DE1270838B - Vorrichtung zur Bestimmung des Verbrennungswertes eines Kraftstoffes, z. B. der Oktan- oder Cetanzahl - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLiK DEUTSCHLAND

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

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)

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

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-

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

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,

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

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-

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 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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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.

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

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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-

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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)

Patentansprüche:

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