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Anordnung zur gleichmäßigen La.staufteilung auf mehrere Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur gleichmäßigen Lastaufteilung auf mehrere
BrennIzraftmaschinen.
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Bisher ist es Üblich, die Leistungen mehrerer, z.B. auf
je eine Verstellschraube eines Schiffsantriebes arbeitender Brennkraftmaschinen
mit Hilfe geeigneter Anzeigeinstrumente zu überwachen und die gleichmäßige Lastaufteilung
durch eine entsprechende Handoedienung der Maschinen zu erreichen; vgl. dt. Auslegeschrift
1 085 712.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die entsprechende Bedienung
der verschiedenen Hüschinen von einer einzigen 39dienungsstelle her zu vereinfachen.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst,
U C>
daß die Drehzahl und die FUllung oder das abgegebene Dreh--monient aller
Brennkraftnaschinen auf jeweils gleiche vorgegebene Sollwerte regelbar sind.
Als
Maß für die Füllung ist bei Vergaser-Brennkraftmaschinen die Gashebelstellung und
bei Einspritz-Brennkraftmaschinen die von der Einspritzpumpe je Arbeitstakt
des zugeordneten 1,111aschinenzylinders eingespritzte Kraftstoffmenge verstanden,
die von der Stellung der Einspritzpumpen-Regelstange abhängt. Die jeweilige Stellung
dieser Regelstange kann in üblicher ',`leise mit Hilfe elektromechanischer Wandler,
z.B. mit induktiven Gebern, potetentiometrischen 'Jegmessungen oder Drehmeldesystemen
als elektrisches Signal erfaßt werden, C>
welches den Istwert der Füllung
wJedergibt. Dieser wird mit einem entsprechenden elektrischen Sollwert-Signal verglichen.
Dieses Sollwert-Signal'kann von einem Sollwert-Geber, der sich z.B. auf einer Schiffsbrücke
befinden kann, herrühren. Die Differenz dieser beiden Signale wird dann verstärkt
und steuert einen Stellmotor, der die Einspritzpumpen-Regelstange so lang-o antreibt,
bis sich die beiden Signale gleichen ci und sich somit gegeneinander aufheben.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind jeder Brennkraftmaschine
eine Verstellschraube und ein auf deren Steigung wirkender Drehzahlregler sowie.
ein eigener Füllungs- oder, Drehmomentregler zugeordnet, und die Steigiing jeder
Verstellschraube abhängig von ihrer Drehzahlabweichung sowie die Füllung bzw. das
Drehmoment jeder Maschine abhängig von der
Abweichung ihrer tatsächlichen
Füllung bzw. des wirklich
Maschinen gemeinsamen Sollwert regelbar.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann man aber auch
einer einzigen, FUhrungsmaschine genannten der insbesondere auf einen gemeinsamen
Abtrieb, z.B. eine Schiffsschraube arbeitenden Brennkraftmaschinen einen tauf ihre
Füllung wirkenden Dreilzahlregler und*den Worigen Brennkraftmaschinen jeweils einen
auf ihre Füllung wirkenden Füllungsregler zuordnen und die PUllurZ der übrigen,
Brennkraftmaschinen von der als Sollwert zugefUhrten FUllung der erstgenannten Brennkraftmaschine
her regeln.
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Man ke rin a . ber auch den übrigen. der insbesondere auf einen
gemeinsamen Abtrieb, z.B. eine Schiffsschraube arbeitenden Breunkraftma'schinen
jeweils einen auf ihre Füllung wirkenden Drehmomentregler zuordnen und das von der
in ihrer Füllung über einen Drehzahlregler geregelten FUhrungsmaschine abgegebene
Drehmoment den Reglern der übrigen Brennkraftma3chineti als Sällwert Zufe-ren.
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Wenn die -.--lretinl:iaftmaschinen quf eine gemeinsame Verstellschraube
arbeitent dann kann man die Steigung dieser
Schraube durch einen
Regler auf einen vorgegebenen Sollwert der Drehzahl regeln. Damit ergibt sich die
Möglichkeit, die Leistung bei konstanter Drehzahl durch Vorgabe eines geänderten
Steigungs-Sollwertes oder bei konstanter Steigung durch Änderung des Drehzahl-Sollwertes
zu verändern. Die.Sollwerte- für die verschiedenen Regelgrößen können schließlich
nach einem bestimmten Programm gemeinsam geändert worden. Hierzu können beispielsweise
Schaltwalzen, magnetische Aufzeichnungstrüger oder Lochstreifen dienen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung anhand schematisch gehaltener Schaltbilder
beispielsweise veranschaulicht; es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild einer Gruppe-auf
je eine Verstellschraube arIbeitender und von einer gemeinsamen Bedienungsstelle
her bedienbarer Einspritz-Brennkraftmaschinen; Fig. 2 ein Schaltbild einer Gruppe
auf eine gemeinsame Schraube arbeitender Einspritz-Brennkraftmaschinen, von denen
eine als zu bedienende, drehzahlgeregelte Hauptmaschine geschaltet ist; Fig.
3 ein der Fig. 2 entsprechendes Schaltbild" gemäß dem die Einspritz-Brennkraftiiaschinen
jedoch auf eine gemeinsame Verstellschraube arbeiten.
Gemäß dem
in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist eine Gruppe von Einspritz-Brennkraftmaschinen
vorgesehen, iion denen der Einfachheit halber lediglich drei, nämlich die Maschinen
Bl, B2 und Dn'dargestellt sind. Jede dieser Maschinen arbeitet auf eine Verstellschraube
P. Da die zu jeder Maschine gehörenden Regelkreise und Bauelemente identisch sind,
sind in Fig. 1 nur die der 1-Iaschine Bl zugeordneten Bauelemente bezeicnnet.
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Zur Veränderung der Füllung der Maschine Bl dient ein Stellglied
S2, das von einem Stellmotor M2 her antreibbar ist. Die jeweilige Stellung
des Stellgliedes S2 wird mit Hilfe eines alektromechanischen Wandlers
G2 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die Größe dieses Signals und damit
die Stellung des Stellgliedes S2 kann an einem Anzeigeinstrument
A2 abgelesen werden.
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Die Ausgangsgröße des Wandlers G2 wird einem Regelverstärker
V2 zugeführt, dem zugleich eine von einem Geber X2 ausgehende elektrische Größe
zugefUhrt wird, die als-Sollwert fUr die Füllung der Maschine BI dient. Die beiden
Eingänge des Rogelverstärkers V2 sind in bekannter Weise so geschaltet, daß nur
die Differenz zwischen den beiden Größen verstärkt wird. blit dem Ausgangssignal
des Regelverstärkers V2 wird
der Stollmotor M2 gesteuert, der somit
nur dann eine Bewegung ausführt und das Stellglied S2 und damit die PUllung
der Maschine Bl verändert, wenn der vom Wandler G2 gelieferte Füllungs-Istwert
von dem vom Geber X2 gelieferten-FUllungs-Sollwert abweicht. Die Drehrichtung des
Stellmotors 112 ist dabei durch das Vorzeichen der Differenz zwischen Soll- und
Istwert am Eingang des Regelverstärkers V2 bestimmt. Die Drehzahl der Verstellschrauben
P ist durch Verändern ihrer Steigung mit Hilfe eines Stellgliedes Sl regelbar. Dieses
Stellglied wird von einem Stellmotor 211 angetrieben, dessen Drehrichtung und Drehzahl
vom Ausgangssignal eines Regelverstärkers Vl abhängt, der ebenfalls zwei so gegeneinander
geschaltete Eingänge aufweist, daß sein Ausgangssignal von der Differenz der an
den beiden Eingängen liegenden Signale abhängig ist. Das eine Eingangssignal ist
dabei der Drehzahl der Maschine Bl proportional und wird von einem Drehzahlgeber
Gl geliefert. Es handelt sich dabei um eine beliebige AusfUhrung eines elektromechanischen
'Nandlers, der ein Gleich- oder Wechselstromsignal liefert, dessen Größe von der
Drehzahl der Brennkraftmaschine-abhängig ist. Diepes Signal kann auch einem Anzeigeinstrument
Ai zugeführt werden, von dem dann unmittelbar die Drehzahl der 11aschine Bl abgelesen
werden kann.
Dem zweiten Eingapg des Regelverstärkers Vl wird ein
elektrisches Signal zugefUhrt, das von einem Geber Xl geliefert wird und als Sollwert
für die Drehzahl dient. Bei einer Abweichung der Eingangsgrößen des Verstärkers
Vl, d.h. also bei einer Abweichung der Drehzahl der Schraube P von dem durch den
Geber Xl vorgegebenen Sollwert, wird die Steigung der Schraube P mit Hilfe des Stellgliedes
Sl Uber den Stellmotor 141 so lange verändert, bis die vom Geber Gl gelieferte
Größe gleich der vom Geber Xl vorgegebenen Größe ist.
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Wenn bei einer solchen Anordnung beispielsweise bei konstantem Sollwert
für die Drehzahl der vom Geber X2 gelieferte Sollwert für die Füllung vergrößert
wird, dann werden alle Stellglieder S2 verstellt, bis Soll- und Istwert aller
1,1aschinen auf dert'neuen Wert eingeregelt ist. Gleichzeitig steigen die Drehzahlen
aller £Maschinen an, v;ora'ufhin die Regelverstärker Vl die Verstellmoutoren 141
betätigen und die Steigung der Verstellschrauben P solange verstellen, bis die alte
Drehzahl wiecTer erreicht ist. Die Maschinen geben dann eine größere Leistung ab,
die ja durch die Steigung der Schrauben und ihre Drehzahlen bestimmt ist. Man kann
somit die abgegebene Leistung bei konstanter Drehzahl verändern.
Man
kann aber auch umgekehrt den vom Geber'X2 vorgegebenen Sollwert für die Füllung
der Maschinen Bl, B2 bis Bn konstant halten und den vom Geber Xl gelieferten Sollwert
für die Drehzahl und damit die Drehzahl bei konstanter Füllung ver= ändern. Vergrößert
man beispielsweise den Drehzahl-Sollwert, dann wird durch den Stellmotor Ml und
das Stellglied Sl die Steigung der Verstellschraube P so lange verkleinert, bis
sich der neue Drehzahl-Sollwert als Istwert eingestellt hat. Die abgegebene Leistung
ist-dabei proportional der Drehzahl angestiegen, weil ja in der Zeiteinheit entsprechend
mehr Arbeitstakte mit gleich gebliebener Füllung erfolgen. Die Veränderung der von
den Gebern Xl und X2 gelieferten Sollwerte kann dabei nach einem bestimmten Programm
vorge= nommen werden, das beispielsweise auf einen magnetischen Träger (Tonband)
oder auf Lochstreifen aufgezeichnet sein kann. Da alle den verschiedenen, parallel
arbeitenden Maschinen Bl, B2 bis Bn zugeordneten Regelkreise identisch ausgebildet
sind und diesen Kreisen jeweils die gleichen Sollwerte zuge= führt werden, ist sichergestellt
(sofern die Einspritz= charakteristiken aller Maschinen genau gleich sind), daß
alle Brennkraftmuschinen gleich belastet werden und alle Verstell= schrauben P mit
gleicher Drehzahl laufen. Bei dem in Fig.1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird
die Belastung der Brennkr#-,ftmaschinen über das jeweilige Füllungsstellglied erfaßt,
dessen
Stellung mit Hilfe eines elektromechanischen Wandlers*G2 in ein elektrisches Signal
umgeformt wird. Eine praktisch äquivalente Regelung ergibt sich, wenn stattdessen
das von der Führungsmaschine abgegebene Drehmoment mit Hilfe eines elektromechanischen
Wandlers erfaßt und dessen Ausgangsgröße als Istwert für die Füllungsregelung der
Nebenmaschinen verwendet wird. Um zu einer solchen Ausführungsform zu gelangen,
ist es lediglich erforderlich, den in Fig.1 dargestellten Wandler G2 durch
einen unmittelbar das von jeder Maschine abgegebene Drehmoment erfassenden
- elektromechanischen Wandler zu ersetzen, wonach dann auch das Anzeigeinstrument
A2 das neue Signal anzeigt. Besonders vorteilhaft bei dieser Ausführungsform
ist der Umstand, daß man von der Abweichung der Regelcharakteris= tiken der Brennkraftmaschine
unabhängig ist und de-ß man ohne weiteres, d.h. ohne einen Eingriff in die Regelkreise
einzelne Brennkraftmaschinen außer Betrieb setzen kanng wenn man eine geringere
Leistung benötigt. Bei dem in Fig.2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel tD
arbeiten die Maschinen Bl bis Bn auf eine gemeinsame Schraube Pig die eine feste
Steigung aufweist. Die zwischen der Schraube und den Brennkraftmaschinen liegenden
Getriebe sind nicht näher bezeichnet.
Im Gegensatz zum AusfUhrungsbeispiel
nach Fig. 1 ist hier nur ein einziger Geber, nämlich ein Geber Xl für den
Drehzahl-Sollwert vorgesehen, da das
gegeben ist. Außerdem ist jeder Breankraftmaschine nur ei-n einziger Regelkreis
mit einem Regelverstärker zugeordnet, nämlich der Führungsmaschine ein Regelverstärker
Vl für die Drehzahl und den anderen je ein Regelverstärker V2 für die Füllung.
Mit der Ausgangsgröße der Regelverstärker Vl bzw. V2 wird Uber einen Stellmotor
M2 jeweils die Füllung der Maschine mit Hilfe eines Stellgliedes S2 verändert.
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Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird auch hier die Füllung mit
Hilfe eines elektromechanischen Wandlers G2 in eine entsprechende elektrische
Größe umgeformt. Aber nur bei allen nachgeregelten (n-1) Maschinen B wird dieser
FUllungs-Istwert dem einen Eingang des zugeordneten Regelverstärkers V2 zugefUhrt.
Nur die in Fig,- 2 mit Bi bezeichnete FUhrungsmaschine wird nämlich auf einen bestimmten
Drehzahl-Sollwert geregelt. Dem Sollwerteingang des Regelverstäi:Ozers Vl wird deshalb
der vom Geber Xl gelieferte Drehzahl-Sollwert zugeführt, während die tatsächliche
Drehzahl- dieser Naschine wieder über einen elektromechanischen Drehiahlgeber Gl
erfaßt und als elektrisches Istwert-Signal dem anderen Eingang des Verstärkers Vl
zugeführt wird. Abhängig von der Regelabweichung x für jede Drehzahl
wird
somit die Füllung der Führungsmaschine Bl und damit auch der anderen Maschinen so
eingestellt, daß die ganze Anlage mit der gewünschten Drehzahl läuft. Damit nun
die Übrigen Maschinen .... Bn-1, Bn die gleiche Leistung abgeben wie die
Führungsmaschine Bl, wird die tat= sächliche Einstellung des Stellgliedes
S2 für die Füllung der Maschine Bl vom zugeordneten Wandler G2 als
Sollwert für die Füllungsregelkreise der übrigen-Maschinen .... B-1 und Bn
verwendet. Deshalb ist der Wandler G2 der Führungsmaschine Bl hier mit den
Eingängen der Regelverstärker V2 der Neben= maschinen verbunden. Auf dieser Weise
läßt sich im Rahmen des Leistungs- und Drehzahlbereichs der Brennkraftmaschinen
eine beliebige Drehzahl, vorgegeben durch den Geber Xl, einstellen, wobei eine gleichmäßige
lastaufteilung auf die einzelnen Brennkraftmaschinen sichergestellt ist. Auch bei
dem in Fig.2 dargestellten Ausführuncsbeispiel kann die jeweilige Leistungsabgabe
der einzelnen Brenn= kraftmaschinen über das abgegebene Drehmoment erfaßt wer= den.
Man erreicht dann auch hier eine genauere Einstellung der Drehmomente auf denselben
Wert. Hierzu wird ein ent= sprechender elektromeuhanischer Wandler für das Drehmoment
verwendet, dessen Ausgangssignal dann als Istwertgröße für d ie Füllungsregelung
der Nebenmaschinen dient. Die Sollwertgröße für die Regelkreise der Nebenmaschinen
wird
dabei von dem Wandler geliefert, der das von der Führungsmaschine
abgegebene Drehmoment erfaßt. Wenn es bei einer dem zweiten Ausführungsbeispiel
ähnlichen Anlage erwünscht ist, das abgegebene Drehmoment und die Schraubendrehzahl
unabhängig voneinander einzustellen, dann kann man gemäß Fig. 3 ähnlich wie
bei der Angrdnung nach Fig, 1
eine Verstellschraube P verwenden und deren
Steigung mit Hilfe eines Reglers auf einem durch einen Geber X3 vorgegebenen Wert
halten. Hierzu ist wieder ein Verstellmotor Ml zur Änderung der Steigung der Schraube
sowie ein elektromechanischer Wandler Si-erforderlich, der eine der jeweiligen Steigung
der Verstellschraube P entsprechende Ausgangegröße liefert. Diese wird dann mit
dem Sollwert für die Steigung in einem Regelverstärker V3 verglichen, mit dessen
Ausgangsgröße dann der Verstellmotor Ml für die Steigung der Verstellschraube P
gesteuert wird. Damit die jeweilige Anlage beispielsweise im-Falle eines Ausfalles
der FUhrungsmaschine betriebsfähig bleibt# muß die Schaltung so ausgeführt sein,
daß gewünschtenfalle auch jede vorstehend als Nebenmaschine bezeichnete Breankraftmaochine
als Führungsmaschine laufen kann. Es ist auch möglich, von den Nebenmaschinen
statt der Füllung die Drehzahl von der Drehzahl der Führungsmaschine her zu regeln,
wenn von der
FUhrungsmaschine die Füllung geregelt wird. Die hierzu
erforderlichen Änderungen sind für den Fachmann ohne weiteres aus Fig.-2 und der
hierzu gegebenen Beschreibung ersichtlich.
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Die Erfindung ist auch sonst nicht an alle Einzelheiten der beschriebenen
Ausführungsbeispiele gebunden. Statt der beschriebenen elektrischen Verstärker könnten
auch mechanische, pneumatische oder hydraulische Verstärker verwendet werden, in
welchem Falle sich eine Umsetzung der mechanischen Istwertgrößen in elektrische
Größen erübrigt. Es sind auch noch andere Abwandlungen und Ausgestaltungen
der Erfindung denkbar, ohne daß dadurch der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegte
Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.