DE1961438C3 - Drehzahlsteuerungseinrichtung für eine Kraftmaschine zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl - Google Patents
Drehzahlsteuerungseinrichtung für eine Kraftmaschine zur Steuerung der LeerlaufdrehzahlInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Drehzahlsteuerungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Durch die CH-PS 1 75 113 ist schon eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Leerlaufdrehzahl von Brennkraftmaschinen
bekannt, die einen Elektromagneten und ein in die Vergaservorrichtung integriertes Ventil
aufweist, das durch den beweglichen Eisenkern des Elektromagneten betätigt wird. Der Elektromagnet ist
ferner Darallel zu einem Ladeschalter des Motors geschaltet, der den Stromkreis zwischen der Fahrzeugbatterie
und einem Dynamo schließt bzw. öffnet Im Start- bzw. Leerlaufzustand des Motors ist der
Elektromagnet infolge des geöffneten Ladeschalters erregt, so daß das Ventil geschlossen ist, um das für die
Leerlaufdrehzahl erforderliche Leerlaufgemisch herzustellen. Liegt die Motordrehzahl bei geschlossener
Drosselklappe über der Leerlaufdrehzahl, so wird über das erwähnte Ventil ein Zusatzluftstrom in den
Leerlaufgemischkanal eingeführt, um das Gemisch ärmer zu machen. Dabei hat die Stellung der
Drosselklappe direkt keinen Einfluß auf das Ventil, sondern nur indirekt einen Einfluß auf den durch das
Ventil strömenden Zusatzluftstrom, nämlich in Abhängigkeit davon, ob der Ladeschalter geschlossen ist oder
nicht
Diese bekannte Einrichtung dient dem Zweck, Kraftstoff zu sparen, wenn die augenblickliche Motordrehzahl
bei geschlossener Drosselklappe höher liegt als die einmal eingestellte Leerlaufdrehzahl. Hierzu ist
die Einrichtung in das Vergasersystem integriert und wirkt daher innerhalb dieses Systems zwangsläufig mit
diesem zusammen. Die Einrichtung bewirkt über ihr Ventil, daß lediglich bei Ansteigen der fraglichen
Motordrehzahl Zusatzluft in den das übliche Leerlaufgemisch führenden Leerlaufkanal gegeben wird, da nur
dann das Ventil geöffnet ist Ist die Motordrehzahl auf die Leerla-jfdrehzahl abgesunken, bewirkt der sich nun
öffnende Ladeschalter die Erregung des Elektromagneten und somit ein Schließen des Ventils mit der Folge
einer Unterbrechung der Zusatzluftzufuhr, so daß nun das einmal eingestellte Leerlaufgemisch wieder gebildet
wird, um die eingestellte Leerlaufdrehzahl zu halten.
Des weiteren ist die bekannte Einrichtung auf einen Ladeschalter angewiesen. Wird er defekt, ist der Zweck
der Einrichtung außer Kraft gesetzt bzw. geht der Motor bei losgelassenem Gaspedal aus. Ferner ist die
Einrichtung sehr stark von den Motorvibrationen abhängig, da der Eisenkern des erregten Elektromagneten
deswegen nicht genau genug in Position gehalten werden kann, so daß der Ventilkörper des Ventils die
Vibrationen mitmacht und dadurch eine instabile Leerlaufgemischbildung mit der Folge einer schwankenden
Leerlaufdrehzahl gegeben ist.
Somit kann zwar mit dieser bekannten Einrichtung die einmal eingestellte Leerlaufdrehzahl an sich in etwa
aufrechterhalten werden, jedoch gibt die Einrichtung keine Anhaltspunkte für eine selbsttätige Konstanthaltung
der Leerlaufdrehzahl bei sich ständig ändernden Umgebungsbedingungen und/oder Maschinenbelastungen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung für eine Brennkraftmaschine zur Steuerung
der Motordrehzahl zu schaffen, die unabhängig von Umgebungsbedingungen und/oder Motorbelastungszuständen
konstant gehalten wird, wobei die Einrichtung einen stromab der Motordrosselklappe in die Ansaugleitung
eingeführten Zusatzluftstrom steuert, und hierzu einen einfachen, störunanfälligen und sicher funktionierenden
Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.
Mit der Einrichtung nach der Erfindung wird die gewählte Motordrehzahl konstant gehalten, und zwar
unabhängig von den Umgebungsbedingungen und/oder Motorbelastungszuständen. Der durch die Ventileinheit
gesteuerte Zusatzluftstrom ist im Leerlaufzustand des Motors nicht abgeschaltet, sondern dient als variabler
Anteil eines Mindestluftstroms zusätzlich zu dem ohnehin bei geschlossener Drosselklappe an dieser
vorbeiziehenden Restluftstrom, so daß auf diese Weise die Leerlaufdrehzahi tatsächlich gesteuert und somit auf
dem gewünschten Wert konstant gehalten wird. Die Einrichtung ist ferner im Aufbau einfach gestaltet und
weist keinen, dem Verschleiß unterliegenden Ladeschalter auf. Es sind auch keine Teile an der Einrichtung
vorgesehen, die sich durch Motor- und Fahrzeugvibrationen verstellen könnten, so daß die Vibrationen, falls
überhaupt, nur noch in äußerst geringem und vernachlässigbarem Ausmaß die Ventileinheit der Einrichtung
beeinflussen. Insgesamt ist die erfindungsgemäße Einrichtung störunanfrJlig und gewährleistet eine
stabile Bypassluftströmung, so daß sie eine hohe Funktionssicherheit aufweist Darüber hinaus ist die
Einrichtung einfach herzustellen.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung werden nachstehend an Hand von fünf in der
Zeichnung dargestellen Ausführungsformen näher beschrieben und erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine vereinfachte Darstellung des prinzipiellen Aufbaus der Drehzahlsteuerungseinrichtung nach der
Erfindung,
F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Ventileinheit der Einrichtung,
F i g. 3 eine genauere Darstellung einer Ausführungsform der Anordnung nach F i g. 1,
F i g. 4 eine motorisch verstellbare Ventileinheit,
Fig.5 eine genauere Darstellung einer weiteren
Ausführungsform der Anordnung nach F i g. 1.
Gemäß F i g. 1 besitzt eine Kolbenbrennkraftmaschsne
8 einen Luftfilter 9 am Eingang der Ansaugleitung 10, an der sich auch eine auf die Leerlaufdrehzahl
einwirkende Ventileinheit 11 befindet, die im einzelnen
in F i g. 2 gezeigt ist und in Abhängigkeit von der Differenz gesteuert wird, die zwischen der tatsächlichen
Leerlaufdrehzahl und der erforderlichen Leerlaufdrehzahl herrscht. Zu diesem Zweck ist ein Drehzahlgeber
12 vorgesehen, der durch den Motor 8 angetrieben wird und eine elektrische Ausgangsspannung Vs erzeugt, die
eine Funktion der tatsächlichen Motordrehzahl ist. Eine Vorrichtung 13 erzeugt eine Spannung Vs, die ein Maß
für die gewünschte Leerlaufdrehzahl ist. Diese beiden Spannungen werden einer Vergleichereinrichtung 14
zugeführt, deren Ausgangsspannung die Differenz der vorher erwähnten Spannungen darstellt. Diese Ausgangsspannung
wird in einem Verstärker 15 verstärkt, worauf das verstärkte Signal zur Steuerung der
Ventileinheit 11 und somit zur Steuerung des Lufteintritts in das Ansaugsystem des Motors herangezogen
wird.
In der Darstellung gemäß F i g. 2 ist die Ventileinheit 11 in größerem Maßstab und in allen Einzelheiten
gezeigt. Diese Einheit ist der Motoransaugleitung 10 zugeordnet und hat ein Gehäuse 16, dessen Innenraum
durch eine Membran 17 in zwei Kammern 18 und 19 unterteilt ist. Die Membran trägt einen zentralen
Scheibenventilkörper 20, der mit einem Ventilsitz 21 zusammenarbeitet, während eine Schraubenfeder 22
den Ventilkörper in die geöffnete Lage zu drücken sucht.
Der Ventilsitz 21 umgibt den Auslaß einer Zuleitung 23, die vorzugsweise an die Ansaugleitung stromab des
Motorluftfilters angeschlossen ist, wodurch an ihrem Eingang effektiv im wesentlichen atmosphärischer
Druck herrscht. Eine Rohrleitung 24 schließt die Zuleitung 23 an die zweite Kammer 18 und enthält eine
Drossel 25. Die erste Kammer 19 ist über eine Verbindungsleitung 26 an einen Punkt der Ansaugleitung
10 angeschlossen, der sich stromab der Motordrosselklappe 7 befindet, wo der Druck einen unter dem
atmosphärischen Druck befindlichen Wert aufweist
Eine Leitung 27 führt von der Kammer 18 zur Verbindungsleitung 26 (oder direkt zur Ansaugleitung
unterhalb der Drosselklappe) und enthält ein elektrisch betätigtes und normalerweise geschlossenes Ventil 28.
Dir Betrieb des Ventils 28 wird durch das verstärkte
elektrische Signal aus dem Verstärker 15 gesteuert, welches dem das Ventil betätigenden Solenoid 29
zugeführt wird.
Im Betrieb eines Motors, der mit einer Leerlaufdreh-Zahlsteuereinrichtung
der vorstehend beschriebenen Art ausgerüstet ist, hält, wenn die tatsächliche, durch
den Drehzahlgeber 12 ermittelte Leerlaufdrehzahl größer ist als die erforderliche Leerlaufdrehzahl, auf die
die Vorrichtung 13 eingestellt ist, ein Fehlersignal, das
durch die Vergleichereinrichtung 14 erzeugt und vom Verstärker 15 verstärkt wird, das Ventil 28 in der
geschlossenen Stellung. Die Druckabfälle an der Drossel 25 und der öffnung 28a des Ventils 28 sind eine
umgekehrte Funktion der jeweiligen Flächen, wodurch ein Druckanstieg in der Kammer 18 verursacht wird, der
wiederum den Ventilkörper 20 auf seinen Sitz 21 gegen die Wirkung der Feder 22 drückt. Dies reduziert den
Luftstrom durch die Leitung 23, die Kammer 19 und die Leitung 26 aus der Atmosphäre zu einem Punkt in der
Motoransaugleitung 10, der sich stromab der Drosselklappe 7 befindet, wodurch demzufolge die Motorleerlaufdrehzahl
reduziert wird.
Wenn umgekehrt die tatsächliche Leerlaufdrehzahl geringer als die ausgewählte Drehzahl ist, wird ein
Fehlersignal erzeugt, daß das Ventil 28 öffnet, wodurch der Druck in der Kammer 18 vermindert und das Ventil
20 weiter geöffnet wird, während der Luftstrom durch die Leitung ansteigt, bis die Leerlaufdrehzahl auf den
gewählten Wert angestiegen ist.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel für die prinzipielle Anordnung der Ausführungsform nach F i g. 1 ist in
F i g. 3 dargestellt, in der gleiche Bauteile die entsprechenden Bezugsziffern der F i g. 1 tragen. Die Bezugsspannung Vr, die ein Maß für die gewünschte
Leerlaufdrehzahl ist, wird von einem Abgriff Tan einem Potentiometer P abgenommen, welches an einer
Gleichspannungsquelle, z. B. einer Batterie B, liegt. Der Abgriff T und somit die Ausgangsspannung der
Vorrichtung 13 werden derart variabel gemacht, daß der Wert der vorher ausgewählten Leerlaufdrehzahl des
Motors variiert werden kann. Die Gleichspannung Vs vom Drehzahlgeber 12, die eine Funktion der
tatsächlichen Motordrehzahl ist, wird über ein Filternetzwerk Fgeleitet und mit entgegengesetzter Polarität
mit der Spannung V« am Eingang der Vergleichereinrichtung 14 kombiniert. Diese Einrichtung enthält einen
Operationsverstärker A I1 der ein Ausgangsfehlersignal
erzeugt, das die Differenz zwischen den beiden angelegten Spannungen darstellt. Der Ausgang des
Verstärkers A 1 wird über einen weiteren Operationsverstärker A 2, der als Niveaudetektor funktioniert, und
eine Pufferstufe BF geleitet. Diese beiden Stufen entsprechen dem Verstärker 15 nach Fig. 1. Der
Ausgang der Pufferstufe wird zum Betrieb des Solenoids 29 des Ventils 28 verwendet, er steuert somit
den Betrieb der Ventileinheit 11, wie vorher beschrieben
wurde.
Es ist offensichtlich, daß in den bisher beschriebenen
Anordnungen das Ventil 28 entweder geschlossen oder geöffnet ist, was davon abhängt, ob die Motorleerlaufdrehzahl
oberhalb bzw. unterhalb des vorher gewählten Wertes liegt. In der Praxis muß das Ventil 28
verhältnismäßig schnell arbeiten können, wenn die Leerlaufdrehzahl nahe um den gewählten Wert
schwankt.
Bei einer anderen Ausführungsform wird anstelle des mit dem Solenoid gesteuerten Ventils ein motorisch
getriebenes Ventil verwendet, das graduell die Fläche der Ventilöffnung 28a (Fig.2) zwischen einer voll
geschlossenen und voll geöffneten Stellung ändern kann. Ein solcher Aufbau ist in Fig.4 gezeigt, die
ebenfalls einen Teil der Leitung 26 und der Leitung 27 wiedergibt, die miteinander durch die Ventilöffnung 28a
verbunden sind. Diese öffnung wird durch ein Ventügüed 30 gesteuert, das an ein Schneckenrad 31
angeschlossen ist, welches durch ein Zahnrad 32 angetrieben wird, das wiederum an der Ausgangswelle
eines Elektromotors 33 sitzt. Die Drehung des Motors in jeder Richtung zwecks Änderung der Stellung des
Ventilgliedes 30 in bezug auf die Ventilöffnung 28a wird durch ein Signal gesteuert, das von der Differenz
zwischen den Spannungen Vr und Vs abhängt, wie vorher erläutert wurde.
Die F i g. 5 zeigt eine besondere Ausführungsform für die Steuerung eines solchen motorisch angetriebenen
Ventils. Auch hier tragen gleiche Bauteile entsprechende Bezugsziffern. Wie bei der Anordnung nach F i g. 1
wird die Bezugsspannung Vr vom Abgriff T eines an einer Batterie θ liegenden Potentiometers P abgenommen.
Diese Bezugsspannung wird an den Eingang eines Operationsverstärkers A 1 zusammen mit der Spannung
Vs gelegt, die vom Drehzahlgeber 12 kommt und eine Funktion der tatsächlichen Motordrehzahl ist. Die
durch den Verstärker A 1 erzeugte Fehlersignalausgangsspannung
wird durch einen weiteren Operationsverstärker A 3 geführt, der wiederum eine Ausgangsspannung
zur Steuerung des Betriebs des Elektromotors 33 erzeugt. Dieser Motor steuert das Ventil 30, wie
vorher erwähnt wurde, um so die Motorleerlaufdrehzahl auf dem gewählten Wert zu halten.
Ein weiteres Merkmal, das angewendet werden könnte, wird durch einen Schaltkreis dargestellt, der die
Ausgangsspannung des Drehzahlgebers nach-der Zeit differenziert, wobei das resultierende Signal der
Vergleichereinrichtung zugeführt wird, so daß das Fehlersignal nicht nur die Höhe der Differenz zwischen
der tatsächlichen Drehzahl und der erforderlichen Drehzahl berücksichtigt, sondern auch die Höhe und die
Richtung der Änderungsrate der tatsächlichen Drehzahl.
Anstatt die Spannung Vr, die die gewünschte Leerlaufdrehzahl darstellt, von Hand zu variieren,
könnte diese Spannung auch automatisch in Abhängigkeit von einem gewählten Parameter verändert werden.
Beispielsweise kann die Motorleerlaufdrehzahl automatisch erhöht werden, wenn sich eine hilfsweise
betriebene Maschine, z. B. ein Kompressor, in Betrieb befindet, während der Motor leerläuft.
Die Erfindung kann entweder bei Maschinen angewendet werden, die mit einem Vergaser arbeiten,
oder bei solchen Maschinen, die mit Brennstoffeinspritzung beispielsweise in die Ansaugleitung oberhalb der
Einlaßventile arbeiten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Drehzahlsteuerungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine,
bei der eine mit einem elektromechanisch betätigten Ventilglied versehene Ventileinheit
zum Steuern der Maschinenleerlaufdrehzahl zwecks Aufrechterhaltung eines im wesentlichen
konstanten, vorgewählten, von Umgebungsbedingungen und Maschinenbelastungen unabhängigen
Leerlaufwertes vorgesehen ist, wobei die Einheit einen von einer Stelle mit im wesentlichen
atmosphärischem Druck bis zu einer Stelle in der Ansaugleitung stromab der Drosselklappe geführten
Luftstrom steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit (11) eine eine mit der
Ansaugleitung stromab der Drosselklappe (7) in offener Verbindung (26) stehende erste (19) und eine
zweite Kammer (18) voneinander trennende Membran (17) mit einem Ventilkörper (20) für einen
Ventilsitz (21) aufweist, welche die Verbindung zwischen der ersten Kammer (19) und einer
Zuleitung (23) von der Stelle atmosphärischen Druckes beherrschen, daß die zweite Kammer (18)
und die Zuleitung durch eine gedrosselte Rohrleitung (24, 25) miteinander verbunden sind und daß
das Ventilglied (28; 30) zusammen mit seinem Sitz (2Sa) eine Verbindung (26, 27) zwischen den beiden
Kammern (19,18) beherrscht
2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einer Vergleichereinrichtung, die mit einem ersten, die
vorgewählte Leerlaufdrehzahl darstellenden Bezugsspannungssignal und mit einem zweiten Spannungssignal
gespeist wird, das die tatsächliche Maschinendrehzahl darstellt und von einem von der
Maschine angetriebenen Tachogenerator abgeleitet ist, wobei das von der Vergleichereinrichtung
abgegebene, die Differenz der beiden Eingangssignale darstellende Ausgangssignal zur Steuerung
des elektro-mechanisch betätigten Ventilgliedes dient, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis zum
Differenzieren des Ausgangssignals des Tachogenerators (12) nach der Zeit sowie durch Zuleitung des
resultierenden Signals zur Vergleichereinrichtung (14), derart, daß das Fehlersignal nicht nur die Größe
der Differenz zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Drehzahl berücksichtigt, sondern auch
die Größe und die Richtung des Änderungswertes der tatsächlichen Drehzahl.
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