DE1270838B - Vorrichtung zur Bestimmung des Verbrennungswertes eines Kraftstoffes, z. B. der Oktan- oder Cetanzahl - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung des Verbrennungswertes eines Kraftstoffes, z. B. der Oktan- oder CetanzahlInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
GOIl
Deutsche KL: 42 k-22/03
Nummer: 1270 838
Aktenzeichen: P 12 70 838.2-52
Anmeldetag: 12. November 1962
Auslegetag: 20. Juni 1968
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des Verbrennungswertes eines Kraftstoffes,
z. B. der Oktan- oder der Cetanzahl.
Mit den modernen Entwicklungen von Kraftfahrzeugmaschinen und von Kraftstoffen für Kraftfahrzeugmaschinen
sind Prüfverfahren für die Bestimmung des Verbrennungswertes der Kraftstoffe sehr
wichtig geworden. Gemäß einer Standardmethode, die von der American Society for Testing Materials
unter der ASTM-Kennzeichnung D 908 angenommen worden ist, wird beispielsweise die Detonationsoder »Klopf«-Charakteristik eines Benzins, d.h. die
Neigung des Benzins zu »klopfen« oder eine rasche Verbrennung seiner unverbrannten Endgase in der
Brennkammer eines Maschinenzylinders zu erfahren, als Oktanzahl durch Prüfung in einer unter Standardbedingungen
betriebenen Standardmaschine bestimmt. Kurz gesagt wird bei Betrieb der Maschine
mit dem Prüfbenzin das Kompressionsverhältnis durch manuelle Verstellung eines verstellbaren Zylinderkopfes
geändert, bis eine genormte Klopf- oder Detonationsintensität erhalten wird, die visuell durch
Beobachtung eines Klopfmessers bestimmt wird. Dann werden Bezugsbenzinmischungen unter genau
den gleichen Bedingungen und bei dem gleichen Kompressionsverhältnis gefahren und deren Klopfintensitäten
festgestellt. Die Oktanzahl der Testprobe wird dann durch Interpolation zwischen den Intensitätsablesungen
von zwei Bezugsbenzinen, deren Klopfintensitäten jene der Testprobe einklammern,
bestimmt.
Wenngleich die vorgenannte Standardprüfmethode jahrelang verbreitet benutzt worden ist, läßt sie viel
zu wünschen übrig, insbesondere in Verbindung mit Benzinen, die Oktanzahlen von 100 oder größer
haben. Einmal ist die Prüfgenauigkeit schlecht, und Änderungen der in der Praxis erhaltenen Prüfergebnisse
liegen gewöhnlich in der Größe von ± 1 Oktanzahl. Um eine festgelegte Oktanzahl für ein Benzin
aufrechtzuerhalten, ist es daher allgemeine Raffineriepraxis, zu dem unpraktischen und kostspieligen
Notbehelf Zuflucht zu nehmen, die Raffinierbedingungen zur Herstellung eines Benzins einzustellen,
das eine Oktanzahl hat, die zwischen einem Drittel und einer vollen Oktanzahl höher ist als die festgelegte
Zahl. Zweitens ist das Prüfverfahren langsam und zeitraubend, so daß nur periodisch Stichproben
der Oktanzahl eines Benzins genommen werden können. Demzufolge kann ein zeitweises Absinken
der Oktanzahl eines Benzins unter den festgelegten Wert unentdeckt bleiben, oder es kann der
Feststellung entgehen, bis eine weesntliche Menge an Vorrichtung zur Bestimmung des
Verbrennungswertes eines Kraftstoffes,
z. B. der Oktan- oder Cetanzahl
Verbrennungswertes eines Kraftstoffes,
z. B. der Oktan- oder Cetanzahl
Anmelder:
Mobil Oil Corporation,
New York, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. E. Wiegand und Dipl.-Ing. W. Niemann,
Patentanwälte,
8000 München 15, Nußbaumstr. 10
Als Erfinder benannt:
Alfred Ellis Traver, Great Neck, N.Y.;
William Ernest Beal, Glassboro, N. J. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Dezember 1961
(160 051,160 052)
V. St. v. Amerika vom 18. Dezember 1961
(160 051,160 052)
Benzin, das nicht der Vorschrift genügt, erzeugt worden ist.
Eine beträchtliche Verbesserung der Prüfgenauigkeit ist durch eine abgewandelte Methode erreicht
worden, bei der das Kompressionsverhältnis der Maschine sowohl für das Prüfbenzin als auch für das
Bezugsbenzin angepaßt wird, damit ein Klopfen oder eine Detonation zu einer vorherbestimmten Zeit eintritt,
nachdem der Maschinenkolben seine obere Totpunktlage erreicht, gemessen in Graden der Maschinenkurbelwellendrehung.
Mit dieser Methode, die im einzelnen in einer Veröffentlichung unter dem Titel »New Knock-Test Method Could Save Millions
in Findung Octane Numbers«, von G. A. MacDonaid
in »The Oil and Gas Journal«, 11. Januar 1960, Bd. 58, Nr. 2, beschrieben ist, wird die Prüfgenauigkeit
verbessert, und es kann eine Abweichung eines kleinen Bruchteils einer Oktanzahl von Standard bei
laufenden handelsüblichen Benzinen erhalten werden. Jedoch ist diese Technik, genauso wie die Standard-ASTM-Methode,
nicht für eine wirksame Prüfung oder Überwachung eines kontinuierlichen Kraftstoffstromes
geeignet.
Die Erfindung bezweckt, die Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden.
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Die Erfindung geht hierzu aus von einer Vorrichtung des Vergleichs wird ein Fehlersignal erzeugt, und anzur
Bestimmung des Verbrennungswertes eines Kraft- sprechend auf dieses wird beispielsweise das Komstoffes,
z.B. der Oktan- oder der Cetanzahl, mit pressionsverhältnis der Maschine so geändert, daß
einer durch den Kraftstoff betriebenen Verbrennungs- die Detonation bzw. Zündung zu einer vorherkraftmaschine
und mit der Verbrennungskraft- 5 bestimmten Zeit in jedem Maschinenkreislauf einmaschine
verbundenen Verbrennungsprozeß-Wahr- tritt. Im Fall eines Prüfbenzins kann das Fehlersignal
nehmungsmitteln zum Feststellen von Abweichungen auch für den Unterschied zwischen der Größe der
des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine von stattfindenden Detonation und der Größe einer Beeinem
festgelegten Bezugszustand, z. B. einer vorbe- zugsdetonation kennzeichnend sein. In jedem Fall
stimmten Klopfstärke oder Zeitverzögerung. ίο wird das Kompressionsverhältnis für einen »Nulk-
Eine solche Vorrichtung ist gemäß der Erfindung Wert eingerichtet, bei dem das Fehlersignal praktisch
gekennzeichnet durch eine von den Wahrnehmungs- Null ist, und das Kompressionsverhältnis wird gemittein
gesteuerte automatische Betätigungseinrich- ändert, wann immer das notwendig ist, um das Fehtung
für eine mit der Verbrennungskraftmaschine lersignal im wesentlichen auf Null zu halten,
verbundene Antriebseinrichtung für die Einregulie- 15 Eine zweite Ausführungsform der Erfindung umrung eines Kennwertes der Verbrennungskraft- faßt ein »Nicht-Null«-System, bei dem beispielsweise maschine zur Aufrechterhaltung des Betriebes der das Kompressionsverhältnis der Maschine kontinu-Verbrennungskraftmaschine im wesentlichen bei dem ierlich geändert wird, d. h., es wird in Ansprechen festgelegten Bezugszustand. auf ein einmal während jedes Maschinenkreislaufes
verbundene Antriebseinrichtung für die Einregulie- 15 Eine zweite Ausführungsform der Erfindung umrung eines Kennwertes der Verbrennungskraft- faßt ein »Nicht-Null«-System, bei dem beispielsweise maschine zur Aufrechterhaltung des Betriebes der das Kompressionsverhältnis der Maschine kontinu-Verbrennungskraftmaschine im wesentlichen bei dem ierlich geändert wird, d. h., es wird in Ansprechen festgelegten Bezugszustand. auf ein einmal während jedes Maschinenkreislaufes
Durch die Erfindung ist eine automatisierte Vor- 20 erzeugtes Bezugssignal erhöht und im Ansprechen
richtung geschaffen, die den Verbrennungswert eines auf eine Detonation bzw. Zündung eines vorbestimm-Kraftstoffes,
z. B. die Oktanzahl eines Kraftstoffes ten Charakters verringert, um hierdurch zu veranfür
Maschinen mit Funkenzündung oder die Cetan- lassen, daß die Detonation bzw. Zündung während
zahl eines Kraftstoffes für Maschinen mit Kompres- eines vorherbestimmten Intervalls während jedes
sionszündung, bestimmen kann, ohne eine Bedie- 25 Maschinenkreislaufes eintritt oder die Detonation
nungsperson zur fortwährenden Einstellung einer von einer vorbestimmten Größe ist.
Maschine und zur Ausführung der verschiedenen Die Erfindung schließt weiterhin eine Sicherheits-
Maschine und zur Ausführung der verschiedenen Die Erfindung schließt weiterhin eine Sicherheits-
Stufen eines Verfahren der vorbeschriebenen Art zu einrichtung ein, um zu vermeiden, daß das Kombenötigen.
pressionsverhältnis der Maschine auf einen extremen
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der 30 Wert geändert wird, z. B. infolge eines vollständigen
Erfindung sind die Wahrnehmungsmittel und die An- Ausbleibens von Detonation des Benzins in der Matriebseinrichtung
für den Kennwert Detonation als schine. Im einzelnen sind Vorkehrungen getroffen,
Funktion der Zeit ausgebildet. um eine Verstellung des Kompressionsverhältnisses
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausfuhrungs- während jedes Maschinenkreislaufes abzubrechen,
form der Erfindung sind die Wahrnehmungsmittel 35 wenn während dieses Kreislaufes keine Detonation
und die Antriebseinrichtung für den Kennwert Deto- eintritt.
nation als Funktion der Stellung der Teile der Ver- Die Erfindung umfaßt auch die periodische
brennungskraftmaschine ausgebildet. Eichung der Prüfmaschine durch zeitweise Speisung
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der der Maschine mit einem Bezugskraftstoff mit beErfindung
sind die Wahrnehmungsmittel und die An- 40 kanntem Verbrennungswert. Weiterhin sind im Fall
triebseinrichtung für den Kennwert Größe der Deto- einer Prüfmaschine mit Funkenzündung Vorkehrunnation
als Funktion des Kompressionsverhältnisses gen für die automatische Anpassung des Kraftstoff
ausgebildet. Luft-Verhältnisses getroffen, so daß es periodisch
Die Antriebseinrichtung kann vorzugsweise einen durch einen Optimalwert geht.
linearen Servomotor aufweisen, ζ. B. einen durch Ar- 45 Die Erfindung umfaßt weiterhin die Schaffung
beitsmitteldruck betriebenen Arbeitszylinder oder eines besonderen Kreises zur Erzeugung der für die
ein Solenoid. Detonation in einem Prüfbenzin kennzeichnenden
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann Signale. Im einzelnen wird im Hinblick darauf, daß
die automatische Betätigungseinrichtung einen auf eine Detonation durch eine Spitze mit Hochfrequenzeine
Abweichung des Betriebs der Verbrennungs- 50 komponenten in der innerhalb der Brennkammer der
kraftmaschine von dem festgelegten Betriebszustand Maschine erzeugten Verbrennungsdruckwelle geansprechenden
Signalerzeuger aufweisen, der über kennzeichnet ist, ein für diese Spitze kennzeichnendie
Antriebseinrichtung mit einer einen Betriebs- des Signal erzeugt. In einem Fall wird ein die Verzustand
der Verbrennungskraftmaschine, beispiels- brennungsdruckwelle darstellendes Signal durch ein
weise das Kompressionsverhältnis, einregelnden Ein- 55 Hochpaßfilter und ein Tiefpaßfilter geleitet, wobei
richtung gekoppelt ist, die ihrerseits mit einer die das Tiefpaßfilter ein Signal erzeugt, dessen allgevorgenommene
Einregulierung anzeigenden Ein- meine Wellengestalt die Umhüllung der gerade berichtung
gekoppelt ist. schriebenen Hochfrequenzspitze einschließt. Dieses Andere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfin- Signal wird durch ein Tor geleitet, um nur den Teil
dung sind in den weiteren Unteransprüchen gekenn- 60 davon durchzulassen, der zeitlich dem hochpaßgefilzeichnet.
terten Signal entspricht. So wird ein Impuls erzeugt, Eine Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein der für die Umhüllung der Hochfrequenzspitze
»Nulltyp«-System, bei dem ein für die Detonation charakteristisch ist. Zweckmäßig wird das durch das
eines Benzins bzw. die Zündung eines Dieselkraft- Tor geleitete tiefpaßgefilterte Signal dann durch einen
stoffes kennzeichnendes Signal erzeugt und mit einem 65 Spitzendetektor geleitet, um seine Maximalgröße
Bezugssignal verglichen wird, das z. B. für eine vor- während jedes Maschinenkreislaufes zu bestimmen,
herbestimmte Detonation bzw. Zündzeit in einem und ein für diese Maximalgröße kennzeichnen-Maschinenkreislauf
kennzeichnend ist. Als Ergebnis des Signal wird dann mit einem Bezugssignal ver-
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glichen, um das Kompressionsverhältnis anzu- F i g. 4 ist ein Blockdiagramm eines Stromkreises
passen und hierdurch eine Detonation der vorherbe- zur Erzeugung eines Signals, das für den zeitlichen
stimmten Größe zu erhalten, entweder mittels des Unterschied des Auftretens zwischen einem Zeit-Systems
vom »Null«-Typ oder vom »Nicht-Null«- gebersignal und der Hochfrequenzspitze in einerVer-
Typ. 5 brennungsdruckwelle kennzeichnend ist;
Alternativ wird das Verbrennungsdruckwellen- F i g. 5 ist ein Blockdiagramm eines Schutz- und
signal durch ein Bandpaßfilter geleitet, das dazu be- Fehlersignal erzeugenden Stromkreises gemäß der
stimmt ist, nur jenen Teil des Signals durchzulassen, Erfindung;
der der Detonationsspitze hoher Frequenz entspricht. Fig. 6 A bis 6 L sind typische Wellenformendia-
Dieses gefilterte Signal wird dann direkt an einen io gramme der Ausgangssignale von verschiedenen in
Spitzendetektor angelegt, der einmal während jedes F i g. 2 gezeigten Komponenten;
Maschinenkreislaufes durch ein Zeitgebersignal rück- Fig. 7 A bis 7 E sind typische Wellenformendia-
gestellt wird. In dieser Weise wird die Maximal- gramme der Ausgangssignale von verschiedenen in
amplitude der Detonationsspitze festgestellt, um ein F i g. 3 gezeigten Komponenten;
Signal zu schaffen, das die Größe der Detonation des 15 Fig. 8A bis 8G sind typische Wellenformendia-
Kraftstoffes in der Maschine anzeigt. gramme der Ausgangssignale von verschiedenen in
Um ein zuverlässiges Signal zu erzeugen, das für F i g. 4 gezeigten Komponenten;
die Zeit des Auftretens von Detonation in einem Ma- F i g. 9 ist ein Blockdiagramm, das im einzelnen
schinenkreislauf kennzeichnend ist, umfaßt die Er- ein System vom »Nicht-Null«-Typ gemäß der Erfinfindung
die Leitung des Verbrennungsdruckwellen- 20 dung zeigt, in dem das Eintreten von Maschinensignals
durch ein Hochpaßfilter, welches ein Signal klopfen für eine Maschine mit Funkenzündung wäherzeugt,
das die Hochfrequenz-Berstcharakteristik rend eines vorherbestimmten Intervalls in einem Mader
Detonation einschließt. Ein Zeitgebersignal und schinenkreislauf hervorgerufen wird;
das hochpaßgefilterte Signal werden benutzt, um Fig. 10 ist ein ausführliches Blockdiagramm eines einen Zeitablenkungsgenerator ein- und auszublen- 25 Systems vom »Nicht-Null«-Typ gemäß der Erfinden und ein Signal zu erzeugen, dessen Größe für die dung, bei dem Maschinenklopfen für eine Maschine Zeit kennzeichnend ist, die zwischen dem Auftreten mit Funkenzündung im wesentlichen konstant bei des Zeitgebersignals und dem Auftreten des Hoch- einer vorherbestimmten Intensität gehalten wird;
frequenzdetonationsberstens verstreicht. Um diese Fig. 11 ist ein Blockdiagramm eines Systems ähn-Größe zu isolieren, wird das durch das Tor geleitete 30 lieh zu dem der Fig. 9, das zur Bestimmung der Zeitablenkungssignal durch einen Spitzendetektor Zündqualität eines Kraftstoffes für eine Maschine geleitet, der periodisch auf eine Bezugsbedingung mit Kompressionszündung benutzt wird;
rückgestellt wird. F i g. 12 ist eine Schnittansicht eines Teiles einer
das hochpaßgefilterte Signal werden benutzt, um Fig. 10 ist ein ausführliches Blockdiagramm eines einen Zeitablenkungsgenerator ein- und auszublen- 25 Systems vom »Nicht-Null«-Typ gemäß der Erfinden und ein Signal zu erzeugen, dessen Größe für die dung, bei dem Maschinenklopfen für eine Maschine Zeit kennzeichnend ist, die zwischen dem Auftreten mit Funkenzündung im wesentlichen konstant bei des Zeitgebersignals und dem Auftreten des Hoch- einer vorherbestimmten Intensität gehalten wird;
frequenzdetonationsberstens verstreicht. Um diese Fig. 11 ist ein Blockdiagramm eines Systems ähn-Größe zu isolieren, wird das durch das Tor geleitete 30 lieh zu dem der Fig. 9, das zur Bestimmung der Zeitablenkungssignal durch einen Spitzendetektor Zündqualität eines Kraftstoffes für eine Maschine geleitet, der periodisch auf eine Bezugsbedingung mit Kompressionszündung benutzt wird;
rückgestellt wird. F i g. 12 ist eine Schnittansicht eines Teiles einer
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann nicht Prüfmaschine, in der Einzelheiten einer Verstell-
nur für die Bestimmung des Verbrennungswertes 35 einrichtung für das Kompressionsverhältnis einer
eines Kraftstoffes benutzt werden, sondern auch für Maschine gezeigt sind;
Steuerung des Flusses eines Kraftstoffes. Fig. 13 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in Ansicht eines Fallspiegelvergasers, der bei Anweneine
Nebenleitung der Kraftstoffleitung eingesetzt düngen der Erfindung brauchbar ist, und
werden, und dem Kraftstoff kann gestattet werden, 4° Fig. 14 ist ein typisches Diagramm, das Zylinderso lange durch eine gegebene Leitung zu fließen, als kopfstellungen über der Zeit für ein System zeigt, sein Verbrennungswert, der von der Vorrichtung ge- wie es beispielsweise in F i g. 9 gezeigt ist, bei Vermaß der vorliegenden Erfindung wahrgenommen wendung des Fallspiegelvergasers gemäß der F ig. 13. wird, innerhalb vorbestimmter Grenzen bleibt. Sollte In Fig. 1 ist eine Prüfmaschine20 gezeigt, die der Verbrennungswert sich ändern, so kann der Fluß 45 durch einen Prüfkraftstoff betrieben wird, dessen durch diese Leitung gestoppt und der Kraftstoff ab- Verbrennungswert bestimmt werden soll. Die Mageleitet werden. Diese Ableitung kann in einer Rieh- schine 20 kann von irgendeiner geeigneten Art sein, tung erfolgen, wenn der Verbrennungswert höher ist, z. B. eine Standard-ASTM-CFR-Maschine mit Fun- und in einer anderen Richtung, wenn der Verbren- kenzündung, wie sie gemeinhin für die Bestimmung nungswert geringer ist. 50 der Oktanzahlen von Benzinen Anwendung findet,
werden, und dem Kraftstoff kann gestattet werden, 4° Fig. 14 ist ein typisches Diagramm, das Zylinderso lange durch eine gegebene Leitung zu fließen, als kopfstellungen über der Zeit für ein System zeigt, sein Verbrennungswert, der von der Vorrichtung ge- wie es beispielsweise in F i g. 9 gezeigt ist, bei Vermaß der vorliegenden Erfindung wahrgenommen wendung des Fallspiegelvergasers gemäß der F ig. 13. wird, innerhalb vorbestimmter Grenzen bleibt. Sollte In Fig. 1 ist eine Prüfmaschine20 gezeigt, die der Verbrennungswert sich ändern, so kann der Fluß 45 durch einen Prüfkraftstoff betrieben wird, dessen durch diese Leitung gestoppt und der Kraftstoff ab- Verbrennungswert bestimmt werden soll. Die Mageleitet werden. Diese Ableitung kann in einer Rieh- schine 20 kann von irgendeiner geeigneten Art sein, tung erfolgen, wenn der Verbrennungswert höher ist, z. B. eine Standard-ASTM-CFR-Maschine mit Fun- und in einer anderen Richtung, wenn der Verbren- kenzündung, wie sie gemeinhin für die Bestimmung nungswert geringer ist. 50 der Oktanzahlen von Benzinen Anwendung findet,
Der in dieser Beschreibung und in den Patent- oder eine Standard-ASTM-CFR-Maschine mit Kom-
ansprüchen verwendete Ausdruck »Detonation« um- pressionszündung, die gewöhnlich für die Bestim-
faßt sowohl durch Funken eingeleitete als auch durch mung der Cetanzahlen von Dieselkraftstoffen benutzt
Druck eingeleitete Detonation und/oder Verbren- wird. Der Kraftstoff wird der Prüfungsmaschine 20
nung des Kraftstoffes. 55 aus einer Kraftstoffquelle 22 zugeführt, die den in
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die der Prüfung befindlichen Kraftstoff und Bezugskraft-Zeichnungen
weiter erläutert. stoffe liefern kann. Im Fall einer Prüfmaschine mit
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung Funkenzündung stellt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisgemäß der Erfindung zur Bestimmung des Verbren- regler 24 das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff in der
nungswertes eines Kraftstoffes; 60 Maschine ein.
F i g. 2 ist ein Blockdiagramm eines Stromkreises Ein Verbrennungsprozeßdetektor und Steuerzur
Erzeugung eines Signals, das für die Hoch- signalerzeuger 26 ist mit der Prüfmaschine 20 gekupfrequenzspitze
in einer Verbrennungsdruckwelle pelt und erzeugt unter der Steuerung einer Steuerkennzeichnend ist; einrichtung 28 ein Steuersignal, das an eine An-
F i g. 3 ist ein Blockdiagramm eines anderen 65 triebseinrichtung in Form eines Servomotors 30 anStromkreises
zur Erzeugung eines Signals, das für gelegt wird. In dem Steuersignalerzeuger 26 wird ein
die Hochfrequenzspitze in einer Verbrennungswelle Signal erzeugt, das für die Detonation des Kraftkennzeichnend ist; Stoffs, wenn der Kraftstoff ein Benzin ist, bzw. für
die Zündung des Kraftstoffes in der Prüfmaschine 20, wenn der Kraftstoff ein Dieselkraftstoff ist, kennzeichnend
ist. Im Fall eines »Nulltyp«-Systems wird dieses Signal mit einem Bezugssignal verglichen, das
für eine Standarddetonation oder -zündung kennzeichnend ist, um ein Fehlersignal zu erzeugen, welches
an den Servomotor 30 angelegt wird.
Beispielsweise kann der Steuersignalerzeuger 26 unter der Wirkung der Steuereinrichtung 28 derart
nativ, im Fall eines Benzins, die Detonation im wesentlichen auf einer vorherbestimmten Größe gehalten
wird.
Die Regeleinrichtung 32 ist mit einem Übertrager 60 gekuppelt, der ein Signal liefert, welches für die
Änderungen kennzeichnend ist, die in der Prüfmaschine 20 durch die Regeleinrichtung 32 bewirkt
werden. Im Fall des in Fig. 12 gezeigten verstellbaren Zylinderkopfes 40 kann der Übertrager 60
arbeiten, daß er ein Steuersignal in Form eines Feh- io einen linearen magnetischen Aufnehmer 71 umfassen,
lersignals erzeugt, das kennzeichnend ist für den Unterschied der Größe zwischen einem Bezugsdetonationssignal
und einem Signal, welches für die Detonation von Benzin in der Maschine kennzeichder
einen Kern 73 aufweist, welcher an einem am Zylinderkopf 40 befestigten Lagerarm 75 angebracht
ist und die Kopplung zwischen zwei Spulen 77 und 77 a ändern kann, die von einer Stütze 79, die an
nend ist. Alternativ kann der Steuersignalerzeuger 26 15 einem festen Teil der Maschine 20 befestigt ist, ge
tragen sind. Bei Erregung der Wicklung 77 mittels Wechselstrom wird in der Wicklung 77 α ein Signal
induziert, das sich in Abhängigkeit von der Stellung des Zylinderkopfes 40 und daher mit dem Kompressionsverhältnis
der Maschine 20 ändert.
Signale von dem Übertrager 60 werden direkt an einen Analogaufzeichner 80 und an einen Spannung-Frequenz-Umwandler
82 angelegt. Der Umwandler 82 übersetzt die Analogsignale von dem Übertrager
ein Fehlersignal erzeugen, das kennzeichnend ist für den Zeitunterschied zwischen dem Eintreten eines
Bezugsdetonations- oder -zündsignals und dem Eintreten von Detonation oder Zündung des Kraftstoffes,
der zum Betrieb der Prüfmaschine 20 verwendet wird.
Der Servomotor 30 ist mit einer Einrichtung 32
zum Einregulieren eines Kennwertes der Maschine
20 gekoppelt, die mit der Prüfmaschine 20 verbunden ist. Die Regeleinrichtung 32 kann beispielsweise as 60 in Digitalsignale, die unter der Steuerung einer eine Anordnung zur Änderung des Kompressions- variablen Torsteuerung 86 und der Steuereinrichtung
zum Einregulieren eines Kennwertes der Maschine
20 gekoppelt, die mit der Prüfmaschine 20 verbunden ist. Die Regeleinrichtung 32 kann beispielsweise as 60 in Digitalsignale, die unter der Steuerung einer eine Anordnung zur Änderung des Kompressions- variablen Torsteuerung 86 und der Steuereinrichtung
28 an einen Zähler 84 angelegt werden. Die variable Torsteuerung 86 bestimmt das Zeitintervall, über das
der Zähler 84 in einem von vielen auf einanderf olgenden Zählzyklen arbeitet. Signale von dem Zähler 84
werden an einen Digitalaufzeichner 88 angelegt, der einen Ausgang in Digitalform der Änderungen liefert,
die durch die Regeleinrichtung 32 bewirkt werden.
Die im Analogaufzeichner 80 und im Digitalauf-
Die im Analogaufzeichner 80 und im Digitalauf-
etwa
Verhältnisses der Prüfmaschine 20 umfassen, wie sie in F i g. 12 veranschaulicht ist.
Gemäß Fig. 12 weist die Regeleinrichtung 32 einen verstellbaren Zylinderkopf 40 auf, der einen
Teil der Prüfmaschine 20 bildet. Eine Kupplung 42 kuppelt den Servomotor 30 mit einem Schneckengetriebe
46, das ein mit Gewinde versehenes ringförmiges Bauteil 48 zur Drehung um eine Achse SO veranlaßt.
Eine mit Gewinde versehene Zylinderwand 52 steht mit dem ringförmigen Bauteil 48 im Eingriff
und bewegt sich je nach der Bewegung des Servomotors 30 aufwärts oder abwärts. Die Bewegung der
Zylinderwand 52 verringert oder vergrößert das Volumen der Brennkammer 54 zwischen dem Kolben
56, wenn sich der Kolben in seiner oberen Totpunktlage befindet, und einem Teil 58 des Zylinderkopfes,
so daß das Kompressionsverhältnis der Prüfmaschine 20 vergrößert bzw. verringert wird.
zeichner 88 aufgezeichneten Werte können mit ähnlichen Werten verglichen werden, welche in der gleichen
Weise für ein oder mehrere Bezugskraftstoffe bekannten Verbrennungswertes aufgezeichnet wurden.
Dies ermöglicht eine rasche und leichte Bestimmung des Verbrennungswertes des Prüfkraftstoffes,
wenn einmal seine Verbrennungscharakteristik, wie sie vom Kompressionsverhältnis der Prüfmaschine
dargestellt wird, zwischen den Charakteristiken von
Nachfolgend wird wieder auf F i g. 1 Bezug ge- 45 beispielsweise zwei bekannten Bezugskraftstoffen
nommen. Der Servomotor 30 steuert bei Ansprechen eingeklammert ist. Weiterhin kann einer der beiden
Aufzeichner 80 oder 88 eine Signalgebereinrichtung (nicht dargestellt) einschließen, die ein hörbares oder
auf ein Fehlersignal von dem Steuersignalerzeuger 26 die Regeleinrichtung 32, so daß die Detonation
bzw. Zündung des Kraftstoffes in der Prüfmaschine sichtbares Signal oder eine Warnung immer dann lie
geändert wird, um das an den Servomotor 30 ange- 50 fern kann, wenn der Verbrennungswert des Prüf
legte Fehlersignal praktisch auf Null zu verringern. Somit wird bei Verwendung des verstellbaren Zylinders
gemäß Fig. 12 die verstellbare Zylinderwand 52 bewegt, bis ein Kompressionsverhältnis hergestellt
ist, welches dazu führt, daß kein Fehlersignal erzeugt wird. In dieser Weise wird die Prüfmaschine 20 bei
einem Nullpunkt betrieben, bei dem sich die Detonation bzw. Zündung des Kraftstoffes nach einem
vorherbestimmten Standard richtet.
Im Fall eines »Nicht-Null«-Systems erzeugt der Steuersignalerzeuger 26 ein kontinuierliches Steuersignal,
das an den Servomotor 30 angelegt wird, um die Regeleinrichtung 32 kontinuierlich einzustellen.
In diesem Fall wird beispielsweise das Kompressionskraftstoffes außerhalb festgelegter Toleranzen liegt.
In dieser Weise können unerwünschte Änderungen in der Qualität des Prüfkraftstoffes sofort festgestellt
werden.
In F i g. 2 ist ein Stromkreis gezeigt, der einen Teil des Signalerzeugers 26 gemäß F i g. 1 bildet und zur
Erzeugung eines Signals dient, das für die Detonation eines Kraftstoffes in der Prüfmaschine 20 kennzeichnend
ist. Ein Druckaufnehmer 90 ist mit der Prüfmaschine 20 gekoppelt und kann beispielsweise
einen Übertrager (nicht dargestellt) umfassen, der innerhalb der Brennkammer54 (Fig. 12) der Prüfmaschine
20 angeordnet ist. Die Abgabe aus der» Aufnehmer 90 ist dann kennzeichnend für den Druclij
verhältnis der Prüfmaschine 20 kontinuierlich geän- 65 innerhalb der Brennkammer 54, welcher wiederur
dert, so daß eine Detonation bzw. Zündung des kennzeichnend für den Verbrennungsprozeß ist. Di|
Kraftstoffes während eines vorherbestimmten Inter- Wellenform des Signals von dem Aufnehmer 90
valls in jedem Maschinenkreislauf eintritt oder, alter- ähnlich der Wellenform gemäß Fi g. 6 G.
Aus F i g. 6 G ist zu ersehen, daß das Signal von dem Druckaufnehmer 90 rasch aber glatt ansteigt bis
zu einem Zeitpunkt, bei dem der Druck bei einer hohen Frequenz schwankt. Zu dieser Zeit nimmt der
Druck, nach Erreichen eines Spitzenwertes, mit fortgesetzten raschen Schwankungen ab. Es kann angenommen
werden, daß die tatsächliche Detonation des Kraftstoffes in der Maschine durch die Hochfrequenzspitze
in der Verbrennungswelle gekennzeichnet ist. Die F i g. 2 veranschaulicht eine Stromkreisanordnung
zur Erzeugung eines Signals, das für diese Spitze kennzeichnend ist.
Gemäß F i g. 2 wird das Signal von dem Druckaufnehmer 90 an ein Nachfolgeglied 92 angelegt, das
dazu benutzt wird, Impedanzen zwischen dem Druckaufnehmer 90 und einem Tiefpaßfilter 94 und einem
Hochpaßfilter 96, die mit dem Ausgang des Nachfolgegliedes 92 verbunden sind, anzupassen. Das
Tiefpaßfilter 94 filtert das Verbrennungsdruckwellensignal, um die höheren Frequenzkomponenten daraus
zu entfernen, und erzeugt ein Signal ähnlich dem in Fig. 6H dargestellten Signal. Andererseits filtert das
Hochpaßfilter 96 das Verbrennungsdruckwellensignal, um die tieferen Frequenzkomponenten daraus zu
entfernen, und es erzeugt ein Signal, das dem in F i g. 6 C gezeigten Signal ähnlich ist.
Signale von dem Hochpaßfilter 96 werden in einem Verstärker 98 verstärkt und einem Tor 100 zugeführt.
Das Tor 100 wird durch Zeitgebersignale (Fig. 6A) von einem Zeitgeberimpulsgenerator 102
gesteuert. Die Signale von dem Generator 102 werden an einen Verstärker 104 angelegt, der ein Rechteckwellensignal
erzeugt, wie es in F i g. 6 B gezeigt ist. Das Rechteckwellenausgangssignal des Verstärkers
104 wird als wirksam machender Eingang an das Tor 100 angelegt. In dieser Weise erzeugt das
Tor 100 ein Ausgangssignal nur dann, wenn es durch das Signal von dem Verstärker 104 hierzu in die
Lage versetzt ist. So ist das Ausgangssignal von dem Tor 100, wie es in Fig. 6D gezeigt ist, jener Teil
des verstärkten hochpaßgefilterten Signals von dem Verstärker 98, der zeitlich mit dem Rechteckwellenausgangssignal
des Verstärkers 104 zusammenfällt. Die Torsteuerung des verstärkten hochpaßgefilterten
Signals erfolgt, um ein Feststellen von Hochfrequenzsignalen von dem Druckaufnehmer 90 und dem
Hochpaßfilter 96, welche Ventilgeräuschen, aber nicht einer Detonation des Kraftstoffes in der Maschine
zuzuschreiben sind, zu vermeiden. Solche hochfrequenten Ventilgeräuschsignale sind in den
F i g. 6 G und 6 C gezeigt.
Ausgangssignale von dem Tor 100 werden in einem Verstärker 106 verstärkt und dann an einen
Verstärker 108 angelegt, der ein Rechteckwellenausgangssignal erzeugt. Das Rechteckwellensignal des
Verstärkers 108 triggert einen jeweils einen Impuls abgebenden Multivibrator 110, dessen Ausgangssignal
in Fig. 6E gezeigt ist. Ein Ausgangsimpuls
von dem Multivibrator 110 wird als unwirksam machender Eingang an ein Tor 112 angelegt. An das
Tor 112 wird ein Signal von dem Tiefpaßfilter 94 nach Verstärkung in einem Verstärker 114 angelegt.
Das Ausgangssignal von dem Tor 112 ist in F i g. 61
gezeigt und entspricht dem in Fig. 6H gezeigten
tiefpaßgefilterten Signal, wobei ein Teil entfernt ist, der dem in Fig. 6E gezeigten Impuls von dem Multivibrator
110 entspricht. Wie zu ersehen ist, wird das tiefpaßgefilterte Signal nach Verstärkung in dem
Verstärker 114 zu etwa der Zeit der Hochfrequenzspitze in der Verbrennungsdruckwelle eingeblendet.
Es ist zu beachten, daß die Torsteuerung derart sein sollte, daß der gesamte Spitzenteil des tiefpaßgefilterten
Signals der Fig. 6H von dem Tor 112 ausgeblendet wird. Dies kann erreicht werden, indem dem
Impuls von dem Multivibrator 110 eine geeignete Dauer erteilt wird.
Das Signal von dem Tor 112 wird an einen Spitzendetektor 116 angelegt, dessen in F i g. 6 J gezeigtes Ausgangssignal als Abschneidwerteingangssignal an einen veränderbaren Amplitudenabschneider oder Clipper (clipper) 118 angelegt wird. Als das andere Eingangssignal wird das verstärkte tiefpaßgefilterte Signal von dem Verstärker 114 an den Clipper 118 angelegt. Der Clipper 118 arbeitet so, daß nur dann ein Ausgangssignal geliefert wird, wenn das Signal von dem Verstärker 114 größer als das Signal von dem Spitzendetektor 116 ist. Wie aus einem Vergleich der Fig. 6H und 6J ersichtlich ist, erzeugt der Clipper 118 in dieser Weise ein Ausgangssignal, das der kleinen Spitze in dem tiefpaßgefilterten Signal äquivalent ist, wenn dieses Signal größer als das Abschneidwertsignal von dem Spitzendetektor 116 ist. Das Ausgangssignal des Clippers 118 ist in F i g. 6 K gezeigt. Im wesentlichen wird also das tiefpaßgefilterte Signal so gesteuert, daß nur jener Teil des Signals durchgeleitet wird, der der kleinen Spitze in der der Detonation entsprechenden Welle entspricht.
Das Signal von dem Tor 112 wird an einen Spitzendetektor 116 angelegt, dessen in F i g. 6 J gezeigtes Ausgangssignal als Abschneidwerteingangssignal an einen veränderbaren Amplitudenabschneider oder Clipper (clipper) 118 angelegt wird. Als das andere Eingangssignal wird das verstärkte tiefpaßgefilterte Signal von dem Verstärker 114 an den Clipper 118 angelegt. Der Clipper 118 arbeitet so, daß nur dann ein Ausgangssignal geliefert wird, wenn das Signal von dem Verstärker 114 größer als das Signal von dem Spitzendetektor 116 ist. Wie aus einem Vergleich der Fig. 6H und 6J ersichtlich ist, erzeugt der Clipper 118 in dieser Weise ein Ausgangssignal, das der kleinen Spitze in dem tiefpaßgefilterten Signal äquivalent ist, wenn dieses Signal größer als das Abschneidwertsignal von dem Spitzendetektor 116 ist. Das Ausgangssignal des Clippers 118 ist in F i g. 6 K gezeigt. Im wesentlichen wird also das tiefpaßgefilterte Signal so gesteuert, daß nur jener Teil des Signals durchgeleitet wird, der der kleinen Spitze in der der Detonation entsprechenden Welle entspricht.
Das Signal des Clippers 118, das selbst als ein für die Detonation kennzeichnendes Signal brauchbar
ist und das zur Benutzung an irgendeine Einrichtung angelegt werden kann, wird gemäß der Darstellung
in F i g. 2 an einen Spitzendetektor 120 angelegt, der die Spitzenamplitude des Signals des Clippers 118
feststellt. Der Spitzendetektor 120 wird einmal während jedes Maschinenkreislaufes durch ein Rückstellsignal
(Fig. 6F) eingestellt, das von einem Flip-Flop
122 geliefert wird, der durch das Signal von dem Verstärker 104 eingestellt und durch den Multivibrator
110 rückgestellt wird. Das in F i g. 6 L gezeigte Signal des Spitzendetektors 120 ist kennzeichnend
für die Größe der Detonation des Kraftstoffes in der Maschine 20 und wird an ein Nachfolgeglied 124 angelegt,
das dazu benutzt wird, um die Impedanzen zwischen dem Spitzendetektor 120 und jeglicher Ausrüstung,
die mit dem Ausgang des Nachfolgegliedes 124 gekoppelt ist, anzupassen.
In F i g. 3 ist ein anderer Stromkreis zur Erzeugung eines Detonationssignals gezeigt. Signale, die
für die Verbrennungsdruckwalze kennzeichnend sind, werden von einem Druckaufnehmer 90' zugeführt,
der dem Aufnehmer 90 gemäß F i g. 2 ähnlich ist.
Die Signale von dem Aufnehmer 90' (Fig. 7A) werden durch ein Nachfolgeglied 92' an ein Bandpaßfilter
126 angelegt, dessen Charakteristiken derart sind, daß als Ausgangssignal nur jener Teil des Eingangssignals
durchgeleitet wird, der in einen vorherbestimmten Frequenzbereich fällt. Zum Zweck der
Feststellung der Hochfrequenzdetonationsspitze kann das Bandpaßfilter 126 beispielsweise so eingestellt
sein, daß es die Frequenzen 6250 bis 6750 Schwingungen je Sekunde durchläßt.
Das Ausgangssignal von dem Bandpaßfilter 126 (Fig. 7B) wird in einem Verstärker 128 verstärkt,
dessen Ausgang direkt mit einem Spitzendetektor 130 gekoppelt ist. Einmal während jedes Maschinen-
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11 12
kreislaufes wird der Spitzendetektor 130 durch einen von dem Verstärker 138 rückgestellt wird, zu wel-Zeitgeberimpuls
(Fig. 7C) von einem Zeitgeber- chem Zeitpunkt der Generator 142 ausgeblendet
impulsgenerator 102' rückgestellt. Der Generator wird. Wie ersichtlich, ist dann die Spitzenamplitude
102' ist mit einem Verstärker 104' gekoppelt, der ein des von dem torgesteuerten Zeitablenkungsgenerator
Rechteckwellenausgangssignal (Fig. 7D) erzeugt, 5 142 erzeugten Signals kennzeichnend für den Zeitdas
ein rückstellendes Eingangssignal zu dem Spit- ablauf zwischen dem Auftreten des Zeitgebersignals
zendetektor 130 schafft. von dem Zeitgeberimpulsgenerator 102" und dem
Wie ersichtlich, arbeiten die vorstehend beschrie- Auftreten des Signals von dem Hochpaßfilter 134,
benen Komponenten gemäß F i g. 3 derart, daß sie das für Detonation kennzeichnend ist.
jenen Teil des Verbrennungsdruckwellensignals iso- io Das Signal von dem torgesteuerten Zeitablenkungslieren,
der der hochfrequenten Berstcharakteristik generator 142 wird an einen Spitzendetektor 144 ander
Detonation entspricht. Signale, die für Ventil- gelegt, der einmal während jedes Maschinenkreisgeräusche
kennzeichnend sind (Fig. 7 A und 7B), lauf es durch Signale von dem Verstärker 104" rückwerden
nicht festgestellt, da sie in einem Maschinen- gestellt wird. Die Ausgangssignale von dem Spitzenkreislauf
später als das Detonationssignal eintreten 15 detektor 144 (F i g. 8 G) werden an ein Nachfolge-
und da sie von einer Größe sind, die kleiner als die glied 146 angelegt, das dazu benutzt wird, die Impe-Spitzengröße
des von dem Spitzendetektor 130 fest- danzen zwischen dem Spitzendetektor 144 und zugestellten
Detonationssignals ist. Infolgedessen liefert sätzlichen Stromkreisen (in Fig. 4 nicht dargestellt),
der Spitzendetektor 130 ein für die Detonation kenn- die mit ihm durch das Nachfolgeglied 146 gekoppelt
zeichnendes Ausgangssignal (Fig. 7E), dessen Größe ao sind, anzupassen.
größer ist als jegliches für Ventilgeräusch kennzeich- Wie ersichtlich, hat der Stromkreis gemäß F i g. 4
nendes Signal; wenn so die Ventilgeräuschsignale verhältnismäßig wenige Komponenten, um ein das
von dem Verstärker 128 an den Spitzendetektor 130 zeitliche Auftreten einer Detonation anzeigendes Siangelegt
werden, beeinflussen oder ändern sie nicht gnal zu erzeugen. Es sei darauf hingewiesen, daß bedas
Ausgangssignal. Natürlich ist dies von der Aus- 25 sondere Sperrung zur Beseitigung von Ventilgeräuwahl
einer Standarddetonationsintensität abhängig, sehen (Fig. 8A und 8B) nicht benötigt wird, da der
die größer ist als die Größe der Ventilgeräusche. Die Flip-Flop 140 durch das Bezugssignal von dem Vervon
dem ASTM-Code vorgeschriebene Standard- stärker 104" eingestellt und dann unmittelbar durch
detonationsintensität genügt diesem Kriterium. das Signal von dem Rechteckwellenverstärker 138
Aus den gleichen Gründen ist die von dem Tor 30 rückgestellt wird. Ventilgeräusche treten viel später
100 gemäß Fig. 2 geschaffene Steuerung nicht not- als Detonation in einem Maschinenkreislauf auf, und
wendig, wenn die Detonationsintensität größer ist als demgemäß ist das Anschalten und Abschalten des
Ventilgeräusche. Jedoch werden mit der Torsteuerung Zeitablenkungsgenerators 142 beendet, bevor die
Ventilgeräusche ausgeschlossen, und der Stromkreis Ventilgeräuschsignale empfangen werden,
funktioniert selbst dann, wenn die Ventilgeräusche 35 F i g. 5 zeigt einen Schutzstromkreis, der in Vervon
größerer Stärke sind als die Detonation. bindung mit der Grundausführung gemäß Fig. 1
In Fig. 4 ist ein Stromkreis zur Erzeugung eines brauchbar ist. Der Stromkreis arbeitet so, daß der
Signals gezeigt, das kennzeichnend ist für den zeit- Servomotor 30 daran gehindert ist, die Regeleinrichlichen
Unterschied zwischen dem Auftreten eines rung 32 in dem Fall, daß zu überhaupt keiner Zeit
Zeitgebersignals und dem Auftreten eines Signals, 40 in der Prüfmaschine 20 Detonation eintritt, in eine
das für Detonation eines Kraftstoffes in einer Prüf- Extremstellung anzutreiben. Weiterhin weist der
maschine kennzeichnend ist. Die Verbrennungsdruck- Stromkreis Komponenten auf, die ein Fehlersignal
welle von dem Maschinenzylinder wird von einem erzeugen, welches in dem »Nulltyp«-System gemäß
Druckaufnehmer 90" festgestellt, dessen Ausgangs- der Erfindung benutzt wird.
signal in Fig. 8A gezeigt ist. Dieses Signal wird 45 In dem Stromkreis gemäß F i g. 5 sind der Druckdurch
ein Nachfolgeglied 92" geleitet und an ein aufnehmer 90, das Nachfolgeglied 92, der Zeitgeber-Hochpaßfilter
134 angelegt, das nur die Hoch- impulsgenerator 102 und der Rechteckwellenverstärfrequenzkomponenten
des Verbrennungsdruckwellen- ker 104 den gleichbezifferten Komponenten gemäß
signals durchleitet. Das Signal von dem Hochpaß- den F i g. 2 bis 4 äquivalent. Signale von dem Nachfilter
134 (Fig. 8B) wird in einem Verstärker 136 5° folgeglied 92 und dem Verstärker 104 werden an
verstärkt, dessen Ausgang mit einem Verstärker 138 einen Klopfdetektor 148 angelegt, der irgendeinem
gekoppelt ist, der ein Rechteckwellenausgangssignal der Detonationssignale erzeugenden Stromkreise der
erzeugt. Das Ausgangssignal von dem Verstärker 138 F i g. 2, 3 und 4 äquivalent sein kann. Das Signal
wird benutzt, um einen Flip-Flop 140 rückzustellen. von dem Klopfdetektor 148, das für die Größe der
Der Flip-Flop 140 wird zuerst durch Zeitgebersignale 55 Detonation des Kraftstoffes in der Prüfmaschine oder
von einem Zeitgeberimpulsgenerator 102" (Fig. 8C) die Zeit des Eintritts der Detonation kennzeichnend
und einem Rechteckwellenverstärker 104" (Fig. 8D) ist, wird an einen Meßstromkreis 150 zur direkten
eingestellt. Messung des Signals angelegt. Das Signal von dem
Das Ausgangssignal von dem Flip-Flop 140 Klopfdetektor 148 wird auch an einen Dämpfungs-(Fig.
8E) wird an einen torgesteuerten Zeitablen- 60 Stromkreis 152 angelegt, der geringere Änderungen
kungsgenerator 142 angelegt, der ein Zeitablen- in dem Signal ausglättet.
kungssignal von begrenzter Dauer erzeugt, wie es in Ausgangssignale von dem Dämpfungsstromkreis
Fig. 8F gezeigt ist. Der Generator 142 wird einge- 152 werden an einen Eingang eines Sicherheitsrelais
blendet, um die Erzeugung eines Sägezahnsignals zu und eines ein Fehlersignal erzeugenden Netzes 154
beginnen, wenn der Flip-Flop 140 durch das Signal 6g angelegt, dessen anderer Eingang mit einem Bezugsvon
dem Verstärker 104" eingestellt wird. Der Ge- detonationssignalerzeuger 156 gekoppelt ist. Der Benerator
142 fährt in der Erzeugung des Sägezahn- zugsdetonationssignalerzeuger 156 schafft ein Signal,
signals fort, bis der Flip-Flop 140 durch das Signal das für eine Standarddetonationsgröße oder eine
Standarddetonationszeit, bei der die Detonation der Prüfmaschine gehalten werden soll, kennzeich-
I nend ist.
Die Signale von dem Generator 156 und dem
I Dämpfungskreis 152 werden in dem Sicherheitsrelais
und dem ein Fehlersignal erzeugenden Netz 154 verglichen, das ein Ausgangsfehlersignal erzeugt, das für
den Unterschied zwischen den beiden Eingangs-
I Signalen kennzeichnend ist.
Das Netz 154 steht jedoch unter der Steuerung
I von Signalen aus einem Relaisantriebsorgan 158, das wiederum durch Ausgangssignale von einem Flip-Flop
160 gesteuert wird. Einmal während jedes Maschinenkreislaufes wird der Flip-Flop 160 durch Signale
von dem Rechteckwellenverstärker 104 eingestellt. Während des gleichen Maschinenkreislaufes
wird der Flip-Flop 160 durch Signale von einem Rechteckwellenverstärker 162 rückgestellt, der ein
Rechteckwellenausgangssignal aus einem von dem Nachfolgeglied 92 nach Verstärkung in einem Ver-
I stärker 164 empfangenen Eingangssignal erzeugt.
Wie zu ersehen ist, wird der Flip-Flop 160 rückgestellt, wenn ein Signal von dem Druckaufnehmer 90
empfangen wird.
Die Zeitkonstante des Relaisantriebsorgans 158 ist
so eingerichtet, daß, wenn der Flip-Flop 160 zuerst eingestellt und dann in dem gleichen Maschinenkreislauf
unmittelbar rückgestellt wird, das Organ 158 nicht betätigt wird. Wenn jedoch der Flip-Flop
160 eingestellt und dann nicht sofort rückgestellt wird, was der Fall ist, wenn in einem Maschinenkreislauf
keine Detonation auftritt, wird das Relaisantriebsorgan 158 betätigt und hierdurch ein Steuersignal
an das Sicherheitsrelais und das ein Fehlersignal erzeugende Netz 154 geschaffen. In Ansprechen
auf dieses Steuersignal wird das Ausgangsfehlersignal automatisch auf Null zurückgeführt. In
dieser Weise erhält der Servomotor 30 gemäß F i g. 1 kein Eingangssignal, wodurch ein Antrieb der Regeleinrichtung
32 in eine extreme Stellung vermieden wird, wenn kein Detonationssignal in einem Maschinenkreislauf
empfangen wird.
Es ist zu beachten, daß Ventilgeräuschsignale die Arbeitsweise des Stromkreises gemäß Fig. 5 nicht
beeinflussen, da solche Signale verhältnismäßig spät in einem Maschinenkreislauf auftreten und nicht dahingehend
wirken können, eine Betätigung des Relaisantriebsorgans 158 zu verhindern, wenn kein
Detonationssignal empfangen wird, selbst wenn sie dazu dienen, den Flip-Flop 160 rückzustellen. Weiterhin
kann der Stromkreis auch dazu dienen, Schutz zu schaffen in dem Fall, daß bei der Prüfung von
Dieselkraftstoffen in irgendeinem Masrihinenkreislauf keine Zündung eintritt.
F i g. 9 zeigt ein typisches »Nicht-Null«-System gemaß
der Erfindung zur Bestimmung des Kraftstoffdetonationswertes, bei dem das System automatisch
arbeitet, um die Betriebsbedingungen der Prüfmaschine so zu regulieren, daß während eines bestimmten
festen Intervalls in jedem vollständigen Maschinenkreislauf Klopfen auftritt. In dieser Ausführungsform
erhält die Prüfmaschine 20 vom oben angegebenen Typ mit Funkenzündung Prüfkraftstoff
von einer Kraftstoffleitung 166. Ein mit der Prüfmaschine 20 gekoppelter Bezugsimpulsgenerator 168
erzeugt einmal während jedes vollständigen Maschinenkreislaufs einen Bezugsimpuls. Bezugsimpulse von
dem Generator 168 werden an einen Dämpfer 170 angelegt, dessen Ausgang mit einem Schmitt-Trigger
172 gekoppelt ist, der im wesentlichen Rechteckausgangsimpulse erzeugt. Die Impulse von dem Auslöserkreis
172 werden an einen Verstärker und Wechselrichter 174 angelegt, dessen Ausgangssignale
einen bistabilen Flip-Flop 176 auslösen.
Der Ausgang des bistabilen Flip-Flop 176, der eines von zwei verschiedenen Signalen schafft, ist
durch einen Gleichstromenergieverstärker 178 mit einem Motorrichtungsrelais 180 gekoppelt. Das
Relais 180, das Energie von einem Energie- und Schaltnetz 182 erhält, steuert den Servomotor 30,
der mit der Prüfmaschine 20 gekuppelt ist. Wie mit Bezug auf Fig. 12 erläutert, kann der Servomotor
30 so arbeiten, daß er die Zylinderkopfstellung, d. h. das Kompressionsverhältnis der Prüfmaschine 20,
verändert.
Wenn der bistabile Flip-Flop 176 durch das Bezugssignal von dem Verstärker und Wechselrichter
174 getriggert wird, um eines seiner beiden stabilen Signale, hier als »erstes Klopfänderungssignak bezeichnet,
zu erzeugen, wird das Motorrichtungsrelais 180 mit Energie versorgt, um den Servomotor 30 zu
einer Bewegung zu veranlassen und hierdurch das Kompressionsverhältnis in der Prüfmaschine 20 zu
ändern. Als Beispiel sei angenommen, daß der Bezugsimpulsgenerator 168 ein Bezugssignal liefert, das
einmal während jedes vollständigen Maschinenkreislaufes bei 13° vor der oberen Totpunktlage des Kolbens
56 gemäß Fig. 12 auftritt. Weiterhin sei angenommen, daß das von dem Flip-Flop 176 im Ansprechen
auf das Bezugssignal erzeugte erste Klopfänderungssignal den Servomotor 30 zu einer Erhöhung
des Kompressionsverhältnisses veranlaßt. Eine solche Erhöhung bewirkt, daß ein Klopfen in dem
Prüfkraftstoff in einem gegebenen Maschinenkreislauf zu einem früheren Zeitpunkt eintritt.
Ein Klopfen in der Prüfmaschine 20 wird durch eine Klopfaufnahme- und Verstärkungssteuereinrichtung
184 festgestellt. Diese Einrichtung kann beispielsweise eine der beiden in den F i g. 2 und 3 gezeigten
Stromkreise umfassen. Signale aus der Klopfaufnahme- und Verstärkungssteuereinrichtung 184
triggern einen Schmitt-Triggerstromkreis 186, der verhältnismäßig rechteckige Impulse zu einem Verstärker-
und Wechselrichter 188 überträgt, dessen Ausgang an ein Tor 190 angelegt wird. Das Tor 190
wird durch Signale von einem Bezugssignalgenerator 192 gesteuert, der mit der Prüfmaschine 20 gekoppelt
ist und der ein Signal während eines vorherbestimmten Intervalls in jedem vollständigen Maschinenkreislauf
schafft. Beispielsweise kann der Generator 192 ein Signal an das Tor 190 liefern, so daß
das Tor für ein Intervall geöffnet ist, das 10° vor der oberen Totpunktstellung des Kolbens 56 gemäß
Fig. 12 beginnt und endet, wenn der Kolben eine Stellung 5° nach dem oberen Totpunkt erreicht.
Demgemäß gehen Klopfsignale von dem Verstärker und Wechselrichter 188 nur während des 15°-
Intervalls durch das Tor 190, wenn der Kolben 56 sich zwischen 10° vor dem oberen Totpunkt und 5°
nach dem oberen Totpunkt befindet. Wenn ein Klopfsignal während eines solchen Intervalls auftritt, triggert
es den bistabilen Flip-Flop 176, um das andere seiner beiden stabilen Signale zu schaffen, welches
hier als ein »zweites Klopfänderungssignal« bezeichnet ist. Dieses zweite Klopfänderungssignal geht
durch den Energieverstärker 178 und betätigt das
Betriebsbereiches befindet. In dieser Weise kann der Detonationswert des Prüfkraftstoffes kontinuierlich
angezeigt und immer dann ein Warnsignal gegeben werden, wenn der Wert zu niedrig oder zu
hoch ist.
Zweckmäßig sollte jede Prüfmaschine für Eichungszwecke periodisch mit einem Testkraftstoff von bekanntem
Verbrennungswert gefahren werden. Unter beispielsweiser Bezugnahme auf F i g. 9 kann hierzu
i Eih di
Motorrichtungsrelais 180 zur Änderung der Bewegungsrichtung
des Servomotors 30. In dieser Weise und in dem gewählten Beispiel wird der Zylinderkopf
40 der Prüfmaschine 20 zu einer Verringerung des Kompressionsverhältnisses der Maschine bewegt,
wodurch veranlaßt wird, daß das Klopfen in einem Maschinenkreislauf später eintritt.
Wie zu ersehen ist, treten Signale von dem Bezugs-
impulsgenerator 168 während jedes Maschinenkreis- p g g laufs bei 13° vor der oberen Totpunktstellung des io ein zur Eichung dienender Testkraftstoff einem Zwei-Kolbens
56 auf und veranlassen eine Erhöhung des wegeventil 200 zugeführt werden, das auch mit dem
Kompressionsverhältnisses der Prüfmaschine. Wenn Prüfkraftstoff von der Brennstoffleitung 166 gespeist
kein Klopfsignal durch das Tor 190 während des wird. Das Ventil wird von einer Stelleinrichtung 202
Intervalls, das 10° vor dem oberen Totpunkt beginnt gesteuert, die periodisch durch einen Zeitgeber 204
und 5° nach dem oberen Totpunkt endet, empfangen 15 mit Energie versorgt werden kann. Der Zeitgeber 204
wird, nimmt das Kompressionsverhältnis während kann so ausgebildet sein, daß das Ventil 200 beides
Restes des Maschinenkreislaufes weiter zu. Wenn spielsweise in stündlichen Intervallen betätigt wird,
andererseits ein Klopfsignal während des oben- um den Fluß von Prüfkraftstoff zur Maschine 20 zu
genannten Intervalls festgestellt wird, veranlaßt der unterbrechen und der Maschine EichkraftstofE wäh-Servomotor
30 eine Verringerung des Kompressions- 20 rend einer hinreichend langen Zeit zuzuführen, um
Verhältnisses während des Restes des Maschinen- Ablesungen auf dem Aufzeichner 196 zu schaffen,
kreislaufes. die für die mit dem Eichkraftstoff erzeugte Zylinderin dieser Weise nimmt, das Kompressionsverhältnis kopf verschiebung kennzeichnend sind. Wenn aufeinin
der Prüfmaschine 20 infolge der vorstehend be- anderfolgende Ablesungen für den Eichkraftstoff im
schriebenen Wirkung kontinuierlich zu und ab, da- 25 wesentlichen gleich sind, weiß der Bedienungsmann,
bei sucht der Zylinderkopf 40 eine derartige Stellung daß die Eichung der Ausrüstung sich nicht geändert
einzunehmen, daß 52,5% der Klopfzeit vor der hat.
5°-StelIung nach der oberen Totpunktstellung des Im Betrieb kann die in F i g. 9 gezeigte Ausführung
Kolbens 56 und 47,5% der Klopfzeit nach der 5°- beispielsweise zunächst geeicht werden, in dem die
Stellung nach der oberen Totpunktstellung liegen. 30 Maschine 20 mit verschiedenen EichkraftstofEen be-Diese
ungleichmäßige Verteilung tritt ein, da das kannter Detonationswerte, die den Detonationswert
Signal von dem Bezugsimpulsgenerator 168 das erste des Prüfkraftstoffes einklammern und sich nur wenig
Signal während jedes Maschinenkreislaufs ist und be- davon unterscheiden, gefahren wird und die Abnutzt
wird, um das Kompressionsverhältnis der Prüf- lesungen auf dem Aufzeichner 196 beobachtet oder
maschine 20 zu erhöhen. Obgleich sich der Servo- 35 notiert werden. Die Maschine 20 wird dann mit dem
motor 30 konstant bewegt, bewegt sich der Maschi- Prüfkraftstoff gefahren und der Detonationswert des
nenzylinderkopf 40 langsam, und es ist genügend
Spiel in dem Getriebe 46 vorhanden, so daß die
Zylinderkopfbewegung vernachlässigbar ist, wenn ein
Klopfsignal bei jedem weiteren vollständigen Maschi- 40
nenkreislauf durch das Tor 190 geht. Daher hindert
die ungleiche Verteilung den Zylinderkopf 40 nicht
daran, eine stabile Stellung zu erreichen.
Spiel in dem Getriebe 46 vorhanden, so daß die
Zylinderkopfbewegung vernachlässigbar ist, wenn ein
Klopfsignal bei jedem weiteren vollständigen Maschi- 40
nenkreislauf durch das Tor 190 geht. Daher hindert
die ungleiche Verteilung den Zylinderkopf 40 nicht
daran, eine stabile Stellung zu erreichen.
Ein die Zylinderkopfstellung kennzeichnender g Übertrager 194, der beispielsweise der gleiche wie der 45 folgenden Eichablesungen kann jegliche Änderung
Übertrager 60 gemäß Fig. 12 sein kann, erzeugt ein der Eichung rasch festgestellt werden, worauf nachSignal,
das für das von dem Servomotor 30 in der geeicht wird oder eine andere geeignete Korrektur-Maschine
20 hervorgerufene Kompressionsverhältnis handlung vorgenommen werden kann. Im Fall, daß
kennzeichnend ist. Dieses Signal wird an einen Auf- der Detonationswert des Prüfkraftstoffes entweder
zeichner 196 angelegt, der Änderungen der Stellung 50 größer oder kleiner als der spezifizierte Wert wird,
des Zylinderkopfes 40, d. h. Änderungen des Korn- tritt der Signalarm 198 in Tätigkeit und gibt eine sopressionsverhältsnisses,
aufzeichnet. Die aufgezeich- fortige Warnung an den Bedienungsmann, daß Beneten Stellungen können gemittelt werden, um eine dingungen in der den Prüfkraftstoff liefernden Anmittlere
Ablesung zu erzeugen, die dann mit ahn- lage geändert werden sollten, um den Detonalichen
Ablesungen verglichen werden kann, welche 55 tionswert in den vorgeschriebenen Bereich zu brin-
letzteren wird durch Interpolation unter Benutzung der vorausgehend bestimmten Ablesungen für den
Eichkraftstoff bestimmt.
Die Ausführung wird weiter ohne Änderung mit dem Prüfkraftstoff gefahren, abgesehen von den
stündlichen Eichungen, die mit einem der bei der anfänglichen Eichung verwendeten Eichkraftstoffen gemacht
werden. Durch Beobachtung der aufeinander-
für Bezugskraftstoffe bekannter Detonationswerte erhalten wurden. Wenn die Detonationswerte des Bezugskraftstoffes
nur wenig von dem Detonationswert des Prüfkraftstoffes abweichen und letztere einklam-
Fig. 10 zeigt eine Ausführung, die der Ausführung
der F i g. 9 ähnlich ist, jedoch geeignete Ab-Wandlungen aufweist, um das Klopfen des Prüfkraft-
mern, ist ersichtlich, daß" der Detonationswert des 60 stoffes in der Prüfmaschine auf einer vorherbestimm-
Prüfkraftstoffes leicht durch Interpolation bestimmt werden kann.
Signale von dem Übertrager 194 werden auch an ein herkömmliches Alarmsignalsystem 198 angelegt,
i
ten Größe zu halten. In Fig. 10 sind die gleichen
Bezugszeichen wie in F i g. 9 verwendet worden, um gleiche Bestandteile zu bezeichnen. Wie zu ersehen
ist, sind der Bezugssignalgenerator 192 und das Tor
l i Vih
gy gg, g
das dazu ausgebildet ist, immer dann ein sichtbares 65 190 gemäß F i g. 9 fortgelassen und eine Vergleichsoder hörbares Signal zu liefern, wenn z. B. der einrichtung 206 zugefügt worden.
Zylinderkopf 40 eine vorherbestimmte Stellung über- Gemäß F i g. 10 erhält die Vergleichseinrichtung
schreitet oder sich außerhalb eines bestimmten 206 ein Klopfsignal von der Klopfaufnahme- und
Verstärkungssteuerung 184, und sie vergleicht das Signal mit einem Bezugssignal, das an eine mit der
Vergleichseinrichtung 206 gekoppelte Klemme 208 gelegt wird. Dieses Bezugssignal ist für eine Standardklopfintensität
kennzeichnend, auf der das Klopfen in der Maschine gehalten werden soll. Der Komparator
206 gibt ein Signal ab, um den Schmitt-Triggerkreis 186 auszulösen, wenn das von dem Aufnehmer
184 empfangene Klopfsignal größer als das an die Klemme 208 angelegte Bezugssignal ist. Wenn das
der Fall ist, lösen der Schmitt-Triggerkreis 186 und dessen zugeordneter Verstärker und Wechselrichter
188 den bistabilen Flip-Flop 176 aus, um das zweite Klopfänderungssignal zu erzeugen.
Wie oben beschrieben wurde, steuert das zweite Klopfänderungssignal das Motorrichtungsrelais 180
so, daß das Kompressionsverhältnis in der Prüfmaschine 20 verringert wird. Dies verringert die Intensität
des Klopfens des Kraftstoffes in der Maschine. Wie ebenfalls weiter oben erläutert wurde,
werden jedoch periodische Signale von dem Bezugsimpulsgenerator 168 benutzt, um den bistabilen Flip-Flop
176 zu triggern und während jedes Maschinenkreislaufes das erste Klopfänderungssignal zu erzeugen,
das das Kompressionsverhältnis erhöht und die Klopfintensität erniedrigt.
Infolge der vorausgehend beschriebenen Wirkung nimmt das Klopfen eine beständige Größe an, die im
wesentlichen der Größe des an die Klemme 208 des Komparators 206 angelegten Bezugssignal gleich ist.
Wie die Ausführung gemäß F i g. 9 ist die Ausführung gemäß Fig. 10 ein »Nicht-Null«-System, d. h.,
daß sich der Servomotor 30 kontinuierlich in der einen oder der anderen Richtung dreht. Infolge von
Spiel in dem Getriebe zwischen dem Motor 30 und der Prüfmaschine 20 erreicht jedoch der Zylinderkopf
40 der Maschine 20 eine stabile Stellung, um eine verhältnismäßig konstante Klopfgröße in der
Maschine 20 zu erzeugen.
Die verhältnismäßig feste Zylinderkopfstellung, die von der Prüfmaschine 20 zur Erreichung eines Klopfsignals
konstanter Größe eingenommen wird, wird mittels des die Zylinderkopfstellung anzeigenden
Übertragers 194 in ein Signal übersetzt, das wie bei der in F i g. 9 gezeigten Ausführung an den Aufzeichner
196 und an die Signaleinrichtung 198 angelegt wird.
Die Fig. 11 zeigt eine Ausführung ähnlich der Ausführung der Fig. 9, die zur Bestimmung der
Cetanzahl eines Kraftstoffes für Maschinen mit Kompressionszündung benutzt wird. In der Figur sind für
ähnliche Bauteile ähnliche Bezugszeichen wie in F i g. 9 benutzt.
Gemäß Fig. 11 erhält eine Prüfmaschine 20', z. B.
die Standard-ASTM-CFR-Prüfmaschine mit Kompressionszündung, aus einer Kraftstoffleitung 166'
durch ein Ventil 200' einen Kraftstoff für Kompressionszündmaschinen. Signale, die für den Verbrennungsprozeß
des Kraftstoffes in der Maschine und insbesondere für die Zündung des Kraftstoffes kennzeichnend
sind, werden von einer Verbrennungsaufnahme- und Verstärkungssteuerung 184' erzeugt.
Diese Signale werden an einen Schmitt-Trigger 186' angelegt, der einen verhältnismäßig rechteckigen Impuls
erzeugt, welcher zeitlich der Zündung des Kraftstoffs in der Prüfmaschine 20' entspricht. Dieser Impuls
wird an einen Verstärker und Wechselrichter 188' und von da an ein Tor 190' angelegt.
Das Tor 190' wird durch ein Signal von einem Bezugssignalgenerator
192' gesteuert, der mit der Prüfmaschine 20' gekoppelt ist und der während eines
vorherbestimmten Intervalls in jedem vollständigen Maschinenkreislauf ein Signal liefert. Beispielsweise
schafft der Generator 192' ein Signal zu dem Tor 190', so daß das Tor während eines Zeitraumes geöffnet
ist, das 10° vor oberer Totpunktstellung des Kolbens der Prüfmaschine 20' beginnt und endet,
ίο wenn der Kolben die obere Totpunktstellung erreicht.
So gehen Zündsignale von dem Verstärker und Wechselrichter 188' durch das Tor 190' nur
dann, wenn sie während dieses 10°-Intervalls auftreten. Das Tor 190' ist so eingestellt, daß es bei der
oberen Totpunktstellung des Kolbens schließt, an Stelle von 5° nach dem oberen Totpunkt wie im Fall
der Oktanmaschine gemäß F i g. 9, da die ASTM-Prüfmethode für Dieselkraftstoffe verlangt, daß bei
dieser oberen Totpunktstellung Zündung eintritt.
Ein Bezugssignal wird durch einen Bezugsimpulsgenerator 168 einmal während jedes Maschinenkreislaufes
erzeugt, beispielsweise bei 13° vor der oberen Totpunktstellung des Kolbens der Prüfmaschine 20'.
Dieses Signal wird wie bei der Ausführung gemäß F i g. 9 benutzt, um einen bistabilen Flip-Flop 176'
zu triggern und ein erstes Zündänderungssignal zu erzeugen. In ähnlicher Weise triggern Zündsignale,
die während des obigen 10°-Intervalls durch das Tor 190' gehen, den bistabilen Flip-Flop 176', um ein
zweites Zündänderungssignal zu erzeugen. Diese Zündänderungssignale werden durch einen Gleichstromenergieverstärker
178' zur Betätigung eines Motorrichtungsrelais 180' angelegt, das einen Servomotor
30' zur Anpassung des Kompressionsverhältnisses steuert, um das Kompressionsverhältnis der
Prüfmaschine 20' zu erhöhen bzw. zu erniedrigen. Die besonderen Einzelheiten des Servomotors 30'
zur Anpassung des Kompressionsverhältnisses und dessen Kopplung mit der Prüfmaschine 20' sind hier
nicht gezeigt, sie sind jedoch der in Fig. 12 gezeigten
Anordnung ähnlich, mit der Ausnahme, daß der Servomotor 30' das Kompressionsverhältnis
in der Standard-ASTM-CFR-Cetanzahl-Maschine durch axiale Bewegung eines Kolbenstopfens in der
Brennkammer ändert.
In dieser Weise wird das Kompressionsverhältnis der Prüfmaschine 20' kontinuierlich erhöht und erniedrigt,
ähnlich wie bei der Ausführung gemäß Fig. 9, so daß 52,5% der Zündzeit vor der oberen
Totpunktstellung des Kolbens in der Prüfmaschine und 47,5% der Zündzeit nach der oberen Totpunktstellung
liegen. Obwohl diese ungleiche Verteilung vorliegt, erreicht das Kompressionsverhältnis in der
Prüfmaschine infolge von Spiel in der Kupplung zwisehen dem Servomotor 30' zur Anpassung des Kompressionsverhältnisses
und der Prüfmaschine 20' einen beständigen Wert.
Das verhältnismäßig feste Kompressionsverhältnis der Prüfmaschine 20 für den besonderen in der
Prüfung befindlichen Kraftstoff wird durch einen Kompressionsverhältnisübertrager 194' in ein Signal
übersetzt, das an einen Kompressionsverhältnisaufzeichner 196' und eine Alarmsignaleinrichtung 198'
angelegt wird. Daten in dem Aufzeichner 196' für den Prüfkraftstoff werden mit ähnlich aufgezeichneten
Daten für Bezugskraftstoffe verglichen, und die Cetanzahl wird hierdurch bestimmt. Die Alarmsignaleinrichtung
198' liefert natürlich ein Alarm-
809 560/211
signal, wenn die Cetanzahl des Prüfkraftstoffes, wie sie durch das Kompressionsverhältnis in der Prüfmaschine
20' dargestellt ist, um mehr als einen vorherbestimmten Betrag von einem vorher festgesetzten
Vergleichswert abweicht.
Bekanntlich ist bei Prüfungen des Kraftstoffdetonationswertes, die mittels einer Funkenzündungsmaschine
der oben beschriebenen Art gemacht werden, wichtig, daß das Kraftstoff-Luft-Verhältnis auf
einem vorherbestimmten Optimalwert gehalten wird. Der Optimalwert ist für Kraftstoffe von verschiedenem
spezifischem Gewicht nicht konstant, sondern hängt von dem Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis
des Kraftstoffes ab. Benzine von kleinem spezifischem Gewicht haben einen höheren Wasserstoffgehalt und
erfordern eine größere Menge Luft für ihre vollständige Verbrennung. Kraftstoffe, die einen Prozentsatz
an Alkohol erhalten, der einigen Sauerstoff im Molekül aufweist, erfordern auch weniger Luft als reine
Kohlenwasserstoffe des gleichen spezifischen Gewichtes. Es ist daher wünschenswert, für eine automatische
Anpassung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses an den Optimalwert zu sorgen. Dies kann durch den
in Fig. 13 gezeigten Fallspiegelvergaser erfolgen.
Gemäß Fig. 13 umfaßt solch ein Vergaser210
eine Schwimmerkammer 212, in deren Innerem ein Schwimmer 214 angeordnet ist. Ein Arm 216, der
frei um einen Drehzapfen 218 schwenkt, ist an dem Schwimmer 214 befestigt. Eine Nadel 220, die einen
Teil einer Nadelventilanordnung 222 bildet, ruht auf dem Arm 216. Wenn der Schwimmer 214 in einer
unteren Stellung ist, öffnet die Nadel 220 das Ventil 222 und Kraftstoff kann durch einen Einlaßkanal 224
in die Schwimmerkammer 212 eintreten. Wenn der Schwimmer 214 jedoch in seiner oberen Stellung ist,
schließt die Nadel 220 das Ventil 222, und es kann kein Kraftstoff in die Schwimmerkammer 212 eintreten.
Ein Solenoid 226 ist auf einer Platte 228 in der Schwimmerkammer 212 montiert und hat ein Polstück
230, das an dem Schwimmer 214 angelötet oder in irgendeiner anderen ähnlichen Weise befestigt ist.
Das Solenoid ist mittels eines Leitungspaares 232 elektrisch mit einem Zeitgeber 234 verbunden, der
dem Solenoid zur Betätigung des Polstückes 230 Energie zuführt. Wenn dem Solenoid 226 Energie zugeführt
wird, wird das Polstück 230 in eine obere Stellung gezogen, hierbei zieht es den Schwimmer
214 nach und schließt das Ventil 222, so daß kein Kraftstoff in die Schwimmerkammer 212 eintreten
kann. Wenn jedoch das Solenoid unter der Wirkung des Zeitgebers 234 energieentlastet wird, geht das
Polstück 230 in eine tiefliegende Stellung herunter, wodurch das Ventil 222 geöffnet und ein Eintritt von
Kraftstoff in die Kraftstoffkammer 212 gestattet wird.
Die Tätigkeit des Zeitgebers 234 ist periodisch und kann beispielsweise einen Ein-Minuten-Zeitgabekreislauf
aufweisen, genauer dargelegt kann der Zeitgeber das Solenoid 226 55 Sekunden lang mit Energie
versorgen, was den Kraftstoff an einem Eintritt in die Kammer 212 hindert und dem Kraftstoff innerhalb
der Kammer gestattet, auf einen tieferen Spiegel abzusinken, als der Kraftstoff in der Prüfmaschine
benutzt wird. Der Zeitgeber nimmt dann 5 Sekunden lang die Energie vom Solenoid weg, hierdurch wird
. dem Kraftstoff gestattet, in die Kammer 212 einzutreten und einen vorherbestimmten oberen Spiegel
anzunehmen. Danach versorgt der Zeitgeber das Solenoid 226 wieder mit Energie, und der Kreislauf
wiederholt sich.
Der obere und der untere Kraftstoffspiegel werden so gewählt, daß sie einen Bereich begrenzen, der gute
Verbrennung schafft und der den Kraftstoffspiegel einschließt, welcher dem optimalen Kraftstoff-Luft-Verhältnis
für irgendeine gegebene Betriebsweise der Maschine entspricht. Weiterhin wird der Zeitgabekreislauf,
der in dem Beispiel als eine Minute gewählt wurde, hinreichend langsam gemacht, und die.
Änderung des Kraftstoffspiegels wird klein genug gemacht, um die Arbeitsweise der Prüfmaschine nicht
nachteilig zu beeinflussen und eine klare Anzeige der Verbrennungsqualität des in der Prüfung befindlichen
Kraftstoffes bei dem optimalen Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu schaffen.
Fig. 14 ist eine Kurve, die die Zylinderkopfstellung
gegen die Zeit für eine Prüfmaschine mit einem veränderbar angeordneten Kopf und Anwendung
des Fallspiegelvergasers 210 gemäß F i g. 13 zeigt. In der Figur, die viel kleiner als im vollen Maßstab
gezeigt ist, sind die Punkte optimalen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses durch die Spitzen der Kurven angezeigt.
Diese können, wenn gewünscht, leicht gemittelt werden, um eine mittlere Zylinderkopfstellung
für das optimale Kraftstoff-Luft-Verhältnis während einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Kreisläufen
des Zeitgebers 234 zu bestimmen. Es sollte jedoch beachtet werden, daß durch geeignete Anpassung des
Zeitgabekreislaufes und Änderung des Kraftstoffspiegels die Prüfmaschine für eine verhältnismäßig
lange Zeitspanne bei einer optimalen Höhe des Brennstoff-Luft-Verhältnisses betrieben werden kann.
Verbrennungsdaten für diese Höhe können analysiert werden, um Informationen bezüglich der Verbrennungsqualität
des in der Prüfung befindlichen Kraftstoffes zu schaffen.
Die verschiedenen Ausführungsformen von automatisierten Maschinensystemen, die oben beschrieben
worden sind, gestatten eine viel raschere und genauere Bestimmung der Verbrennungsqualität eines Prüfkraftstoffes,
als das bisher möglich war. Solche Maschinensysteme können beispielsweise direkt an einen
Kraftstoffstrom in einem Raffineriebetrieb gekoppelt und benutzt werden, um von dem Kraftstoff kontinuierlich
Proben zu nehmen und seine Verbrennungsqualität zu bestimmen. Demzufolge können die
Kosten der Erzeugung von Kraftstoff von festgelegter
Qualität beträchtlich gesenkt werden.
Wenngleich in den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen das Kompressionsverhältnis der
Prüfmaschine variiert wird, um den Verbrennungsprozeß des Prüfkraftstoffes zu ändern, können auch
andere Elemente in der Maschine geändert werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen. Beispielsweise
kann die Zündzeiteinstellung geändert oder die Temperatur in dem Wassermantel 45, der die Brennkammer
54 der Prüfmaschine umgibt (F i g. 12), variiert werden. Weiterhin können die Lufteinlaßtemperatur
als auch das Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert werden.
Es sind mehrere verschiedene Ausführungsformen von Vorrichtungen für die Erzeugung von Detonationssignalen
beschrieben worden, welche entweder für die Größe der Detonation oder für die Zeit des
Eintritts von Detonation in einem Maschinenkreislauf kennzeichnend sind. Es ist zu beachten, daß Abwandlungen
der dargestellten Kreise vorgenommen
werden können, die trotzdem in dem Rahmen der Erfindung liegen. Beispielsweise erzeugt jeder der in
den F i g. 2 bis 4 dargestellten Kreise ein Signal, dessen Größe für irgendeinen besonderen Gesichtspunkt
der Detonation anzeigend ist. Solche Kreise können auch die Phase oder Frequenz eines besonderen
Signals benutzen, um solch eine Anzeige zu schaffen. Weiterhin sind Merkmale besonderer Systeme vorhanden,
die in anderen Systemen Anwendung finden können. So können beispielsweise in dem »Nulltyp«-
System benutze Methoden direkte Anwendung in den Systemen vom »Nicht-Nulk-Typ finden. Als ein Beispiel
ist bereits angegeben worden, daß einer der Klopffeststellungskreise der F i g. 2 und 3 als die
Klopf aufnahme und Gewinnkontrolle 184 der F i g. 9 und 10 benutzt werden kann.
Claims (23)
1. Vorrichtung zur Bestimmung des Verbrennungswertes eines Kraftstoffes, z. B. der Oktan-
oder der Cetanzahl, mit einer durch den Kraftstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschine und
mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Verbrennungsprozeß-Wahrnehmungsmitteln zum
Feststellen von Abweichungen des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine von einem festgelegten
Bezugszustand, z. B. einer vorbestimmten Klopf stärke oder Zeitverzögerung, gekennzeichnet
durch eine von den Wahrnehmungsmitteln (90 bzw. 90' bzw. 90" bzw. 184 bzw. 184') gesteuerte automatische Betätigungseinrichtung
(26, 124 bzw. 132 bzw. 146 bzw. 180 bzw. 180') für eine mit der Verbrennungskraftmaschine
(20) verbundene Antriebseinrichtung (30) für die Einregulierung eines Kennwertes der
Verbrennungskraftmaschine zur Aufrechterhaltung des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine
im wesentlichen bei dem festgelegten Bezugszustand.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrnehmungsmittel (90"
bzw. 184 bzw. 184') und die Antriebseinrichtung (30) für den Kennwert Detonation als Funktion
der Zeit ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrnehmungsmittel (90
bzw. 90' bzw. 90" bzw. 184 bzw. 184') und die Antriebseinrichtung (30) für den Kennwert Detonation
als Funktion der Stellung der Teile der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrnehmungsmittel (90
bzw. 90' bzw. 184) und die Antriebseinrichtung (30) für den Kennwert Größe der Detonation als
Funktion des Kompressionsverhältnisses ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung
(30) einen linearen Servomotor, z. B. einen durch Mediumdruck betriebenen Arbeitszylinder
oder ein Solenoid, umfaßt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische
Betätigungseinrichtung einen auf eine Abweichung des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine
von dem festgelegten Betriebszustand ansprechenden Signalerzeuger (26) aufweist, der
über die Antriebseinrichtung (30) mit einer einen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine,
beispielsweise das Kompressionsverhältnis, einregelnden Einrichtung (32) gekoppelt ist, die
ihrerseits mit einer die vorgenommene Einregulierung anzeigenden Einrichtung (60, 80, 82, 84,
88) gekoppelt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprozeß-Wahrnehmungsmtitel
(90) als Einrichtung zur Erzeugung eines Signals ausgebildet sind, das den Verbrennungsprozeß des Kraftstoffes
in der Verbrennungskraftmaschine anzeigt und eine Komponente niedriger Frequenz und
beim Auftreten einer Detonation eine Komponente hoher Frequenz enthält, die Niederfrequenzkomponente
eine Spitzenamplitude aufweist, die beim Auftreten einer Detonation eine Funktion der Stärke der Detonation ist, die Hochfrequenzkomponente
zu einer Zeit auftritt, die eine Funktion der Zeit des Auftretens einer Detonation
ist, der Steuersignalerzeuger (26) einen Filterstromkreis (92, 94, 96) zum Filtern des Verbrennungsprozeßsignals,
um ein die Niederfrequenzkomponente enthaltendes tiefpaßgefiltertes Signal und ein die Hochfrequenzkomponente
enthaltendes hochpaßgefiltertes Signal zu erzeugen, und Toreinrichtungen (102, 100, 112) aufweist,
die auf das hochpaßgefilterte Signal ansprechen, um den Vorgang der Torsteuerung des
tiefpaßgefilterten Signals durchzuführen, wenn Detonation auftritt, um als Ausgang ein Signal
durchzulassen, das dem tiefpaßgefilterten Signal entspricht, wobei ein Teil entfernt ist, der zeitlich
mit dem hochpaßgefilterten Signal zusammenfällt und daher eine Funktion der Stärke der Detonation
ist, und das eine Spitzenamplitude aufweist, die unabhängig davon, ob eine Detonation auftritt
oder nicht, von der Stärke der Detonation unabhängig ist und bei NichtVorhandensein einer
Detonation der Spitzenamplitude des Ausgangssignals gleich ist (F i g. 2).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Stromkreis (116, 118), welcher
die Spitzenamplitude des Ausgangssignals von der Spitzenamplitude des tiefpaßgefilterten Signals
abzieht, um ein weiteres Ausgangssignal zu erzeugen, einen zweiten Spitzendetektorstromkreis
(120), der während jedes Kreislaufs der Verbrennungskraftmaschine die Spitzenamplitude des
weiteren Ausgangssignal feststellt und durch einen Stromkreis (122), der den zweiten Spitzendetektorstromkreis
(120) während jedes Kreislaufes der Verbrennungskraftmaschine auf einen vorbestimmten Bezugswert zurückstellt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterstromkreis
so ausgebildet ist, daß die Frequenz der Niederfrequenzkomponente niedriger ist als eine erste
vorbestimmte Frequenz und die Frequenz der Hochfrequenzkomponente höher als eine zweite
vorbestimmte Frequenz ist, die höher ist als die erste vorbestimmte Frequenz.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitgeberstromkreis
(102) vorgesehen ist, der während des Teiles eines Kreislaufes der Verbrennungskraftmaschine,
in dem eine Detonation auftreten kann, ein Zeitsignal erzeugt, das die Toreinrichtung
(100) instand setzt, diesen Vorgang während des genannten Teiles des Kreislaufes der Verbrennungskraftmaschine
durchzuführen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I5
3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den Wahrnehmungsmitteln (90') zugeordnete Steuersignalerzeuger
(26) ein Filter (126) aufweist, durch welches das Verbrennungssignal gefiltert wird, um ein gefiltertes Signal durchzulassen, dessen
Komponenten innerhalb eines vorbestimmten ίο Frequenzbereiches liegen, und eine Einrichtung
(130) zum Feststellen der Spitzenamplitude des gefilterten Signals vorgesehen ist (Fig. 3).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Zeitgeberstromkreis (102'),
der einmal während jedes Kreislaufes der Verbrennungskraftmaschine ein Zeitsignal erzeugt,
um die Spitzenamplitudenf eststelleinrichtung (130) zurückzustellen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (126) zum Hindurchlassen eines Signals innerhalb des
Frequenzbereiches von 6250 Hz bis 6750 Hz ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
den Wahrnehmungsmitteln (90") zugeordnete Steuersignalerzeuger (26) ein Filter (134) aufweist,
welches das Verbrennungssignal filtert, um ein hochpaßgefiltertes Signal zu erzeugen, dessen
Komponenten Frequenzen in dem verhältnismäßig hohen Frequenzbereich haben, eine Einrichtung
(102") zum Erzeugen eines Zeitsignals zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in einem
Kreislauf der Verbrennungskraftmaschine, eine Einrichtung (140) zum Erzeugen eines der Zeitdifferenz
zwischen dem Auftreten eines hochpaßgefilterten Signals und dem Auftreten des Zeitsignals
proportionalen Differenzsignals und eine Einrichtung (144) zum Feststellen des Differenzsignals
vorgesehen sind (F i g. 4).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (140) zum
Erzeugen des Differenzsignals einen Flip-Flopoder Schaltstromkreis aufweist, durch den abwechselnd
bei Ansprechen auf das Zeitsignal eine Einstellspannung und bei Ansprechen auf das
hochpaßgefilterte Signal eine Rückstellspannung erzeugt werden, ein Zeitablenkungsgenerator
(142) vorgesehen ist, der auf die Einstellspannung anspricht, um ein Zeitablenksignal einzuleiten,
dessen Spannung sich von einer vorbestimmten Bezugsspannung im wesentlichen linear erhöht
und der auf die Rückstellspannung anspricht, um die Erzeugung des Zeitablenkungssignals zu unterbrechen,
und daß eine Einrichtung (144) vorgesehen ist, welche die Spitzenspannung des Zeitablenkungssignals
feststellt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer-Signalerzeuger
(26) eine bistabile Flip-Flop-Einrichtung (176) aufweist, eine Einrichtung (168,
170, 172,174), welche der Flip-Flop-Einrichtung ein Bezugssignal in zeitlicher Beziehung zum
Kreislauf der Verbrennungskraftmaschine zuführt, um sie in einen ersten stabilen Zustand zu
bringen, und eine die Wahrnehmungsmittel (184) umfassende Einrichtung (186, 188) vorgesehen
sind, die auf eine Detonation vorbestimmter Art in der Verbrennungskraftmaschine anspricht, um
der Flip-Flop-Einrichtung (176) ein Detonationssignal zuzuführen, um sie in einen zweiten stabilen
Zustand zu bringen, und die Antriebseinrichtung (30) auf die Flip-Flop-Einrichtung (176)
in ihrem ersten bzw. zweiten Zustand anspricht, um die Verbrennungsprozeßregeleinrichtung (32)
so zu verstellen, daß das Kompressionsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine vergrößert bzw.
verkleinert wird (Fig. 9).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Toreinrichtung (190, 190'),
die zwischen den Wahrnehmungsmittehi (184, 184') und der Flip-Flop-Einrichtung (176, 176')
angeordnet ist, und durch eine Einrichtung (192, 192'), die in zeitlicher Beziehung zu der Verbrennungskraftmaschine
betätigt wird, um der Toreinrichtung (190, 190') ein Durchlaßsignal zuzuführen
und sie dadurch zu veranlassen, der Flip-Flop-Einrichtung (176, 176') den Ausgang der
Wahrnehmungsmittel (184, 184') nur während eines vorbestimmten Teiles des Kreislaufes der
Verbrennungskraftmaschine zuzuführen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (208) zum Erzeugen
eines eine vorbestimmte Detonationsstärke der Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden
Bezugssignals und eine Einrichtung (206), die auf den Ausgang der Wahrnehmungsmittel (184) und das Bezugssignal gemeinsam anspricht,
um der Flip-Flop-Einrichtung (176) ein Betätigungssignal zuzuführen.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine Einrichtung
(210) zum automatischen Betreiben der Verbrennungskraftmaschine mit einem optimalen Kraftstoffanteil
in dem brennbaren Gemisch.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (234) zum periodischen
Verändern des Kraftstoffanteiles in dem brennbaren Gemisch zwischen zwei Grenzen, die
einen Bereich von Kraftstoffanteilen abgrenzen, welcher einen optimalen Kraftstoffanteil für den
Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (20) einschließt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch einen Stromkreis
(F i g. 5), durch den der Steuersignalerzeuger (26) unwirksam gemacht wird, um die Verbrennungskraftmaschine
(20, 20') bei NichtVorhandensein einer Detonation vorbestimmter Art zu regem.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch eine Signalalarmeinrichtung
(198, 198'), die auf ein vorbestimmtes Maß der Verstellung der Antriebseinrichtung
(30) anspricht.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch eine automatische Umschalteinrichtung
(200) zum periodischen Unterbrechen der Zufuhr des durch die Verbrennungskraftmaschine
zu prüfenden Kraftstoffes und Ersetzen dieses Kraftstoffes durch einen Bezugskraftstoff
mit bekannten Detonationseigenschaften.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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