DE1576391A1

DE1576391A1 - Einrichtung zur UEberwachung der mechanischen und thermischen Beanspruchung von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1576391A1
Application number: DE19671576391
Authority: DE
Inventors: List Dipl-Ing Dr Dr H C Hans; Germann Dipl-Ing Reimar
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1966-07-21
Filing date: 1967-07-11
Publication date: 1970-03-19
Also published as: CH461136A; AT273585B; GB1125215A; US3472068A

Description

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Dipl.Ing.Dr.Dr.h.o. Hans !IST.» Graz (Österreich)

Einrichtung zur Überwachung der mechanischen und thermiachen " ■· . Beanspruchung von Brennkraftmaschinen

■.Die■vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der mechanischen und thermischen Beanspruchung von Brennkraftmaschinen und der gleichmäßigen Lastverteilung auf deren Zylinder, mit wenigstens je einem in der .Auspuffleitung jedes Zylinders angeordneten Temperaturfühler und einer elektrischen Vergleichsschaltung, welche Temperaturabweichungen der Auspuffgase eines oder mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine von einer für alle Zylinder geltenden Bezugstemperatur registriert* Eine laufende Überwachung von Mehrzylindermotoren, insbesondere Dieselmotoren und Grasmaschinen, ist erstrebenswert, um während des Betriebes auftretende Gebrechen möglichst schon feststellen zu können, bevor sie noch größere Schäden an der Maschine verursacht haben» Darüberhinaus soll überwacht werden, ob die mechanische und thermische Belastung sich in zulässigen Grenzen halt bzw. in den einzelnen Zylindern annähernd gleich ist und ob, z.B. bei Gasmaschinen, unzulässige Spitzendrücke durch Klopfen in den Zylindern auftreten. Ferner ist es erwünscht, laufend zu beobachten, ob die last auf die einzelnen Zylinder des Motors gleichmäßig verteilt ist, insbesondere, ob einer der Zylinder ausgefallen ist oder nur einen Teil seiner normalen Leistung abgibt.

Bekannt ist eine Einrichtung der eingangs genannten Art, bei der als Temperaturfühler in den einzelnen Auspuffleitungen temperaturempfindliche Widerstände vorgesehen sind, wobei je Zylinder ein mit einem verstellbaren Widerstand in Heine geschalte-■fftr-^temperaturempfindlicher Widerstand verwendet wird. Jedem dieser Widerstände ist außerdem eine stromabhängige Meldeeinrichtüng zugeordnet. Der Hauptnachteil dieser bekannten Überwachungseinrichtung

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liegt darin, daß sich bei Verwendung temperaturabhängiger Widerstände in der Auspuffleitung bei,hohen Auspufftemperaturen große Schwierigkeiten einstellen. Dadurch ergibt sich ein verhältnismäßig eingeengter Verwendungsbereich für diese Einrichtung. Unvorhergesehen hohe Spitzentemperaturen in den Auspuffleitungen können dabei zur Beschädigung bzw. Zerstörung der verwendeten Temperaturfühler führen. Um eine einwandfreie Funktion des Gerätes sicherzustellen, muß auch die Speisespannung weitgehend konstant gehalten werden.

Diese Mangel der bekannten Einrichtung auszuschalten und eine in allen Temperaturbereichen zuverlässig arbeitende Ausführung einer solchen Anlage anzugeben, ist das Ziel der vorliegenden Erfindung". Sie besieht darin, daß eine Serienschaltung von in den einzelnen Auspuffleitungen angeordneten Thermoelementen vorgesehen ist, bei der jeweils die gleichpoligen Anschlüsse aufeinanderfolgender Thermoelemente miteinander verbunden sind und daß jedem Thermoelement ein eigener Spannungskomparator zugeordnet ist, dessen einer Eingang an das zugehörige Thermoelement und dessen zweiter Eingang an den gleichgepolten Anschluß des nächstfolgenden Thermoelementes angeschlossen ist, und daß die Ausgänge der Spannungskomparatoren einerseits an ein ODER-Gatter, an dessen Ausgang ein allfällige Temperaturabwexchungen anzeigendes Signal aufscheint, und anderseits an je ein UND-Gatter angeschlossen sind, wobei ein Eingang jedes UND-Gatters mit dem Eingang des nachfolgen den,und der andere Eingang mit dem Eingang des vorhergehenden UND-ßatters verbunden ist, sodaß an den Ausgängen der UND-Gatter bei Temperaturabwexchungen Signale aufscheinen_f die den von der Temperaturabweichung betroffenen Zylinder aufzeigen, und die als Abstellsignale der Brennkraftmaschine verwendbar sind.

Diese Überwachungseinrichtung zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus und ist auch bei höchsten Auspufftemperature» uneingeschränkt betriebsfähig. Die zur Peststellung störungsbedingter Abweichungen der Auspufftemperatur eines ICotorzylinders benützte Vergleichsschaltung arbeitet hiebei'* unabhängig von der mittleren BefriöbstemperaturdesMotors, soda! bei allen

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Belastungen der Maschine ein sicheres Ansprechen der Überwachungseinrichtung gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäfiexiB&richtung ist dadurch gegeben, daß die als Temperaturfühle: verwendeten Thermoelemente keine eigene Spannungsquelle benötigen, sodaß auch Maßnahmen zur Konstanthaltung der Speisespannung entfallen.

Erfindungsgemäß können weitere die Anschlüsse jedes Thermoelementeis über eine Umschaltvorrichtung an einem Meßverstärker angeschlossen sein, wobei ein Meßinstrument die Temperatur des über den Umschalter vorgewählten Zylinders angezeigt« Diese Anordnung ermöglicht die jederzeitige Kontrolle der Auspufftemperatur eines beliebigen Zylinders.

lähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung 'hervor. Fig. 1 und Fig. 2 zeigen Blockschaltbilder zweier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung für eine Seaüszylinäermaschinej die Erfindung kann jedoch sinngemäß für jede beliebige Zylinderzahl abgewandelt werden.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist in die Auspuffleitung jedes Zylinders je ein Thermoelement 1 bis 6 eingebaut, deren Anschlüsse jeweils abwechselnd mit gleicher Polarität zusammengeschlossen sind, das heißt also, der negative Pol des ersten Thermoelementes ist mit dem negativen Pol des folgenden, zweiten Thermoelementes 2 und dessen positiver Pol mit dem positiven Pol des nächstfolgenden dritten Thermoelementes 3 usf., immer in der Polarität abwechselnd, verbunden. ■

Der positive Pol des ersten Thermoelementes 1 und der positive Pol des zweiten Thermoelementes 2 ist mit den beiden Eingängen eines Spannungskomparators 7-jo im Differenzbetrieb angeschlossen. Dementsprechend ist der negative Pol des zweiten Thermoelementes 2 und der negative Pol des dritten Thermoelementes 3 mit den beiden Eingängen des zweiten Spannungskomparators Ίηχ verbunden. Es sind abwechselnd die positiven und negativen Pole der Thermoelemente 1 bis 6 an die analogen Eingänge der Spannungskomparatoren 7,4 bis 7^₁ angeschlossen,, Die Ausgänge der Spannungskomparatoren sind einerseits mit den Eingängen von sechs zugeord-

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neten UND-Gattern 11. bis 11g, die jeweilsrzwei Eingänge aufweisen, anderseits mit den sechs Eingängen eines νODEB- Gatters 13 verbunden« Die einzelnen Pole der Thermoelemente sind ferner nooh an eine Ums ehalt einrichtung 8 angeschlossen, über->d;ie wahlweise je ein Thermoelement an den Eingang eines. Meßverstärkers 9^geschaltet werden kann, wodurch eine Anzeige der Temperatur, des jeweiligen Zylinders mit dem Anzeigeinstrument 10 ermöglicht wird»

Solange die Temperaturen der einzelnen Meßstel^len Λ bis 6 gleich sind, tritt am Ausgang der Spannungskomparatoren T₁ ρ bis Tg₁ kein Ausgangssignal auf· Die Thermospannung der, wie oben beschrieben, gegeneinander geschalteten Thermoelemente hebt sieh ' · am Eingang des Spannungskomparators auf_o Weicht jedoch eine, oder mehrere Temperaturen um einen bestimmten Betrag, der größer als die Schwell spannung des Spannungskomparators sein muß., ab, so tritt am Ausgang zweier oder mehrerer Spannungskomparatoren.ein Ausgangssignal auf. · -

Ein Eingang jedes UND-Gatters ist mit dem Eingang des nachfolgenden und der andere Eingang mit dem Eingang des vorhergehen-«'; den UND-Gatters verbunden, das heißt also, der erste Eingang des UND-Gatters H₁ ist mit einem Eingang des vorhergehenden UND-Gatters 11g und der zweite Eingang des UND-Gatters 11. ist mit dem einen Eingang des nachfolgenden UND-Gatters 11₂ verbunden«

Tritt nun eine Abweichung einer Thermospannung, z.B_a der des Thermoelementes 2 auf, so wird beispielsweise der Spannungskomparator 7₂·ζ und der Spannungskomparator 7-, ₂ ein'Ausgängssignal aufweisen. Damit erscheint an beiden Eingängen des UND-Gatters 11« ein Signal und am Ausgang des UND-Gatters 1I₂ steht ein Ausgangssignal 12₂ zur Verfügung. Dieses kann einerseits zur Auslösung einer akustischen oder optischen Warneinrichtung und anderseits auch direkt zum Abstellen der zu überwachenden Maschine benützt werdenβ .

Sämtliche Ausgang der Spannungskomparatpren 7«₂ *>is 7g., sind mit den sechs Eingängen eines ODER-Gatters 13 verbunden, sodaß ganz gleich an welcher Stelle eine Abweichung aufgetreten "istι ■am Ausgang des QDEJt-G&tters ·)$ ein Signal 14 aufscheint*

kann zur Summenmeldung oder auch zur Abstellung der Maschine benützt werden. Ein Entscheid, welcher Zylinder die Ursache der Auslösung war, kann dabei jedoch nicht getroffen werden. Prinzipiell können somit, soferne die Anzeige des fehlerhaften Zylinders nicht gefordert wird, die UND-Gatter 11₁ bis 11g entfallen. Soferne die Schwellspannung der Differenz-Komparatoren 7-2 ^is Tßi zu hoch liegt, können diesen Verstärker zur Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit vorgeschaltet werden.

An Stelle der Thermoelemente 1 bis 6 können auch Widerstands-Temperaturfühler verwendet werden, wobei jedes Element an eijier eigenen Speisespannung liegen muß. Sonst bleibt die Schaltungsanordnung vollkommen gleich, wie oben beschrieben.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind in jeder Auspuffleitung je zwei Thermoelemente 15-, bis 15g und 16. bis 16g angeordnet. Diese Anordnung erfüllt ebenfalls die eingangs aufgestellten Bedingungen und benötigt zwar je Zylinder zwei Thermoelemente, jedooh ist der Aufwand al nachfolgenden Schaltungsmitteln geringer als bei der Anordnung nach Fig. 1.

Die Signale der Thermoelemente 16.. bis 16g werden über eine Umschalteinrichtung 17 einem Meßverstärker 18 zugeführt, dort verstärkt und einerseits mit einem Meßinstrument 20 zur Anzeige gebracht und anderseits einer Vergleichsschaltung 21 zugeführt. Die Thermoelemente 15* bis 15g liegen elektrisch in Serie und die beiden Enden sind an einem Meßverstärker 19 angeschlossen, dessen Verstärkung so eingestellt ist, daß sie nur ein Sechstel (für vorliegendes Beispiel einer Sechszylindermaschine, sonst gleich Eins durch die Zylinderanzahl) der Verstärkung des Meßverstärkers 18 beträgt und damit am Ausgang dieses'Verstärkers 19 das Summensignal, das gleich der mittleren Auspufftemperatur ist, auftritt. -Be kann jedoch auch ein Verstärker 19, dessen Verstärkung gleich der des Verstärkers 18 ist, verwendet werden und am Ausgang des Verstärkers 19,eine"Spannungsteilung über Widerstände auf den Wert Eins gebrochen durch die ZyIInderanzahl, erfolgen. Dieses Signal wird ebenfalls der Vergleichsschaltung 21 zugeführt, dort jeweils mit der Temperatur jedes Zylinders verglichen, und, soferne eine

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Abweichung vorhanden ist, ein Signal 22 am Ausgang abgegeben."' *" Dieses kann zur optischen oder akustischen Warnung, bzw. zur Abstellung der Maschine herangezogen werden. Die Tergleichsschaltung 21 ist zweckmäßigerweise eine Sρannungskcmparatorschaltung in Differenzausführung.

Auch bei dieser Anordnung ist es möglich, Widerstands-Temperaturfühler zu verwenden, wenn entsprechende Speiaespannungsquellen vorhanden sind.

Die Umschalteinrichtung 17 kann entweder vollautomatisch nach jeder Umdrehung der zu überwachenden Maschine über ein
Schieberegister, dessen Stufenanzahl gleich der Zylinderanzahl ist, durchgeführt werden, oder aber durch einen Umsehalter, der üher einen Synchronmotor oder ein Schrittschaltwerk betätigt wird. .

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Claims

P a t e η -1 a η s ρ r ü c h e ; -

1. Einrichtung zur$berwachung der mechanischen und thermischen Γ 'aftspTMchung; von .Brennkraftmaschinen und der gleichmäßigen Las Verteilung ,,auf deren Zylinder, mit wenigstens je einem in der Auspuffleitung jedes Zylinders angeordneten Tempera-'■ turfühl_e.r,ifund einer elektrischen Vergleichsschaltung,, welche •TaKjper.afturia'bweichungen der Auspuffgase eines oder mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine von einer für alle Zylinder geltenden Bezugstemperatur registriert, d ε d u r c h ge k e η η ze i c h η e t ,.daß eine Serienschaltung von in den einzelnen Auspuffleitungen angeordneten Thermoelementen (.1-6) vorgesehen ist, bei der jeweils die gleichpoligen Anschlüsse aufeinanderfolgender ,Thermoelemente miteinander ■ verbunden sind und daß jedem Thermoelement (1-6) ein eigener Si-annungskomparator (7-jp~7gn) zugeordnet ist, dessen einer Eingang an das zugehörige Thermoelement und dessen zweiter Eingang an den gleichgepolten Anschluß des nächstfolgenden Thermoelementes angeschlossen ist, und daß die Ausgänge der Spannungskomparatoren (Tip-^gi) einerseits an ein ODSR-Gatter (T5)i an dessen Ausgang ein allfällige Temperaturabweichungen anzeigendes Signal (14) aufscheint, und anderseits an je ein TJUD-G-atter (11^-Hg) angeschlossen sind, wobei ein Eingang jedes imD-Gratters mit dem Eingang des nachfolgenden und der andere Eingang mit dem Eingang des vorhergehenden UUD-G-atters (1I₁-IIg) verbunden ist, sodaß an den Ausgängen der UJTD-Gatter bei Temperaturabweichungen Signale (12.-12g) aufscheinen, die den von der Temperaturabweichung betroffenen Zylinder aufzeigen, und die als Abstellsignale der Brennkraftmaschine verwendbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse jedes Thermoelementes (1-6) über eine Umschaltvor-

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richtung (8) an einem Meßverstärker (9) angeschlossen sind und ein Meßinstrument- (10) die Temperatur des über den Umschalter (8) vorgewählten Zylinders anzeigt'.

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