-
Dieselmotor mit einem Stellglied zum Einstellen der Kraftstoffmenge
und einem Verstellregler Die Erfindung betrifft einen Dieselmotor mit einem Stellglied
zum Einstellen der je Arbeitszyklus eingespritzten Kraftstoffmenge (Einspritzmenge)
und einem Verstellregler zum Regeln der Drehzahl des Dieselmotors in Abhängigkeit
von der Stellung eines Gaspedals und innerhalb eines für diesen Dieselmotor vorgegebenen
Drehzahl-Last-Kennlinienfeldes.
-
Unter dem Begriff »Verstellregler« versteht man bei einem Dieselmotor
einen Regler, bei dem jeder Gaspedalstellung eine bestimmte Motordrehzahl entspricht.
Derartige Verstellregler werden hauptsächlich bei Kommunalfahrzeugen, z. B. Straßenkehrmaschinen,
und bei Traktoren verwendet, bei denen eine gleichbleibende Arbeitsgeschwindigkeit
erwünscht ist.
-
Verstellregler auf hydraulischer, pneuinatischer und mechanischer
Grundlage sind in vielen Bauarten bekannt und sind feinmechanische Geräte großer
Präzision, die beim heutigen Stand der Technik einen hoben Grad von Betriebssicherheit
erreicht haben. Entsprechend den Eigenschaften des Dieselmotors werden an solche
Regler eine Reihe von besonderen Anforderungen gestellt, z. B. negative und positive
Vollastangleichung, um den Dieselmotor stets an der Rauchgrenze fahren zu können,
größerer Ungleichförmigkeitsgrad bei niederen als bei hohen Motordrehzahlen, verschiedene
Ungleichförmigkeitsgrade der Leerlauf-Abregellinie für hohe und für niedere Drehzahlen,
Endabregelung bei einer bestimmten Höchstdrehzahl.
-
Alle diese Faktoren - die einzelnen Begriffe werden in der
Figurenbeschreibung noch näher erläutert - müssen entsprechend dem für den
betreffenden Dieselmotortyp geltenden Drehzahl-Last-Kennlinienfeld am Regler individuell
eingestellt werden, was meist bereits in der Fabrik durch Einbauen entsprechender
Federn, Kurvenscheiben, Unterlegen von Beilagescheiben, Verstellen von Anschlägen
u. dgl. geschieht. Dabei wird besonderer Wert darauf gelegt, daß es mit einem solchen
Regler möglich ist, die volle Leistung des betreffenden Dieselmotors auszunutzen,
d. h., daß die Endabregelung bei der für den betreffenden Motortyp geltenden
Höchstdrehzahl scharf einsetzt, so daß der Dieselmotor bei voller (bzw. durch Vollastangleichung
reduzierter) Einspritzmenge bis zur Höchstdrehzahl ausgefahren werden kann.
-
Es ist eine einfache Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten
Verstellregler zu vermeiden. Insbesondere soll nach der Erfindung ein Verstellregler
geschaffen werden, der mindestens teilweise aus elektronischen Bauelementen aufgebaut
ist und dessen verschiedene Parameter leicht sogar am Motor selbst eingestellt werden
können, so daß er auch für verschiedene Typen von Dieselmotoren Verwendung finden
kann. Dabei soll es mit diesem Regler möglich sein, die Leistung des Dieselmotors
voll auszunutzen, d. h. einen Dieselmotor an der Rauchgrenze bis zu seiner
Höchstdrehzahl voll auszufahren.
-
Erfindungsgemäß wird dies bei einem eingangs genannten Dieselmotor
dadurch erreicht, daß das Stellglied einen elektrischen Eingang aufweist, der an
eine Spannungsquelle mit hochohmigem Innenwiderstand angeschlossen ist, deren Spannung
etwa der maximalen vom Stellglied einstellbaren Einspritzmenge entspricht, daß an
diesen Eingang über eine erste Diode der Ausgang eines ersten nichtlinearen übertragungsglieds
angeschlossen ist, dessen Ausgangsspannung eine Funktion der Drehzahl des Dieselmotors
und der Stellung des Gaspedals ist, und daß an diesen Eingang der Ausgang mindestens
eines weiteren nichtlinearen Übertragungsglieds über eine weitere Diode angeschlossen
ist, dessen Ausgangsspannung lediglich eine Funktion der Drehzahl des Dieselmotors
ist.
-
Das erste nichtlineare übertragungsglied wird dabei mit Vorteil so
ausgebildet, daß eine drehzahlabhängige Spannungsquelle vorgesehen ist, die eine
der Drehzahl des Dieselmotors etwa proportionale Spannung liefert, daß an dieser
Spannungsquelle ein mit einem Abgriff versehener Spannungsteiler liegt, dessen Teilverhältnis
abhängig von der Stellung des Gaspedals veränderlich ist, daß eine Serienschaltung
eines Widerstands mit einer Knickdiode in Serie mit dem Abgriff im Steuerkreis eines
ersten Transistors liegt und daß die Ausgangselektroden dieses Transistors
über
die erste Diode mit dem elektrischen Eingang des Stellglieds verbunden sind, so
daß die erste Diode leitend ist, wenn die Spannung an diesen Ausgangselektroden
kleiner ist als die Spannung am elektrischen Eingang des Stellglieds. Dadurch erreicht
man, daß die Spannung am Eingang des Stellglieds im wesentlichen von der Ausgangsspannung
des ersten Transistors bestimmt wird, wenn die erste Diode leitend ist.
-
Nach einem den Gegenstand der Erfindung weiter ausbildenden Merkmal
wird der Regler so ausgebildet, daß zur Vollastangleichung als weiteres nichtlineares
übertragungsglied ein zweiter Transistor vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode
über die Serienschaltung eines Widerstands und einer Knickdiode an die drehzahlabhängige
Spannungsquelle angeschlossen ist und dessen Ausgangselektroden über eine gleich
wie die erste gepolte zweite Diode an den elektrischen Eingang des Stellglieds angeschlossen
sind, wobei die Ausgangsspannung dieses nichtlinearen übertragungsglieds so eingestellt
ist, daß sie mindestens im Bereich der Vollastangleichung stets kleiner ist als
die Ausgangsspannung des ersten Transistors, wenn sich dessen Knickdiode im Anlaufbereich
befindet. Durch diese Maßnahme erreicht man, daß der Dieselmotor an der Rauchgrenze
bis zur Höchstdrehzahl voll ausgefahren werden kann, da sich der Knick in der Strom-Spannungs-Kennlinie
der ersten Knickdiode bei dieser Anordnung nicht bemerkbar macht. Zweckmäßigerweise
bildet man den Regler so aus, daß die Ausgangsspannung des ersten Transistors für
den Fall, daß seine Knickdiode gesperrt ist, stets höher liegt als die Ausgangsspannung
des zweiten Transistors für den Fall, daß seine Knickdiode gesperrt ist. Dadurch
erreicht man, daß das Knie in der Kennlinie der Knickdiode des ersten Transistors
iin Kennlinienfeld des Reglers überhaupt nicht zur Auswirkung kommt.
-
In weiterer Fortbildung der Erfindung wird der Regler so ausgebildet,
daß zum Einhalten der Leerlaufdrehzahl als weiteres nichtlineares Übertragungsglied
ein dritter Transistor vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode an die drehzahlabhängige
Spannungsquelle angeschlossen ist und dessen Ausgangselektroden über eine entgegengesetzt
wie die erste gepolte dritte Diode an den elektrischen Eingang des Stellglieds angeschlossen
sind. Dadurch wird es möglich, den Ungleichförmigkeitsgrad der Leerlauf-Abregellinie
von der Drehzahl des Dieselmotors abhän-gig zu machen und insbesondere bei
höheren Drehzahlen einen größeren Ungleichförmigkeitsgrad einzustellen, ja sogar
diesen von der Temperatur abhängig zu machen.
-
Besonders bei in Kraftfahrzeugen eingebauten Dieselmotoren ergeben
sich durch die jahreszeitlichen Wetterschwankungen große Temperaturbereiche, in
denen ein Regler sicher arbeiten muß. Schon im gemäßigten Klima unserer Temperaturzonen
kann man dabei mit einer Temperaturspanne von etwa 1001 C
rechnen, und zwar
von minus 20 bis plus 801 C, in der ein solcher Regler zufriedenstellend
und genau arbeiten muß. Er wird deshalb in weiterer Vervollkommnung des Gegenstands
der Erfindung so ausgebildet, daß dem dritten Transistor Kompensationsglieder zur
Temperaturkompensation zugeordnet sind, die den Temperaturgang dieses Transistors
nahezu kompensieren. Dadurch erreicht man, daß der Ungleichförmigkeitsgrad der Leerlauf-Abregellinie
bei höheren Drehzahlen mit steigender Temperatur zunimmt, was bei manchen Dieselmotoren
erwünscht ist.
-
Weiterhin wird der Regler so ausgebildet, daß zur Temperaturkompensation
des ersten und des zweiten Transistors als Kollektorwiderstand dieser Transistoren
jeweils die Serienschaltung eines insbesondere verstellbaren Serienwiderstands und
der Emitter-Kollektor-Strecke eines Kompensationstransistors vorgesehen ist, wobei
parallel zur Kollektor-Basis-Strecke jedes Kompensationstransistors die Parallelschaltung
eines Heißleiterwiderstands und eines insbesondere verstellbaren temperaturstabilen
Parallelwiderstands angeordnet ist.
-
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfiridung
ergeben sich aus der Beschreibunor im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigt F
i g. 1 -die Schaltung eines erfindungsgemäßen Verstellreglers für einen Dieselmotor,
F i g. 2 die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Knickdiode, Fig. 3 ein
Drehzahl-Last-Kennlinienfeld zur Erläuterung von F i g. 1,
F i g. 4
bis 6 Schaubilder zum Erläutern der in F i g. 1 verwendeten Anordnungen
zur Temperaturkompensation.
-
Der in F i g. 1 dargestellte Verstellregler dient zum Regeln
der Drehzahl nm,t eines - nicht dargestellten - Dieselmotors. Mit
dieser Drehzahl werden ein als drehzahlabhängige Spannungsquelle dienender Tachogenerator
10 und eine Dieseleinspritzpumpe 11
angetrieben, welch letztere den
Dieselmotor mit Kraftstoff versorgt, und zwar in Abhängigkeit von der Stellung einer
Regelstange 12, die zusammen mit einem Elektromagneten 13 als Stellglied
dient. Die Regelstange 12 ist mit dem Elektromagneten 13
durch ein Gestänge
14 verbunden, das einen Bund 15 aufweist, gegen den das eine Ende einer mit
ihrem anderen Ende gegen einen festen Anschlag 16 anliegenden Druckfeder
17 anliegt, die bestrebt ist, die Regelstange 12 in Richtung des eingezeichneten
Pfeiles in eine Stellung zu verschieben, die der Fördermenge Null entspricht. Mit
dem Gestänge 14 ist auch der Abgriff eines als Meßwertgeber dienenden Potentiometers
18 mechanisch verbunden, welcher elektrisch an einem Ende der Wicklung des
Elektromagneten 13 liegt.
-
Das Pote#tionieter 18 liegt mit seinem einen Anschluß an einer
Plusleitung 19, mit seinem anderen Anschluß an einer Minusleitung 22, die
beide an eine Batterie 23 angeschlossen sind.
-
Das andere Ende der Wicklung des Elektromagneten 13 liegt am
Ausgang eines mit 24 bezeichneten Verstärkers, der im wesentlichen aus drei n-p-n-Transistoren
25, 26, 27 besteht, und zwar ist dieses andere Ende am Emitter des Transistors
27 angeschlossen. Dieser Ernitter steht außerdem über einen Widerstand
28 mit der Minusleitung 22 in Verbindung, während der Kollektor dieses Transistors
direkt mit der Plusleitung 19 verbunden ist. Die Basis des Transistors
27 ist direkt mit dem Kollektor des Transistors 26 verbunden, der
seinerseits über einen Kollektorwiderstand 29 an die Plusleitung
19 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 26 ist über einen
Widerstand 30 mit der Minusleitung 22 verbunden, und die Basis dieses Transistors
steht über einen Widerstand 31 mit dem Emitter des Transistors
25
in Verbindung, der seinerseits über einen Widerstand
32 an der Minusleitung 22 liegt. Der Kollektor des Transistors
25 ist direkt mit der Plusleitung 19 verbunden; seine Basis ist mit
dem Eingang 33 des Verstärkers 24 und über diesen Eingang mit der Anzapfung
eines aus zwei hochohmigen Widerständen 34, 35 bestehenden, an die Leitungen
19 und 22 angeschlossenen Spannungsteilers verbunden.
-
Mit dem Eingang 33 steht außerdem über eine Leitung
38 die Anode einer ersten Diode 39 in Verbindung. Die Kathode dieser
Diode ist an den Ausgang eines ersten nichtlinearen Übertragungsgliedes 40 angeschlossen,
und zwar steht sie über einen Widerstand 41 mit dem Kollektor eines als n-p-n-Transistors
ausgebildeten ersten Transistors 42 in Verbindung. Der Emitter dieses Transistors
ist direkt mit der Minusleitung 22 verbunden; seine Basis ist an die Kathode einer
Knickdiode 43 angeschlossen, deren Anode über einen verstellbaren Widerstand 44
an einen mittels eines Gaspedals 45 verstellbaren Abgriff 46 eines aus drei Widerständen
47, 48, 49 bestehenden, an die Ausgangsspannung des Tachogenerators 10 angeschlossenen
Spannungsteilers angeschlossen ist.
-
Die Strom-Spannungs-Kennlinie der Knickdiode 43 geht aus F i
g. 2 hervor. Danach fließt bei zunehmender Spannung U in einem Anlaufbereich,
der sich z. B. zwischen einer Spannung von 0 bis 0,6 Volt erstreckt,
zunächst kein Strom durch diese Diode. Erst wenn sich die Spannung weiter erhöht,
nimmt auch der Strom plötzlich sehr stark zu. Wie aus F i g. 2 ersichtlich,
ist beim Übergang von dem mit 52 bezeichneten Anlaufbereich zu dem mit
53 bezeichneten stromführenden Bereich kein völlig scharfer Übergang gegeben,
sondern man erhält an der übergangsstelle eine Art Knie oder Knick, das mit 54 bezeichnet
wird. Dieses Knie kann sich bei einem Regler der vorliegenden Art störend bemerkbar
machen. Mit der Erfindung wird es jedoch möglich, den Regler so zu betreiben, daß
es nicht störend in Erscheinung tritt.
-
Der Kollektor des Transistors 42 ist über einen verstellbaren Serienwiderstand
55 mit dem Emitter eines als Kompensationstransistor dienenden n-p-n-Transistors
56 verbunden, dessen Kollektor direkt an die Plusleitung 19 angeschlossen
ist. Parallel zur Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 56 liegt ein Heißleiterwiderstand
57 und parallel zu diesem ein verstellbarer, temperaturstabiler Widerstand
58. Zwischen der Basis des Transistors 56 und dem Kollektor des Transitors
42 liegt ein Widerstand 59, und zwischen dem Kollektor und der Basis des
Transistors 42 liegt ein verstellbarer Widerstand 60.
-
An den Eingang 33 ist außerdem die Anode einer zweiten Diode
63 angeschlossen, deren Kathode am Ausgang eines weiteren nichtlinearen übertragungsgliedes
64 liegt, und zwar am Kollektor eines als n-p-n-Transistor ausgebildeten zweiten
Transistors 65. Der Ernitter dieses Transistors ist direkt mit der Minusleitung
22 verbunden; seine Basis steht über einen verstellbaren Widerstand 66 mit
seinem Kollektor sowie direkt mit der Kathode einer Knickdiode 67 in Verbindung,
deren Anode über einen verstellbaren Widerstand 68 an einen Abgriff
69
eines aus drei Widerständen 70, 71, 72 bestehenden, an die Ausgangsspannung
des Tachogenerators 10
angeschlossenen Spannungsteilers angeschlossen ist.
-
Der Kollektor des Transistors 65 steht über einen verstellbaren
Serienwiderstand 73 mit dem Emitter eines als n-p-n-Transistor ausgebildeten
Kompensationstransistors 74 in Verbindung, dessen Kollektor direkt mit der Plusleitung
19 verbunden ist. Parallel zu seiner Kollektor-Basis-Strecke liegt ein Heißleiterwiderstand
77 und parallel zu diesem ein verstellbarer, temperaturstabiler Parallelwiderstand
78.
Außerdem ist die Basis des Transistors 74 über einen Widerstand
79 mit dem Kollektor des Transistors 65
verbunden.
-
Mit dem Eingang 33 des Verstärkers 24 ist außerdem die Kathode
einer dritten Diode 82 verbunden, deren Anode am Ausgang eines weiteren nichtlinearen
übertragungsgliedes 83 liegt, und zwar am Kollektor eines als n-p-n-Transistor
ausgebildeten dritten Transistors 84. Sein Emitter ist direkt mit der Minusleitung
22 verbunden. Parallel zu seiner Emitter-Kollektor-Strecke liegt ein Widerstand
85. Sein Kollektor ist über einen Heißleiterwiderstand 86 und einen
zu diesem parallelgeschalteten, temperaturstabilen Widerstand 87 mit der
Plusleitung 19 verbunden, außerdem über einen verstellbaren Widerstand
88 mit seiner Basis. Diese ist außerdem über einen verstellbaren Widerstand
89 an einen Abgriff 90 eines aus drei Widerständen 91, 92, 93
bestehenden, an die Ausgangsspannung des Tachogenerators 10 angeschlossenen
Spannungsteilers angeschlossen.
-
Die Regeleinrichtung nach F i g. 1 arbeitet wie folgt: Es sei
angenommen, daß die Batterie 23 im Betrieb eine Spannung von 12 Volt abgebe.
Dann wird der aus den hochohmigen Widerständen 34 und 35 gebildete Spannungsteiler
so eingestellt, daß sein Abgriff, an dem der Eingang 33 liegt, im unbelasteten
Zustand eine Spannung von 10 Volt gegen die Minusleitung 22 hat.
-
Wenn der - nicht dargestellte - Dieselmotor anläuft,
ist seine Drehzahl nm,t noch so klein, daß die Ausgangsspannung des Tachogenerators
10 nicht ausreicht, um die Knickdioden 43 und 67 aus ihrem Anlaufbereich
52 in den stromführenden Bereich 53
zu bringen. Da deshalb im Transistor
42 noch kein Basisstrom fließt, ist dieser gesperrt, und die Spannung zwischen seinem
Kollektor und seinem Emitter ist praktisch gleich der Spannung der Batterie
23,
also 12 Volt. Die Diode 39 ist daher gesperrt, da die Spannung
an ihrer Kathode (12 Volt) größer ist als die Spannung an ihrer Anode
(10 Volt).
-
Mit Hilfe des verstellbaren Widerstands 66 ist die Spannung
an der Basis des Transistors 65 so eingestellt, daß dieser schwach stromleitend
ist und deshalb zwischen seinem Kollektor und seinem Emitter nur eine Spannung von
9 Volt liegt. Die Diode 63 ist deshalb leitend, da an ihrer Kathode
eine niedrigere Spannung (9 Volt) liegt als an ihrer Anode (10 Volt).
Da die Widerstände 34 und 35 hochohmig sind, wird das Potential am Eingang
33 des Verstärkers 24 durch das Kollektorpotential des Transistors
65 bestimmt, d. h., zwischen dem Eingang 33 und der Minusleitung
22 liegt in diesem Fall eine Spannung von 9 Volt. Diese Spannung bewirkt
eine Verschiebung der Regelstange 12 auf die Vollastmenge der Einspritzpumpe
11, und zwar in der Weise, daß der Elektromagnet 13 das Gestänge 14
entgegen der Wirkung der Druckfeder 17 so weit nach links zieht, bis die
am Abgriff des Potentiometers 18 , abgegriffene Spannung nahezu gleich der
Spannung am Emitter des Transistors 27 ist und der Elektromagnet
13
daher keinen Strom mehr erhält.
Erhöht sich nun die Drehzahl
des Dieselmotors, so steigt auch die Ausgangsspannung des Tachogenerators
10 an, und bei Erreichen einer bestimmten Spannung wird die Knickdiode
67 leitend, so daß der Transistor 65 einen stärkeren Basisstrom erhält.
Die Spannung zwischen seinem Kollektor und seinem Emitter nimmt deshalb ab, und
zwar um so mehr, je
höher die Drehzahl nm,t des Dieselmotors ansteigt. Dies
ist in F i g. 3 dargestellt, wo die zunächst ein-0 -"estellte Vollastmenge
(entsprechend der Spannun., von 9 Volt) mit 96, der Einsatzpunkt der
Knickdiode 67 mit 97 und die durch das stärkere Leiten des Transistors
65 bewirkte Vollastangleichung mit 98
bezeichnet werden. Die Steilheit
der Vollastangleichung kann mit dem verstellbaren Widerstand 68
verstellt
werden, der Einsatzpunkt97-mit dem Abolriff 69 des Widerstands
71.
-
Ist das Gaspedal 45 durchgetreten (Vollgasstellung), so wird die Knickdiode43
erst bei sehr hohen Drehzahlen leitend. Bis dahin bleibt sie gesperrt, so daß die
Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 42 bis dahin immer
noch etwa 12 Volt beträgt. Dies ist in F i g. 3 durch die gestrichelte Linie
99 dargestellt, die über der Linie 96 für die Vollastmenge liegt.
-
Wenn die Knickdiode 43 leitend wird, erhält der Transistor 42 einen
Basisstrom und wird leitend, so daß die Spannung zwischen seinem Kollektor und seinem
Emitter absinkt. Sobald sie kleiner ist als diejenige am Transistor 65, wird
die erste Diode 39
leitend, während die zweite Diode 63 gesperrt wird.
Die Spannung am Eingang 33 des Verstärkers 24 folgt jetzt der Spannung zwischen
Kollektor und Einitter des Transistors 42, die entsprechend dem mit dem verstellbaren
Widerstand 44 eingestellten Ungleichförmigkeitsgrad (Steigung der Kennlinie) absinkt.
Dadurch ergeben sich je nach Stellung des Gaspedals 45 die verschiedenen
in F i g. 3 dargestellten Abregellinien 100. Durch Betätigen des Gaspedals
45 wird der Abgriff 46 des Widerstands 48 verstellt, der Durchlaßeinsatz der Knickdiode
43 damit verändert und dadurch die Regellinie 100 innerhalb des (mit dicken
Linien ausgezogenen) Drehzahl-Last-Kennlinienfeldes verschoben. Durch die Größe
des Widerstands 47 wird die in F i g. 3 mit 101 bezeichnete Leerlauflinie
festgelegt, durch die Größe des Widerstands 49 die in F i g. 3 mit 102 bezeichnete
Endabregelkennlinie. Gegebenenfalls kann außerdem, um für die Endabregelung eine
doppelte Sicherheit zu erhalten, in der Einspritzpumpe 11 noch ein mechanischer
Endabregler vorgesehen werden, der wegen seines einfachen Aufbaus nur geringe Mehrkosten
verursacht.
-
Durch das unterschiedliche Teilerverhältnis des Spannungsteilers 47,
48, 49 beim Verstellen des Gaspedals 45 wird die Drehzahlspannung des Tachogenerators
10 unterschiedlich verstärkt und damit der Ungleichförmigkeitsgrad der Abregellinien
100 zwischen LeerlaufkennEnie 101 und Endabregellinie 102 stetig verstellt,
wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. (Der Ungleichförmigkeitsgrad wird,
wie bei Dieselmoteren erforderlich, mit steigenden Drehzahlen immer kleiner.) Ein
weiterer wesentlicher Vorteil der Anordnung nach F i g. 1 ist, daß das Knie
54 (vgl. F i g. 2) der Knickdiode 43 nicht zur Auswirkung kommt, da die Spannung
zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 42 erst dann zur Auswirkung kommt,
wenn sie kleiner ist als d " ie Spannung zwischen Kollektor und En-dtter
des Transistors 65. Wenn die Knickdiode 43 leitend wird, wirkt sich das also
zunächst überhaupt nicht auf die Einstellung der Einspritzpumpe 11 aus, und
erst wenn bereits ein beträchtlicher Strom durch die Knickdiode43 fließt, sich diese
also bereits weit im stromführenden Bereich 53
befindet, wird die erste Diode
39 leitend und die zweite Diode 63 gesperrt. Die in F i
g. 3 bei 103 angedeuteten, durch das Knie54 verursachten Abrundungen
der Regellinien 100 wirken sich also nicht auf die Einstellung der Einspritzpumpe
11 aus. Dies ist deshalb besonders wichtig, weil an der Stelle 104, an der
die Vollastangleichung 98 in di e- Endabregelkennlinie 102 übergeht, der
Dieselmotor seine größte Leistung abgibt und es selbstverständlich erwünscht ist,
den Dieselmotor hier voll ausfahren zu können. Durch die erfindungsgemäße Anordnung
wird dies ermöglicht.
-
Im normalen Fahrbetrieb ist die dritte Diode 82
stets gesperrt,
da der Transistor 84 über den Widerstand 89 ein stark positives Basispetential
erhält und deshalb voll leitend ist, so daß zwischen seinem Kollektor und seinem
Emitter eine nur sehr gerin-e Spannung liegt, die nicht in der Lage ist, die dritte
Diode 82 leitend zu steuern. Bei niedrigen Drehzahlen wird jedoch die Spannung
zwischen Basis und Emitter des Transistors 84 so klein, daß sein Kollektorstrom
abnimmt und die Spannung zwischen seinem Kollektor und seinem Emitter mit fallender
Drehzahl immer mehr zunimmt. Wird diese Spannung größer als die Spannung zwischen
Kollektor und Ernitter des Transistors 42, so wird die dritte Diode 82 leitend
und die erste Diode 39 gesperrt. Die Spannung am Eingang 33 des Verstärkers
24 wird nunmehr durch die Spannung zwischen Kollektor und Ernitter des Transistors
84 bestimmt, wodurch sich die Leerlaufkennlinie 105 ergibt. Ihr Übergangspunkt
106 in die Leerlaufkennlinie 101 wird mit dem Potentiometer
92, ihre Steilheit bzw. ihr Ungleichförmigkeitsgrad mit dem verstellbaren
Widerstand 89 eingestellt. Außerdem wird durch eine nicht vollständige Temperaturkompensation
des nichtlinearen übertragungsglieds 83 erreicht, daß bei steigender Temperatur
die Steilheit der Leerlaufkennlinie 105 abnimmt und damit die Leerlaufeigenschaften
des Dieselmotors verbessert werden.
-
Durch den parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 84
liegenden Widerstand 85 erreicht man in einfacher und sehr vorteilhafter
Weise eine Begrenzung der Ausgangsspannung des nichtlinearen Glieds 83 auf
einen in F i g. 3 mit 107 bezeichneten Wert. Der Widerstand
85 ist der untere Teilwiderstand eines Spannungsteilers, der aus dem Gesamtwiderstand
der parallelgeschalteten Widerstände 86
und 87 und dem Widerstand
85 besteht. Solange der Transistor 84 gesperrt, d. h. sehr hochohmig
ist, stellt sich am Widerstand 85 eine Spannung ein, die nur durch das Teilerverhältnis
dieses genannten Spannungsteilers bestimmt ist. Diese Spannung wird so eingestellt,
daß der Punkt 107 (F i g. 3) einem größeren Hub entspricht als der
übergangspunkt 106, daß aber die Ausgangsspannung des nichtlinearen Glieds
83 auch bei sehr kleinen Drehzahlen nicht auf einen Wert ansteigen kann,
der der Vollastmenge 96
(F i g. 3) entspricht oder sogar größer ist
als diese.
-
Für die nichtlinearen übertragungsglieder 40 und 64 sind genaue Maßnahmen
zur Temperaturkompensation
erforderlich, und ihre Kollektorwiderstände,
die jeweils aus der Serienschaltung eines Serienwiderstands und der Emitter-Kollektor-Strecke
eines Transistors bestehen, sind so bemessen, daß sie mit steigender Temperatur
im gleichen Maß abnehmen, wie der Kollektorstrom des zugehörigen Transistors 42
oder 65 temperaturbedingt zunimmt. Auf diese Weise erreicht man, daß die
Ausgangsspannungen der Transistoren 42 und 65 innerhalb eines weiten Temperaturbereichs
(-20 bis +80' Q nur innerhalb sehr enger Grenzen schwanken.
-
An Hand des nichtlinearen übertragungsglieds 40 in F i g. 1
und der F i g. 4 bis 6 soll diese Temperaturkompensation näher erläutert
werden. (Diese Ausführungen gelten entsprechend für das nichtlineare übertragungsglied
64.) Da der Kollektorstrom eines Transistors bei gleichbleibendem Basisstrom etwa
linear mit der Temperatur zunimmt, muß sein Kollektorwiderstand etwa linear abnehmen,
wenn die Ausgangsspannung an diesem unabhängig von der Temperatur gleichbleiben
soll. Ein üblicher Heißleiterwiderstand, wie er unter der Bezeichnung »NTC-Widerstand«
im Handel ist, erfüllt diese Bedingung nicht; seine Kennlinie 109
des Widerstands
R über der Temperatur T ist in F i g. 4 dargestellt.
-
Da dieser Verlauf für eine Temperaturkompensation ungeeignet ist,
muß die Kennlinie 109 linearisiert werden. Dies erreicht man durch Parallelschalten
eines Widerstands, der sich mit der Temperatur nicht ändert und der deshalb als
»temperaturstabil« bezeichnet wird. Die Größe dieses Parallelwiderstands bestimmt
den linearen Bereich dieser in F i g. 5 dargestellten, mit 110 bezeichneten
Temperaturkurve. (Sie ist, wie dargestellt, nicht streng linear, sondern schneidet
die gewünschte, gestrichelt dargestellte Widerstandsgerade 111 nur in drei
Punkten.) In F i g. 1 sind beim nichtlinearen Glied 40 der Heißleiter
57 und der Parallelwiderstand 58 vorgesehen, ebenso beim nichtlinearen
Glied 64 der Heißleiter 77 und der Parallelwiderstand 78.
-
In Serie mit diesen parallelgeschalteten Widerständen liegt im einen
Fall der Widerstand 59, im anderen Fall der Widerstand 79. Diese Widerstände
dienen jeweils zum Einstellen eines Arbeitspunkts beim zugehörigen »Kompensations«-Transistor
56
bzw. 74. Dieser Arbeitspunkt wird so gewählt, daß der betreffende Transistor
in positiver und in negativer Richtung möglichst weit ausgesteuert werden kann (sogenannter
A-Betrieb). Soll die Einstellung der Temperaturgrenzen verändert werden, z. B. nicht
mehr, wie in F i g. 5 dargestellt, - 20 bis + 80' C,
sondern
0 bis 50' C, so muß der betreffende Parallelwiderstand 58 bzw.
78 neu eingestellt werden. Dies ergibt einen neuen Gesamtwiderstand der Parallelschaltung
der Widerstände 57 und 58 (bzw. 77 und 78), so daß nunmehr
mit Hilfe des Widerstands 59
(bzw. 79) auch der Arbeitspunkt des betreffenden
Transistors neu eingestellt werden muß.
-
Die interpolierte Gerade 111 (F i g. 5 und
6) hat bereits eine ziemliche Steilheit, d. h. der Temperaturgang
dieser Widerstandskombination ist bereits ziemlich groß. Durch die Verstärkung des
zugehörigen »Kompensations«-Transistors 56 (bzw. 74) wird diese Steilheit
noch vergrößert, was in F i g. 6 durch die Gerade 112 dargestellt ist. Um
nun die für die Kompensation des Temperaturgangs des Transistors 42 (bzw.
65) und seiner zugehörigen Schaltelemente, also vor allem der Widerstände
44, 47, 48, 49 und der Knickdiode 43 benötigte Kennlinie zu erzielen, die in F i
g. 6 mit 113 bezeichnet ist, ist für jeden »Kompensations«-Transistor
56 bzw. 74 eine Gegenkopplung vorgesehen. Eine einfache Lösung ergibt sich
durch eine Stromgegenkopplung mittels des Serienwiderstands 55 (bzw.
73), mit dessen Hilfe die Gegenkopplung eingestellt wird.
-
Die Widerstände 60, 66 und 88 dienen dazu, die Arbeitspunkte
der Transistoren 42, 65 und 84 einzustellen.
-
Selbstverständlich können Einspritzpumpe 11 und Tachogenerator
10 auch mit einer Drehzahl angetrieben werden, die der Drehzahl nm,t des
Dieselmotors etwa proportional ist, z. B. der Drehzahl der Nockenwelle.
-
Eine besonders raumsparende und betriebssichere Lösung ergibt sich
durch den Einbau des Tachogenerators 10 und des elektronischen Reglers in
das Gehäuse der Einspritzpumpe. Besonders wenn man statt des in der Zeichnung dargestellten
elektromagnetischen Stellglieds einen hydraulischen Kraftverstärker mit elektrischem
Eingangsglied verwendet, wird der Aufbau sehr kompakt, da bei dieser Lösung nur
kleine Steuerströme benötigt werden. Man kann dann für den größten Teil der elektronischen
Schaltung integrierte Schaltkreise verwenden und im Betrieb gegebenenfalls sogar
den Tachogenerator als Spannungsquelle verwenden, so daß ein Anschluß an die Batterie
eventuell ganz entfallen kann.
-
Statt der Verwendung von n-p-n-Transistoren, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel,
ist bei Umpolung der entsprechenden Schaltelemente und Stromversorgungsquellen die
Verwendung von p-n-p-Transistoren möglich.