führende Leitung 19 eingeschaltet ist und letztere normalerweise durchgeschaltet hält, für den besagten Anwendungsfall jedoch umschaltbar ist in die in Fig. 1 gestrichelte Schaltposition, in der dann der Startdruck-Simulator 20 an den zweiten Eingang 18 des Reglers 8 angeschlossen ist. Das Umschaltventil 22 ist vorzugsweise elektromagnetisch betätigbar und erhält den Befehl für eine entsprechende Betätigung über eine in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnete Kommandoleitung 23 vom Bedienungsstand der Brennkraftmaschine aus. Die vom Startdruck-Simulator 20 nach dessen Aktivierung gelieferte Druckluft besitzt einen Druck, der einem Füllungssollwert entspricht, der etwa bei 50 bis 60% der Maximalfüllung Hegt. In eine dementsprechende Position kann das Füllungsgestänge 7 durch den Regler 8 betätigt werden.

Der erfindungsgemässe Startdruck-Simulator 20 und das Umschaltventil 22, die beide durch relativ einfache und billige Bauteile realisiert sein können, ersetzen praktisch den bislang relativ aufwendigen Füllungsbegrenzungskolben samt zugehöriger Steuerung.

Des weiteren weist die erfindungsgemässe Einrichtung zur Füllungssteuerung einen Füllungssollwertgeber auf, der im Detail auf verschiedene Art und Weise realisiert sein kann und im nachfolgenden beschrieben ist. Der in den Figuren 1 bis 4 insgesamt mit 25 bezeichnete, gestrichelt umrandete Füllungssollwertgeber besitzt eine Einrichtung 26, mit der der von einem Ladeluftdruckaufnehmer 27 fortlaufend ermittelte Ladeluftdruck in einem dem Füllungssollwert entsprechenden Druck übersetzbar ist. Der Ladeluftdruckaufnehmer 27 ist an einer nicht dargestellten Ladeluftleitung der Brennkraftmaschine im Bereich zwischen letzterer und dem Ladeaggregat oder — wenn in die Ladeluftleitung ein Zwischenkühler eingeschaltet ist — im Bereich zwischen diesem und der Brennkraftmaschine angeschlossen. Darüber hinaus umfasst der Füllungssollwertgeber 25 eine in der Zeichnung gestrichelt umrandete Füllungssollwert-Begren-zungseinrichtung 28, mit der die einspritzpumpenseitig mögliche Füllung stufenlos zwischen Nullfüllung und Maximalfüllung variierbar ist durch eine Druckwandlereinrichtung 29, die auf der Basis von sich ändernden, fortlaufend erfass-ten Maschinenbetriebswerten manuell oder motorisch durch eine Stelleinrichtung 30 verstellbar ist und dieser Einstellung entsprechend ausgangs Druckluft mit einem dem erforderlichen bzw. zulässigen Füllungsgrenzwert entsprechenden Druck bereitstellen kann.

Die Druckwandlereinrichtung 29 der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 ist dabei ebenso wie der Drehzahlsollwert-Geber 10 und der Startdruck-Simulator 20 an einen Ausgang der Druckmindereinrichtung 13 angeschlossen und erhält von dieser über eine Leitung 31 Druckluft mit einem Druck von beispielsweise 7 bar als Arbeitsdruck zugeführt. Dieser Arbeitsdruck kann von der Druckwandler-Einrichtung 29 stufenlos in einen Druck, der zwischen jenem der Nullfüllung und jenem der Maximalfüllung entsprechenden Druck liegt, umgesetzt werden. Die Ein- bzw. Verstellung der Druckwandler-Einrichtung 29 erfolgt über die Stelleinrichtung 30, bei der es sich um ein rein mechanisch arbeitendes Organ, beispielsweise ein Gestänge oder einen Getriebezug, oder um einen Stellmotor handeln kann. Die Stelleinrichtung 30 bekommt beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 unabhängig von der Art ihrer Ausbildung die Grösse der durchzuführenden Stellbewegung von einem Füllungssollwert-Einstellhebel 32 aufgeprägt, der ebenso wie der Drehzahlvorwahlhebel 16 am Bedienungsstand der Maschine bzw., wenn diese in einem Schiff eingebaut ist, am Kommandostand des letzteren angeordnet sein kann. Je nach Einstellung des Füllungssollwert-Einstellhebels 32 wird somit über die Stelleinrichtung 30 auf die Druckwandlereinrichtung 29 so eingewirkt, dass an deren Ausgang über die Leitung 33 Druckluft mit einem Druck gegeben ist, der einem erforderlichen bzw. zulässigen Füllungsgrenzwert entspricht. Welche Kriterien, insbesondere Maschinenbetriebs-grössen für welche Einstellung dieses Füllungsgrenzwertes massgebend sind, ist weiter hinten näher erläutert. Die ausgangs der Druckwandlereinrichtung 29 in der Leitung 33 anstehende Druckluft wird in eine Vergleichseinrichtung 34 eingespeist, die ebenfalls Teil des Füllungssollwertgebers 25 ist. In dieser Vergleichseinrichtung 34 werden der dem vorgegebenen Füllungsgrenzwert entsprechende Druck und der dem ermittelten Ladeluftdruck entsprechende Druck, wie er eingangs der Einrichtung 26 gegeben ist, miteinander verglichen. Die Vergleichseinrichtung 34 ist so ausgebildet, dass vorrangig nur der Druck mit dem niedrigeren Wert in einem

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Druckübersetzer 35 in einen Druck höheren Wertes übersetzt werden kann. Am Ausgang des Druckübersetzers 35 erscheint dann Druckluft mit einem Druck, der als Füllungs-sollwert-Führungsgrösse dem zweiten Eingang 18 des Reglers 8 über die Leitung 19 zugeführt wird.

Die Füllungsssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 dient grundsätzlich dazu, die vom Regler einzustellende Füllungsmenge auf einen solchen Wert zwischen Nullfüllung und Maximallfüllung zu begrenzen, den die Maschine aufgrund gegebener Betriebswerte ohne Schaden zu nehmen verarbeiten kann. An der Maschine sind an allen wichtigen Stellen Detektoren angeordnet, die entsprechende Betriebswerte fortlaufend erfassen und für deren Auswertung an entsprechende Organe weiterleiten. Solche Detektoren erfassen beispielsweise die Abgaszusammensetzung, die Kühlwassertemperatur, den Kühlwasserdruck, die Schmieröltemperatur, den Schmieröldruck, die Ladelufttemperatur nach Verdichter und nach dem Ladeluftkühler, die Abgastemperatur vor dem Aufladegerät, ferner Bauteiltemperaturen, wie die Temperatur der Zylinderwände oder der Kolben und die Verbrennungsdrücke. Für den Fall, dass keine automatische Steuerung der Füllungssollwert-Begrenzung vorgesehen ist, werden diese Maschinenbetriebswerte dem Bedienungspersonal der Maschine durch entsprechende Anzeigeinstrumente aufgezeigt, wobei im Fall einer Unter- oder Überschreitung zulässiger Grenzen diese Betriebswerte in der Regel optische und/oder akustische Alarmeinrichtungen in Gang gesetzt werden, durch die das Bedienungspersonal die Maschine dahingehend veranlasst wird, umgehend die gegebene Füllungssollwert-Grenze in Richtung eines kleineren Füllungssollwertes zu verschieben, und zwar durch entsprechende Betätigung des Füllungssollwert-Einstellhebels 32. Wie weit der Füllungssollwert zurückgenommen werden muss, ist dem Bedienungspersonal für solche Fälle aus der Bedienungsanleitung bekannt.

In der Regel wird man jedoch eine Automatisierung der Füllungssollwert-Begrenzung anstreben, da dies mit den heutigen Mitteln der Elektrotechnik durchaus auf einfache Weise zu realisieren ist. In den Figuren 2 bis 4 sind Beispiele für die Realisierung von Füllungssollwert-Gebern 25 mit automatischer Füllungssollwert-Begrenzung aufgezeigt. In den Figuren 2 bis 4 sind unter dem Bezugszeichen 36 all jene Detektoren oder Überwachungsinstrumente zusammengefasst, die, wie bereits weiter vorn erwähnt, die Betriebswerte der Maschine fortlaufend erfassen. In diesem Fall werden die ermittelten Betriebswerte in eine, wenigstens einen Mikroprozessor umfassende elektronische Steuereinheit 37 eingespeist und dort per Programm verarbeitet, dahingehend, dass über eine elektrische Kommandoleitung 38 dem zulässigen Füllungsgrenzwert entsprechende Signale, an die hier auf elektrische Stellsignale ansprechende Stelleinrichtung 30 der Fül-lungssollwert-Begrenzungseinrichtung zwecks entsprechender Verstellung der Druckwandlereinrichtung 29 weitergeleitet werden. Die Erzeugung des dem Füllungsgrenzwert entsprechenden Signals ist dann die gleiche wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1. Die elektronische Steuereinheit 37 bekommt ihren Befehl zum Tätigwerden über eine Befehlsleitung 39 vom Bedienungsstand der Maschine oder dem Kommandostand des Schiffes aus. Für den Fall, dass die elektronische Steuereinheit 37 ausfällt oder nicht einwandfrei arbeitet, wird mittels eines Schalters 40 auf Handsteuerung umgeschaltet, bei der dann die Stelleinrichtung 30 ihre Stellbefehle wiederum wie bei der Lösung gemäss Fig. 1 direkt von der Stellung des Füllungssollwert-Einstellhebels 32 abhängig über die dann durchgeschaltete Befehlsleitung 41 aufgeprägt bekommt. Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von jener gemäss Fig. 2 nur darin, dass der Ladeluftdruck hier als ein neben den anderen Be668 457

triebswerten 36 zu überwachender Betriebswert betrachtet und als solcher auch in der elektronischen Steuereinheit 37 verwertet wird. Um ein dem Ladeluftdruck entsprechendes elektrisches Signal zu bekommen, ist ein entsprechender Wandler 42 vorgesehen. Das von letzterem erzeugte Signal wird funktionell nicht nur als Betriebswert verwendet, sondern dient gleichzeitig auch zur Bildung eines ladeluftdruck-abhängigen Füllungssollwertes. Zu diesem Zweck wird das besagte Signal über eine Steuerleitung 43 einer Stelleinrichtung 44 zur entsprechenden Ein- bzw. Verstellung eines Druckwandlers 45 zugeführt, der an einen Ausgang der Druckmindereinrichtung 13 angeschlossen und so mit Druckluft bestimmten Druckes von beispielsweise 7 bar versorgt ist, und ausgangs Druckluft mit einem dem ladeluft-druckabhängig gesteuerten Füllungssollwert entsprechenden Druck abgibt sowie diesen über eine Leitung 46 der Vergleichseinrichtung 34 zuführt. In letzterer wird dieser Druck mit einem von der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 erzeugten Druck verglichen und dann vorrangig jener Druck mit dem niedrigeren Wert zur Weiterverarbeitung dem Druckübersetzer 35 zugeführt. Die Stelleinrichtung 44 und der Druckwandler 45 können wie die Stelleinrichtung 30 und die Druckwandler-Einrichtung 29 ausgebildet sein.

Die Einrichtung gemäss Fig. 4 wiederum unterscheidet sich von jener gemäss Fig. 3 dadurch, dass die Funktionen, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 von den Teilen 44 und 45 durchgeführt werden, hier von den Teilen 30 und 29 übernommen werden. Damit jedoch nach wie vor eine ladeluftdruckabhängige Füllungssteuerung möglich ist, wird die Funktion der Vergleichseinrichtung 34 der Figuren 1 bis 3 hier von einer elektronischen Vergleichsstufe 49, die ein Teil der elektronischen Steuereinrichtung 37 bildet, übernommen. Das Ergebnis dieses Vergleiches wird über die Kommandoleitung 38 an die Stelleinrichtung 30 zwecks entsprechender Verstellung der Druckwandler-Einrichtung 29 weitergeleitet. Im Ergebnis erscheint somit ausgangs des Druckübersetzers 35 auch bei der Lösung gemäss Fig. 4 das gleiche Signal wie bei den Ausführungen gemäss den Figuren 1 bis 3.

Nachstehend ist die Funktion der erfmdungsgemässen Einrichtung zur Füllungssteuerung anhand des Diagramms von Fig. 5 näher erläutert.

Beim Start der Brennkraftmaschine wird der Drehzahlvorwahlhebel 16 in die der Leerlaufdrehzahl bzw. Grundlastdrehzahl entsprechende Stellung gebracht; ebenso wird der Füllungssollwert-Einstellhebel 32 in die Startposition gebracht. Hierdurch wird der Startdruck-Simulator 20 aktiviert, so dass der Regler 8 über seinen zweiten Eingang 18 mit einem das Vorhandensein eines bestimmten Ladeluftdruckes vortäuschenden pneumatischen Druck beaufschlagt wird, der einem Füllungssollwert von etwa 50 bis 60% Füllung entspricht — siehe Punkt a im Diagramm gemäss Fig. 5. Der Regler 8 bringt daraufhin das Füllungsgestänge 7 in eine diesem Füllungssollwert entsprechende Position. Der vom Startdruck-Simulator 20 gelieferte Druck bleibt bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl bzw. bei Betrieb der Maschine in Grundlast-Drehzahl bestehen, die entsprechend dem Diagramm von Fig. 5 etwa in Punkt b) gegeben ist. Dies ist dann der Fall, wenn der Regler 8 über seinen Istwerteingang 17 die entsprechende Istdrehzahl signalisiert bekommt. Das Arbeiten des Startdruck-Simulators 20 ist dann nicht mehr erforderlich; er wird wieder abgeschaltet, worauf dann der Füllungssollwert-Geber 25 aktiviert ist. Letzterer übernimmt dann mit seinen Bauteilen die Erzeugung der Füllungssoll-wert-Führungsgrösse, auf deren Basis dann der Regler 8 arbeitet und das Füllungsgestänge 7 in entsprechende Position bringt. Der Zeitpunkt, in dem der Füllungssollwert-Geber 25 aktiv wird, ist im Diagramm beim Punkt c) gegeben. Man

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kann erkennen, dass der Füllungssollwert dabei, ausgehend von einem Startdruckniveau, gemäss Punkt b) in Richtung eines erheblich niedrigeren Wertes abfällt. Die zwischen den Punkten c) und d) verlaufende Kurve ist jenem zunächst betrachteten Fall zugeordnet, in dem alle überwachten Betriebswerte der Brennkraftmaschine in ihren zulässigen Grenzen liegen und somit die Füllungssollwert-Begrenzungs-einrichtung ein Arbeiten der Maschine mit maximal möglicher Füllung zulässt. D.h. es ist keine Begrenzung des Füllungssollwertes auf einen gegenüber dem Füllungsmaximalwert niedrigeren Wert notwendig. Bei automatischer Steuerung, die dann möglich ist, wenn der Füllungssollwert-Geber 25 so, wie in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt, ausgebildet ist, wird von der Füllungssollwertbegrenzungs-Einrichtung 28 als Vergleichsbasis Druckluft mit einem Druck bereitgestellt, der der Maximalfüllung entspricht. Bei manuellem Betrieb mit der Einrichtung gemäss Fig. 1 kann der Füllungs-sollwert-Einstellhebel 32 in eine der Maximalfüllung Fmax entsprechende Position gebracht werden. Auch in diesem Fall wird von der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 ausgangs Druckluft mit einem Druck bereitgestellt, der der Maximalfüllung entspricht. Dieser Druck ist im Diagramm gemäss Fig. 5 durch die strichpunktierte Linie 47 repräsentiert. Da in diesem Fall der von der Füllungssollwert-begrenzungs-Einrichtung 28 erzeugte Druck zu Beginn des Arbeitens des Füllungssollwert-Gebers 25 in Punkt c) für den betrachteten Fall höher ist als der dem Ladeluftdruck entsprechende Druck, der mit dem von der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 gelieferten Druck verglichen wird, wird letztendlich durch den Druckübersetzer 35 nur der dem Ladeluftdruck entsprechende Druck übersetzt und an den Regler 8 weitergeleitet. Letzterer arbeitet dann praktisch nur auf der Basis eines dem Ladeluftdruck entsprechenden Druckes, was im Diagramm von Fig. 5 durch die zwischen den Punkten c) und d) verlaufende Linie 48 repräsentiert ist. Der Regler 8 führt das Füllungsgestänge 7 deshalb immer auf der Basis des sich entsprechend der Linie 48 ändernden Laiieluftdruckes in die der zugehörigen Brenn-stoffüllung entsprechende Position nach.

Anders dagegen sieht der Fall aus, wenn in der Maschine beispielsweise nach dem Anlassen die überwachten Betriebswerte ihre erforderliche Grösse noch nicht erreicht haben oder wenn im Betrieb der Maschine plötzlich einer oder mehrere dieser überwachten Betriebswerte einen zulässigen Grenzwert überschreiten. In diesem Fall wird die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 aktiviert, mit der Folge, dass dann zwar nach wie vor noch eine ladeluftdruckabhän-gige Füllungsnachregelung möglich ist, jedoch nur bis zu jenem Füllungsgrenzwert, der durch die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 vorgegeben wird. Vereinfacht dargestellt kann man sagen, dass durch die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 dem Regler 8 ein gegenüber dem tatsächlichen Füllungsmaximum niedrigeres Füllungsmaxi-mum vorgetäuscht wird, das wertmässig gesehen an beliebiger Stelle zwischen Nullfüllung und Maximalfüllung hegen kann und stufenlos variierbar ist.

Ein Beispiel für einen solchen Fall mit einer Füllungsbegrenzung sei anhand von Fig. 5 erläutert. Es sei angenommen, dass kurz nach Anlassen der Maschine der Drehzahlvorwahlhebel 16 aus seiner der Leerlaufdrehzahl bzw. Grundlastdrehzahl entsprechenden Position in eine Position gebracht wird, die einer wesentlich höheren Drehzahl zugeordnet ist. Der Regler 8 hat mm das Bestreben, das Füllungsgestänge 7 in Richtung der Maximalfüllung zu betätigen. Es sei jedoch angenommen, dass einige der überwachten Maschinenbetriebswerte noch nicht ihren erforderlichen bzw. zulässigen Arbeitsbereich erreicht haben. Dies bewirkt in der elektronischen Steuereinheit 37, die wenigstens einen

Mikroprozessor umfasst, dass ein den ermittelten Betriebswerten rechnungtragender Befehl an die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung gegeben wird, so dass diese ausgangs Druckluft mit einem Druck bereitstellt, der im betrachteten Fall niedriger als der dem Ladeluftdruck entsprechende Druck ist, so dass nur dieser niedrigere, von der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 erzeugte Druck im Druckübersetzer 35 verarbeitet und an den Regler 8 weitergeleitet wird. Dieser dem Regler 8 ein wesentlich niedrigeres als tatsächlich vorhandenes Füllungsmaximum vortäuschende Druck ist im Diagramm gemäss Fig. 5 durch den zwischen den Punkten cl und dl verlaufenden strichpunktierten Linienabschnitt repräsentiert. D.h., der Regler 8 kann das Füllungsgestänge 7 nur bis zu diesem erniedrigten Pseudo-Füllungsmaximum nachführen, das im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa bei 15% der maximal möglichen Füllung liegt. Wenn nun die ermittelten Betriebswerte der Maschine einen Betrieb derselben mit höherer Füllung zulassen, wird die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 durch die elektronische Steuereinheit 37 veranlasst, Druckluft mit einem entsprechend höheren Druck bereitzustellen, der einem höheren Füllungsgrenzwert entspricht und das zunächst niedrigere Pseudo-Füllungsmaximum in Richtung eines höheren Wertes verschiebt, der im gezeigten Fall bei etwa 30% der maximal möglichen Füllung liegt. Da dieser dann von der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 erzeugte Druck höher als der dem Ladeluftdruck entsprechende Druck ist, wird letzterer im Druckübersetzer 35 weiterverarbeitet und dem Regler 8 zugeführt. D.h., der Regler 8 kann das Füllungsgestänge 7 nun bis in eine Position verschieben, die dem erhöhten Pseudo-Füllungsmaximum, markiert in Fig. 5 durch das strichpunktierte Linienteilstück zwischen den Punkten d2 und d3, entspricht. Letzteres wiederum bedeutet, dass der Regler 8 bis zum Erreichen des erhöhten Pseudo-Füllungsmaximums in Punkt d2 wiederum auf der Basis des Ladeluftdruckes arbeitet, was durch das durchgezogene Linienteilstück zwischen den Punkten dl und d2 repräsentiert ist. Dieses dann erhöhte Pseudo-Füllungsmaxi-mum bleibt bis zum Punkt d3 erhalten. Wenn dann wiederum Betriebswerte signalisiert werden, die einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit noch höherer Füllung zulassen, so wird die Füllungsbegrenzungs-Einrichtung 28 wiederum veranlasst, Druckluft mit einem höheren Druck bereitzustellen, der einem weiter erhöhten Pseudo-Füllungsmaximum entspricht, das im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa bei 45% der maximal möglichen Füllung liegt. Die Nachregelung zwischen den Punkten d3 und d4 erfolgt auch hier auf der Basis eines ladeluftdruckabhängigen Druckes in gleicher Weise, wie im Bereich zwischen den Punkten dl und d2. In gleicher Weise erfolgt die Nachregelung auch im Bereich zwischen den Punkten d5 und d6 auf ein wiederum durch die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 angehobenes Pseudo-Füllungsmaximum bei etwa 75% der maximal möglichen Füllung. Wenn dann der Regler 8 das Füllungsgestänge 7 bis in eine Position entsprechend dem in Punkt d6 gegebenen Wert betätigt hat und dann die Maschinenbetriebswerte eine weitere Erhöhung der Füllung bis in Richtung Maximalfüllung zulassen, wird die Füllungssolwert-Begren-zungseinrichtung 28 nicht mehr vorrangig wirksam, so dass dann bis zum Erreichen der vorgegebenen Solldrehzahl das Füllungsgestänge 7 in Richtung Maximalfüllung betätigt werden kann. Es bleibt anzumerken, dass im Falle einer Maschine mit Handsteuerung, wie bei der Einrichtung gemäss Fig. 1, das Bedienungspersonal quasi die Aufgaben der elektronischen Steuerung, jedoch in vereinfachter Form, übernehmen muss und die Füllung begrenzenden Werte über den Füllungssollwert-Einstellhebel 32 den Vorgaben der Bedienungsanleitung entsprechend eingestellt werden müssen. Das

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Ergebnis, das die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 produziert, entspricht dabei voll jenem, das mit der automatischen Steuerung erzielt wird. Es bleibt weiter anzumerken, dass das Diagramm gemäss Fig. 5 lediglich der Veranschaulichung der Funktionsweise der erfmdungsgemässen Regelvorrichtung dient.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht jedoch nicht nur eine ladeluftdruckabhängige Steuerung der Füllung und eine Begrenzung der Füllung auf der Basis bestimmter, sich ändernder Betriebswerte der Maschine, sondern auch eine direkte Einflussnahme auf die Füllung, beispielsweise für Fälle, wenn die Maschine gestoppt werden soll. Zu diesem Zweck genügt es, den Füllungssollwert-

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Einstellhebel 32 in Nullfüllungsstellung zu bringén, wodurch die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 veranlasst wird, einen entsprechenden Ausgangsdruck zu erzeugen, der, weil kleiner als der dem Ladeluftdruck entsprechende Druck, im Druckübersetzer 35 weiterverarbeitet und an den Regler 8 weitergeleitet wird, mit der Folge, dass diesem ein der Nullfüllung entsprechendes Pseudo-Füllungsmaximum vorgetäuscht wird, aufgrund dessen er augenblicklich das Füllungsgestänge 7 in entsprechende Nullfüllungsposition zurückbewegt. Auch dieser Regelfall zeigt besonders gut die vorteilhaften Einsatzmöglichkeiten der erfmdungsgemässen Regelvorrichtung.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

668 457 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Regelung der den Zylindern einer aufgeladenen, insbesondere in einem Schiff installierten, Brennkraftmaschine durch Einspritzpumpen zuzuführenden Brennstoffmenge, umfassend einen von der Maschine angetriebenen Regler, der auf ein Füllungsgestänge einwirkt, an das die Regelstangen der Einspritzpumpen für eine Verdrehung der mit schrägen Steuerkanten versehenen Pumpenkolben angeschlossen sind, und der auf der Basis eingespeister, pneumatischer Sollwerte arbeitet, wobei dessen erster Eingang für Drehzahlregelung an einen Geber angeschlossen ist, der Druckluft mit einem dem Drehzahlsollwert entsprechenden Druck liefert, und dessen zweiter Eingang mit einer Einrichtung zur Füllungssteuerung verbunden ist, die einen dem Füllungssollwert entsprechenden pneumatischen Druck liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Füllungssteuerung

— einen Startdruck-Simulator (20) aufweist, der beim Anlassen der Maschine bis Leerlauf- bzw. Grundlastdrehzahl an den zweiten Eingang (18) des Reglers (8) anschaltbar ist und letzterem Druckluft mit einem das Vorhandensein eines bestimmten Ladeluftdruckes vortäuschenden Druck für eine entsprechende Füllungsvorgabe liefert, und der ausserdem

— einen Füllungssollwert-Geber (25) aufweist, der a) eine Einrichtung aufweist, mit der der von einem Ladeluftdruckaufnehmer (27) fortlaufend ermittelte Ladeluftdruck in ein dem Füllungssollwert entsprechendes Signal umsetzbar ist, und der ferner b) eine Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung (28; 29, 30) umfasst, mit der die einspritzpumpenseitig mögliche Füllung stufenlos zwischen Null- und Maximalfüllung variierbar ist, durch eine Druckwandlereinrichtung (29), die auf der Basis von sich ändernden, fortlaufend erfassten Maschinenbetriebswerten manuell oder motorisch durch eine Stelleinrichtung (30) verstellbar ist und dieser Einstellung entsprechend ausgangs Druckluft mit einem dem erforderlichen bzw. zulässigen Füllungsgrenzwert entsprechenden Druck bereitstellen kann, und der ausserdem c) einen Druckübersetzer (35) aufweist, der von zwei Signalen, nämlich einem dem Ladeluftdruck entsprechenden Signal und einem dem Füllungsgrenzwert entsprechenden Signal jeweils nur dasjenige mit dem niedrigeren Wert weiterverarbeitet und ausgangs Druckluft mit einem dementsprechenden Druck bereitstellt, der dem zweiten Eingang (18) des Reglers (8) als Füllungs-sollwert-Führungsgrösse zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Startdruck-Simulator (20), die Druckwandlereinrichtung (29) der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung (28) und auch der Drehzahlsollwert-Geber (10) an eine gemeinsame Druckluftversorgung angeschlossen sind, die aus einem Druckluft mit einem Druck von beispielsweise 30 bar beinhaltenden Druckluftbehälter 812) und einer Druckmindereinrichtung (13) besteht; die den im Druckluftbehälter (12) herrschenden Druck auf ein niedrigeres, konstantes Niveau von beispielsweise 7 bar reduziert und über Druckluftleitungen (14,21,31) an die angeschlossenen Baugruppen (10,20,29) weiterleitet, denen er als Arbeitsbasis dient.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Startdruck-Simulator (20) durch ein von der als Arbeitsbasis dienenden Druckluft versorgtes Druckwandlerventil gebildet ist, das den Druck der zugeführten Druckluft auf einen niedrigeren Wert reduziert, bei dem es sich um einen Festwert oder um einen in bestimmten Grenzen variablen Wert handeln kann.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllungssollwert-Begrenzungsein-richtung (28) eine Druckwandler-Einrichtung (29) aufweist, die stufenlos verstellbar ist, so dass die eingespeiste Druckluft in eine Druckluft mit einem beliebigen zwischen einem Minimum und einem Maximum liegenden Druckwert wandelbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert-Geber (25) eine Vergleichseinrichtung (34) aufweist, in der ein dem ermittelten Ladeluftdruck entsprechender Druck mit einem ausgangs der Druckwandler-Einrichtung (29) erscheinenden Druck verglichen und vorrangig nur der Druck mit dem niedrigeren Wert dem Druckübersetzer (35) zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert-Geber (25) eine elektronische Steuereinrichtung (37) aufweist, an die eine Reihe von Betriebswerte der Brennkraftmaschine erfassende Detektoren (36) angeschlossen ist und die einen Mikroprozessor zur Verarbeitung der fortlaufend ermittelten Betriebswerte aufweist, der ausgangs ein dem zulässigen Füllungsgrenzwert entsprechendes Signal abgibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ladeluftdruckaufnehmer (27) ein Wandler (42) nachgeordnet ist, der den Ladeluftdruck in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt, das der elektronischen Steuereinrichtung als einer der zu überwachenden Betriebswerte zugeführt wird.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (37) als weiteres Teil eine Vergleichsstufe (49) besitzt, in der das dem Füllungsgrenzwert entsprechende Signal mit jenen, dem Ladeluftdruck entsprechenden Signal verglichen wird und die vorrangig nur das den kleineren Wert aufweisende Signal zur Weiterverarbeitung an die angeschlossene Fül-lungssollwert-Begrenzungseinrichtung (28) weiterleitet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (42) ausgangs nicht nur mit der elektronischen Steuereinrichtung (37), sondern auch mit der Stelleinrichtung (44) eines Druckwandlers (45) verbunden ist, der das vom Wandler (42) erzeugte Signal in Druckluft mit einem entsprechenden Druck umwandelt.