DE2011712A1 - Elektronischer Regler mit Spntzver steller für Dieselbrennkraftmaschinen - Google Patents
Elektronischer Regler mit Spntzver steller für DieselbrennkraftmaschinenInfo
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Description
24.2.1970 Cl/St '-._ . \ - \ : : : 201171 ^
Anlage zur
Patentanmeldung
Patentanmeldung
Elektronischer Regler mit Spritzversteller für Dieselbrennkraftmaschinen ■
Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler für Dieselbrenn-,
kraftmaschinen, der einen elektronischen Motorkennfeldgenerator
zur Darstellung des Kennfeldes der verwendeten Brennkraftmaschinen und einen Stellregler enthalt, dessen PiihrungsgröBe
die Ausgangsgröße des Kennfßldgeneratörs ist, ,der das Mengenstellwefk
einer Einspritzpumpe betätigt und wobei der Regler ■
ferner einen Spritzversteller aufweist.
Bei Dieselbrennkraftmaschinen, kurz Dieselmotoren genannt, wird
im allgemeinen der zur Verbrennung benötigte Kraftstoff mit
Hilfe einer Hochdruckeinspritzpumpe taktgerecht in.die Verbrennungsräume des Dieselmotors- eingespritzt. D^ >die Einspritzpumpe
über Druckleitungen und Einspritzdüsen mit den Ver-
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brennungsräumen verbunden ist, fällt der Beginn der Einspritzung nicht mit dem Beginn eines Druckhubes an der Einspritzpumpe
zusammen, sofern unter dem Beginn des Druckhubes der Zeitpunkt verstanden wird, zu welchem die Verdrängung von
Kraftstoff durch einen Druckkolben der Einspritzpumpe beginnt. Der von einem Druckkolben erzeugte Druck pflanzt sich als
Druckwelle in den Druckleitungen zu den Einspritzdüsen fort, so daß eine Zeitvergrößerung zwischen dem Öffnen einer Einspritzdüse und dem Beginn des Druckhubes auftritt. Dieser zeitliche
Unterschied, Einspritzverzögerung genannt, hängt unter
anderem von der Länge der Druckleitungen, einem an dn Düsen eingestellten Düsenöffnungsdruck und von der Drehzahl ab. Für
den praktischen Motorbetrieb wirkt sich besonders der Einfluß der Drehzahl ungünstig aus. Wird nämlich innerhalb des Betriebsdrehzahlbereiches
die Änderung der Einspritzverzögerung zu groß, so können sich Voreinspritzwinkel ergeben, die keinen
einwandfreien Motortrieb mehr gewährleisten. In solchen Fällen ist man gezwungen, eine besondere Einrichtung zur Verstellung
des Einspritzzeitpunktes während des Betriebes vorzusehen, sogenannte Spritzversteller.. Bei den bisher gebräuchlichen Dieselmotoren
konnte im allgemeinen ein ausreichendes Betriebsverhalten erzielt werden, wenn die Spritzverstellung drehzahlabhängig
erfolgte. Jedoch insbesondere bei Schnellaufenden und Hochleistungs-Dieselmotoren kann das Betriebsverhalten erheblich
verbessert werden, wenn der Spritzbeginn nicht nur drehzahlabhängig, sondern auch lastabhängig verstellt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dieselregler zu schaffen, dessen Spritzversteller den Einspritzbeginn sehr
genau sowohl drehzahlabhängig als auch lastabhängig verstellt, und bei dem die Spritzverstellung eine beliebige, auch nicht
lineare Funktion von den Betriebsgrößen des Dieselmotores ist.
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Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem elektronischen Dieselregler der Eingangs genannten Art darin, daß erfindüngsgemäß
der Spr.itzversteller einen elektronischen Spritzverstellkennfeld-Generator
enthält, in dem .jede gewünschte Spritzverstellabhängigkeit einstellbar ist, daß die Eingangsgrößen des Spritsverstellkennfeld-Generators
die elektrischen Betriebs- und Steuergrößen der Brennkraftmaschine sind und daß die Ausgangsgröße des Spritzverstellkennfeld-Generators die Führungsgröße,
eines Spritzverstellreglers darstellt, der die mechanische Bewegung des Spritzverstellers bewirkt» Bei einer vorteilhaften
Ausführungsform enthält der Spritzversteller einen a?s Rechen-'
Verstärker geschalteten Operationsverstärker, dessen Eingangs- :
größe von eineT prehzahlspannung und einer Motorkennfeldspannung
gebildet sind, wobei' mindestens eine der Eingangsgrößen an eine
Dioden-Widerstands-Anordnung zur Erzeugung eines nichtlinearen
Verhaltens angesehlOssen ist. Bei" einer Vorteilhaften Ausführungsform
für die Stellregler sowohl für das Mengenstellwerk
derEinspritzpumpe alsauch für den Spritzversteller erhalten
die Stellregler als Sollwerte die von den Kennfeldgeneratoren erzeugten FUhrungsgrößen und als Istwerte eine den
Stellungen der mechanisch bewegten Teile entsprechende elektrische Größe. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellen
die Ausgangsgrößen der Stellregler pulslängenmodulierte Signale
dar , deren Tastverhältnis bei der Regelabweichung Hull das Tastverhältnis von til aufweisen. Die Stellglieder zur Erzeugung
der mechanischen Bewegungen befinden sich bei Ansteuerung mit dem Tastverhältnis 1:1 sich in einer Ruhestellung. Werden für
die Verstellung große Kräfte benötigt, so empfielt es sich, daß
die Stellglieder einen Hydraulikkolben und ein Umschaltmagnet *-
■ ventil- enthalten, das von dem Stellregler betätigt ist» wobei
mit Hilfe des Umschaltmagnetventiles abwechselnd die den Hydräulikkolben
betätigenden Druckmittelanschlüsse an eine Druckmittelq.uelle
und/oder einen Druckmittelsammeitank angeschlossen sind*; .,- ." ,_ : . . _ : . v . . ■ ;
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Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit dem
nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
it
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Dieselreglers
mit elektronischem Spritzversteller, Fig. 2 ein mit dem elektronischen Spritzverstellkennfeld-
Generator realisiertes Kennfeld, Fig. 3 ein Schaltbild eines bpritzverstellkennfeld-Generators,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Stellreglers mit
einem davon angesteuerten Hydraulikkolben und Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Stellreglers.
In der Fig. 1 sind die beiden Wandler 10 und 11 vorhanden, in
denen die Fahrpedalauslenkung c< in eine proportionale Spannung
und in die Drehzahl η in eine dieser proportionalen Spannung
U umgewandelt werden. Derartige Geber sind beispielsweise als
induktive Weggeber oder als elektrische Drehzahlgeber seit langem bekannt. Die beiden Größen U<* und TJ werden in einen
Motorkennfeldgenerator 12 eingegeben, an dessen Ausgang die Spannung Uk auftritt, die eine Führungsgröße für die jeweils
einzuspritzende Kraftstoffmenge darstellt. Die Spannung tt wird einem Stellregler 13 zugeleitet, dessen Ausgangsgröße einem
Mengenstellwerk 14 einer Einspritzpumpe 15 zugeführt ist. Im Mengenstellwerk wird dabei eine elektrische Stellgröße in eine
mechanische Größe umgewandelt. Bei einer Reiheneinspritzpumpe ist diese mechanische Stellgröße beispielsweise der V/eg RV/ der
Regelstange, wobei RW die Abkürzung für Regelweg ist. Diese die Regelgröße des Stellreglers darstellende Größe wird in einem
Wandler 16 in eine ihr proportionale Spannung URW umgewandelt
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und die Spannung URW stellt die zweite Eingangsgröße des Stellreglers 13 dar, sie repräsentiert den Istwert des Stellreglers.
Die Äusgangsspannung des Motorkennfeld-Generators 12 sowie- die
Drehzahlspannung Un werden weiterhin.einem Spritzverstellkennfeld-Generator
17 zugeleitet, an dessen Ausgang die Spannung-"TL™,
als Führungsgröße eines Spritzversteliregler: 18 auftritt. Die .
Ausgangsgröße des Spritzverstellreglers 18 ist einem Spritzverstellweik1"9
zugeführt dessen Eingang wiederum eine elektrische. '
Größe und dessen Ausgang die Größe für die mechanische Spritzverstellung
der Einspritzpumpe 15 darstellt. Diese Größe ist- ·
als Grad Nockenwelle.,--- abgekürzt 0NW, bezeichnet. Mit Hilfe .
eines Wandlers 20 wird aus der mechanischen Größe für die Spritzverstellung
eine dieser Größe proportionaler Spannung üol™r gewonnen, die als Istwert dem Spritzverstellregler zugeführi ist.
Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen:
Das Kernstück des Dieselreglers ist der Motorkennfeldgenerator.
Aus den beiden ihm zugeleiteten Großen, der Fahrpedalspannung
Uc* und der Drehzahlspannung U„ wird eine Kennfeldspannung U1. V
.■.-"--- η . . κ
gewonnen, die der in jedem Augenblick einzuspritzenden Kraftstoffmenge entspricht. Eine Ausführung eines Ke'nnfeldgenerators
ist beispielsweise der deutschenAuslegeschrift 1267905 zu entnehmen. Die Motorkennfeldspahnung Uv stellt die Führungsgröße
eines geschlossenen Regelkreises dar, dessen Regelgröße beispielsweise die Auslenkung der Regelstange einer Reiheneinspritzpumpe
ist. Der Regelkreis umfaßt den Stellregler 13, das Mengenstellwerk 14 der Einspritzpumpe und den Wandler 16 der
aus dem Regelweg RW der Regelstange eine, elektrische Größe,
die Spannung URW<bildet. Die Eingangsgrößen des Spritzverstellkennfeld-Generators
17 sind die Drehzahlspannung U und die
Ausgangsspannung U^. des MotorkennfeldgeneratOrs 12. Aus diesen
beiden Größen wird mit Hilfe des in den SpritZVerstellkennfeldr
Generator eingestellten Kennfeldes eine Spannung U™, erzeugt,
die der Spritzbeginnverstellung, die für jeden Betriebszustand
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des Dieselmotores erforderlich ist, proportional ist. Die Größe U„w stellt wiederum die Führungsgröße eines Spritzverstellreglers
dar, dessen Regelgröße die Spannung UoNW ist. Der Spritzverstellregler
18, da? Spritzverstellwerki 9 und der Wandler 20
sind ähnlich aufgebaut wie der Stellregler 13, das Mengenstellwerk 14 und der Wandler 16. Bei einer Reiheneinspritzpumpe,
deren Druckkolben von einer Nockenwelle angetrieben v/erden, wird die Spritzverstellung durch verdrehen der Nockenwelle um
einen bestimmten in Winkelgraden ausgedrückten Betrag bewirkt.
In den Diagrammen a und b der Fig. 2 ist ein Kennfeld eines Spritzverstellkennfeld-Generators dargestellt. In dem Diagramm a
ist' die Spannung U™ über der Drehzahl aufgetragen, und als
Parameter der Kennlinienschar tritt die Last auf. Wie die Last auf die Spannung U^ wirkt, ist im Diagramm b dargestellt. Die
Lastabhängigkeit im gezeigten Ausführungsbeispiel ist nicht
linear. Da die Motorkennfeldspannung der Last entspricht, kann die Last auf der Ordinade in Werten von TJ^ aufgetragen werden.
Oberhalb einer durch Üttq gekennzeichneten Last ist der Einfluß
der Last auf die Kennfeldspannung größer als unterhalb dieses Wertes UKQ.
Die Fig. 3 zeigt das Schaltbild des Spritzverstellkennfeld-Generators.
Der Spritzverstellkennfeld-Generator enthält einen Operationsverstärker 25 der zwei Eingänge aufweist, einen Pluseingang
P und einen Minuseingang M. Ist die Eingangsstufe des Operationsverstärkers 25 als Differenzverstärker ausgebildet,
so ergibt sich die vorstehende beschriebene Eingangsschaltung mit einem Pluseingang P und einem Minuseingang M. Durch einen
Transistor T am Ausgang des Operationsverstärkers ist der Aufbau der Ausgangsstufe des Operationsverstärkers 25 angedeutet.
Der Pluseingang P ist über einen Widerstand 26 mit einer Minusleitung
27 und über einen Widerstand 28 mit einer Plusleitung
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verbunden. Die Plusleitung 29 steht mit der positiven Klemme eine Betriebsspannungsquelle IJb in Verbindung; die Minusleitung
27 liegt an Masse. Der Minuseingang M des Operationsverstärkers ist über einen Arbeitswiderstand 32 mit seinem
Ausgang verbunden und über einen Widerstand 30 mit einer Eingang
skiemme 31. Von einer zweiten Eingangsklemme 33 führt ein
Widerstand 3.4 zu einem Änschlüßpunkt 35 und von diesem ein
Widerstand 36 zum Minuseingang M. Vom Anschlußpunkt 3£" führt
die Reinschaltung einer in. Stromflußrichtung gepolten Diode 37
und eines Widerstandes 38 zum Anschlußpunkt 39 und von dort
übei einen Widerstand 40 zur Minusleitung 27. Der Abgriffspunkt 44 eines aus den Widerständen 41 und 42 bestehenden
zwischen die Plusleitung 29 und die Minusleitung 27 gelegten
Spannungsteilers ist über eine in Stromflußrichtung gepolte · Diode 43 an den Anschlußpunkt 39 gelegt. Von der Plusleitung
führt, über /die" Widerstände 44» 45 und 46 ein weiterer Spannungsteiler an die Minusleitung 27. An seinem ersten Abgriffspunkt
ist die gewünschte Spritzverstellspannung TJn^ abnehmbar und an
seinen Abgriffspunkt 48 ist der Ausgang des Operationsverstärkers
25 angesjohlpssen. ,
Der in Fig. 3 dargestellte Spritzverstellkennfeld-Generator arbeitetfolgendermaßen J Durch den aus den Widerständen 26 und
gebildeten Spannungsteiler wird das Potential des Pluseinganges P des Operationsverstärkers 25 auf konstantem Potential gehalten.
Die Ansteuerung erfolgt,lediglich über den Minuseingang M, Der
Operationsverstärker 25 ist als Rechenverstärker geschaltet; als. Rückführungswiderstand dient der Widerstand 32 und als Eingangswiderstand
wirkt der Widerstand 30 bzw. das an die Eingangsklemme
33 angeschlossene Dioden^Widerstands-Netzwerk. Der Operationsverstärker wird über seinen Eingang M aus dem Grunde
angesteuert, weil aus Sicherheitsgründen die Drehzahl η und
die Drehzahlspannung ü_ in umgekehrter Proportionalität zuein-
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ander stehen, das heißt, mit steigender Drehzahl fällt die Drehzahlspannung U . Die umgekehrte Proportionalität zwischen
Drehzahl und Drehzahlspannung erhöht deswegen die Sicherheit, weil so bei einem Zuleitungsbruch oder bei einer Störung des
Drehzahlwandlers der Motor nicht überdreht werden kann, sondern dem Regler bereits vorgetäuscht wird, daß der Motor mit der
höchsten im Kennfeld verarbeitbaren Drehzahl läuft.
Zur Erläuterung der Funktion der Schaltung wird zunächst angenommen,
daß die Last des Motores konstant ist, daß also damit Uk konstant ist. Bei steigender Drehzahl wird nun Un kleiner,
aber aufgrund der im Operationsverstärker stattfindenden Vorzeichenumkehr wird die Spannung U™,, positiver. Die Steigung der
geraden Uj™, über η wird durch das Verhältnis Widerstände 32 zu
30 bestimmt. Fun wird ein zweiter Betriebszustand angenommen, bei dem die Drehzahl η konstant ist und sich die Last, und damit
die Spannung U™- verändert. Aus Sicherheitsgründen wird auch
hier wieder ein umgekehrtes Proportionalitätsverhältnis zwischen der Last und der Motorkennfeldspannung U-^- gewählt. Bei Null-Last
hat somit die Motorkennfeldspannung UR ihren größten V/ert. Die
Diode 37 ist dann leitend, weil das Potential des Abgriffspunktes 35 größer als das Potential des Abgriffspunktes 39 ist.
Wird nun die Last vergrößert, so nimmt die Kennfeldspannung UK
ab. So lange die Diode 37 leitend ist, überträgt sich die Änderung der Kennfeldspannung UK auf den Anschlußpunkt 35 und damit
auf den Minuseingang M weniger als bei gesperrter Diode 37, da der Anschlußpunkt 35 über die leitende Diode 37, den Widerstand
38 und die Diode 43 an den Abgriffspunkt 44 des aus den Widerständen 41 und 42 bestehenden Spannungsteilers angeschlossen
ist. Unterschreitet nun die Spannung U^ den V/ert U^0, überschreitet
also die Last eine dieser Spannung entsprechenden 6-röße, so wird die Diode 37 gesperrt und die Spannung Uk wirkt
sich nun über die Widerstände 34 und 36 voll auf den Minuseingang M des Operationsverstärkers 25 aus. Bei gesperrter Diode
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liegt also keine zusätzliöhe Belastung in der Eingangs schal-tung
zwischen der Klemme 33/und dem.Minuseingang M, so daß
dadurch, die Verstärkung des Operationsverstärkers höher erscheint
j als wenn über die leitende Diode 37 zusätzlich eine
gegen Masse bezogene Belastung wirkt. Diese zusätzliche Belastung
ergibt sich aus der !eihenschalturig desWiderstandes
mit der Parallelschaltung der drei Widerstände40» 41 und 42* '.
l)ie Diode 43 ist ständig stromdürchflossen» sie dient lediglich zur Temperaturkompensation. Aus den Diagrammen der Fig. 2
geht hervor, daß sich die Spritzverstellung- erst ab einer ·
Mindestdrehzahl auswirkt und einen maximalen Wert, nicht überschreiten
kann. Diese beiden Forderungen lasseh sich durch den
aus den Widerständen 44, 45λ und 46 bestehenden Ausgangssgannungs-.
teiler erfüllen. Nimmt die Drehzahl beispielsweise höhe Werte; an, so Ist damit die Drehzählspannung TJn klein. Aufgrund der
Vorzeichenumkehr im Operationsverstärker 25 ist somit seine Ausgangsspannung
großj das heißt, daß der Transistor Tgesperrt
ist* Bei gesperrtem Transistor T wird die am Abgriffspunkt 47
abnehmbare Spannung IL~ lediglich durch d^s Verhältnis der
Spannungsteilerwiderstände 44» 45 und 46 bestimmt. Im anderen
.Extremfall, in dem bei sehr kleinen Drenzahlwerten.-die Dreh- " :
Zählspannung Un groß ist, ist aufgrund der Vörzeiöhenumkehr im
Operationsverstärker dessen Ausgangsspannung niedrig, was bedeutet,
daß der Transistor T voll durchgesteuert ist. Ist der
Transistor T jedoch stromführend, so ist der Widerstand seiner
Kollektor-Emitter-Strecke gering und der zwischen dem Abgriffspunkt 48. und Masse liegende Widerstand 46 wird über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T kurzgeschlossen* Der am
Abgriffspunkt 47 abnehmbare Spannungswert der Spannung tJj™ ist "
in diesem Falle somit nur von dem Verhältnis der Widerstände
44 und 45 abhängig. Für den größten und für den kleinsten Wert der
Spritzverstellung sind auf die oben beschriebene Weise ·
elektrische Anschläge vorhanden. - .
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In der Fig. 4 ist schematisch die Anordnung einer Verstellvorrichtung
für entweder die Regelstange einer Einspritzpumpe oder den Angriffspunkt eines Spritzverstellers dargestellt.
Ein Hydraulikkolben 55 wird über die beiden Druckmittelanschlüsse 56 und 57 mit Druckmittel versorgt. Der Hydraulikkolben
55 umfaßt einen Zylinder 59 in dem ein Arbeitskolben 60 längsbeweglich gleitet. Der Arbeitskolben 60 ist über eine
Kolbenstange 61 aus dem Zylinder herausgeführt und mit dem mechanisch zu bewegenden Teil verbunden. Der Zylinder 59 wird
durch den Arbeitskolben 60 in die beiden Druckkammern 62 und 63 geteilt, wobei sich die Druckkammer 62 auf Seiten des Druckmittelanschlusses
56 und die Druckmittelkammer 63 auf Seiten des Druckmittelanschlusses 57 befindet. Der Druckmittelanschluß
56 steht über eine leitung 64 mit einem Drucktank 65 in Verbindung; der Druckmittelanschluß 57 wird über eine Leitung
an ein Umschaltmagnetventil 67 angeschlossen, das je nach seiner
Schaltstellung die Leitung 66 über eine Leitung 68 mit dem Drucktank 65 oder über eine Leitung 69 mit einem Sammeltank 70 verbindet.
Die Kolbenstange 61 ist mit einem Wandler 71 verbunden, der die mechanische Bewegung der Kolbenstange in eine elektrische
Größe umwandelt, die als Istwert einem Stellregler 72 zugeleitet ist. Dem Stellregler 72 ist von einem Kennfeldgenerator
73 ein Sollwert zugeführt. Über eine als gestrichelte Linie angedeutete Verbindung 74 ist die Arbeitswicklung des Umschaltmagnetventiles
67 an den Stellregler angeschlossen. Der Wandler 71 entspricht den Wandlern 16 oder 20 der Fig. 1; er ist
in der Fig. 4 als induktiver Wegegeber angedeutet. Als Kennfeldgenerator 72 kann sowohl der Motorkennfeldgeneratpr 12 oder
der Spritzverstellkennfeld-Generator 17 der Fig. 1 eingesetzt werden.
Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: Das Umschaltmagnetventil
67 verbindet in seiner Ruhestellung, die
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in Fig. 4 angedeutet ist, die Kammer 63 des Zylinder 59 über
die Leitung 66 mit dem Sammeltank 70. Da die Kammer 62 über den
Anschluß 56 und die Leitung 64 ständig mit dem Drucktank verbunden ist, bewegt sich bei Ruhestellung des Umschaltmagnetventiles
67 der Kolben 60 in seine rechte Endlage, die bei
einer Einspritzpumpe beispielsweise der Null-Stellung der
Regeistänge entspricht.- Während des Betriebes wird das Umschaltmagnetvehtil
mit einer, vom Stellregler festgelegten
Frequenz ständig geschaltet. Die von Stellregler gelieferten Schaltbefehle stellen dabei ein pluslangenmodoliertes Signal
dar. Ist die Differenz zwischen Sollwert und Istwert Null,
so liefert der Stellregler ein Schaltsignal, dessen Tastverhältnis
1:1 ist. Während gleichlanger Zeitspannen wird dann die Kammer 63 abwechselnd mit dem Drucktank 65 und dem Sammeltänk
70 verbünden, so daß der Kolben 60 eine Schwingbewegung
um seine Sollwertlage ausführt. Die Größe'der Schwingbewegung
um eine Sollwertlage hängt von der Schaltfrequenz des Umschaltmagnetventile s 67 ab. Um zu erreichen, daß die Verstellkräfte
in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens 60 gleich groß sind,
muß die die Kammer 63 begrenzende Arbeitskolbenfläche doppelt
so groß sein, wie die Arbeitskolbenfläche, auf die der Druck der Kammer 62 wirkt.,Dieses Flächenverhältnis ist deswegen erforderlich, weil die Kammer 62 ständig unter Druck steht, die
Arbeitskolbenfläche an dieser Kammer jedoch um die Fläche der
Kolbenstange 61 kleiner ist als die gegenüberliegende Arbeitskolbenfläche
an der Kammer 63. Sind beide Kammern an den Drucktank angeschlossen, so. ist die Arbeitskolbenfläche an
der Kammer 63 um die Querschnittsfläche der Kolbenstange 61
größer und die resultierende Verstellkraft ergibt sich aus dem Produkt des Druckes mit der Kolbenstangen-Querschnittsfläche,
Ist die Kammer 63 über das Umschaltmagnetventil 67 mit dem
Sammeltank 70 verbunden, so steht nur in der Kammer 62 ein Druck an, der den Arbeitskolben bewegt. Bei dieser Bewegung
ergibt sich die Verstellkraft aus dem Produkt von dem in der Kammer 62 herrschenden Druck mit der Differenz der Arbeits-
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kolbenfläche mit der Fläche der Kolbenstange 61,
Die Fig. 5 zeigt ein Schaltbild eines Stellreglers oder Spritzverstellreglers.
Der Stellregler enthält einen Operationsverstärker 80 der einen Minuseingang M und einen Pluseingang P
aufweist. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist über einen Arbeitswiderstand 81 mit seinem Minuseingang M und über einen
Mitkopplungswiderstand 82 mit seinem Pluseingang P verbunden. Vom Ausgang des Operationsverstärkers ist ferner ein Widerstand
83 an eine Plusleitung 84 gelegt, die an eine Versorgungsspannung Ub2 angeschlossen ist. Vom Pluseingang P führt ein
Eingangswiderstand 85 zu einer Eingangsklemme 86. Vom Minuseingang M ist ein Kondensator 87 an eine Minusleitung 88 gelegt,
die mit Masse verbunden ist. Ferner ist der Minuseingang M über einen Eingangswiderstand 89 mit dem Emitter eines
Transistors 90 verbunden. Der Kollektor des Transistors 90 liegt an der Minusleitung 88, sein Emitter ist über einen Widerstand
mit der Plusleitung 84 verbunden und seine Basis liegt über die Parallelschaltung aus einem Widerstand 92 und einem Kondensator
93 an Masse. Eine Eingangsklemme 94 ist über eine in Stromflußrichtung gepolte Diode 95 an die Basis des Transistors 90 angeschlossen.
Eine weitere Plusleitung 96 ist an eine Ver-8orgungsspannungsq.uelle
Ub- angeschlossen und steht über einen Widerstand 97 mit dem Pluseingang P des Operationsverstärkers
in Verbindung. Zur Betätigung eines Magnetventiles MV ist an den Ausgang des Operationsverstärkers 80 ein dreistufiger Leistungsverstärker
angeschlossen. Der Verstärker enthält die Transistoren 98, 99 und 100. Die Basis des Transistors 98 ist
tiber einen Widerstand 101 an den Ausgang des Operationsverstärkers
80 angeschlossen und über einen Widerstand 102 mit der Minusleitung 88 verbunden. Der Kollektor des Transistors
ist über einen Widerstand 103 mit der Plusleitung 84 verbunden, sein Emitter liegt an Masse. An den Kollektor des Transistors
ist ferner die Basis des Transistors 99 angeschlossen. Der
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Kollektor des Transistors 99 ist über einen Y/iderstand 104 an
die zweite Plusleitung 96 angeschlossen, sein Emitter steht mit der Basis des Transistors 100 in Verbindung. Die Transistoren
99 und 100 bilden zusammen eine sogenannte Darlingtonstufe. Der Emitter des Transistors 100 liegt an Masse und der Kollektor
dieses Transistors ist über die Parallelschaltung aus einem ;
Widerstand 105 Mit einem Kondensator 106 an den einen Anschluß der Arbeitswicklung des Magnetventiles MV angeschlossen. Der
andere Anschluß der Arbeitswicklung des Magnetventiles MV liegt an der Plusleitung 9o,Darüberhinaus ist der Kollektor des
Transistors 100 über die Reihenschaltung eines Widerstandes
mit einer in Sperrichtung geschalteten Diode 108 mit der Plusleitung
96 verbunden« ·
Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: .
An die Eingangsklemme 86 wird die Kennfeldspannung UK angeschlossen,
an die Eingangsklemme 94 die den Istwert darstellende
Spannung UR~ oder auch Uo*™,. Es wird zunächst angenommen, daß
die Spannungen an dem Plus eingang P und an dem Minudieingang M
des Operationsverstärkers- 80 gleich groß sind. Zur Erläuterung
des Schwingverhaltens wird ferner angenommen, daß sich die Ausgangsspannung
des Operationsverstärkers 80 von etwa +Ubο nach
Null sprungartig verändert hat. Der am Ausgang des Operationsverstärkers
80 liegende Anschluß des Arbeitswiderstandes 81 nimmt demzufolge etwa Massepotential an, so daß sich der Kondensator 87 über den Widerstand 81 entladen kann* Infolge der
Entladung des Kondensators 87 sinkt die Spannung am Minuseingang M. Sobald die Spannung am Minuseingang M kleiner geworden
ist, als die Spannung am Pluseingang P, entsteht zwischen P
und M eine Spannungsdifferenz, die den Operationsverstärker
wiederum in seine andere positive Endlage steuert. Aufgrund der
Mitkopplung wird ein schnelles Schaltverhalten erreicht. Ein
Teil des am Ausgang des Operationsverstärkers 80 auftretenden Spannungssprunges überträgt sich über den Mitkopplungswider-
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stand 82 auf den Pluseingang P, so daß die Spannung am Pluseingang
P einen kleinen positiven Sprung vollzieht» Gleichzeitig ist der Kondensator 87 über den Widerstand 81 nun an
+Ubp angeschlossen und lädt sich auf. Sobald jetzt beim Aufladen
die Spannung an M die Spannung an P übersteigt, entsteht zwischen den Eingängen P und M eine derartige Spannungsdifferenz,
daß dadurch der Operationsverstärker wieder in seine andere Endlage umgeschaltet wird. Nun kann sich der Kondensator
87 wieder über den Arbeitswiderstand 81 entladen und der Spannungssprung des Umschaltens überträgt sich durch den
Mitkopplungswiderstand 82 auf den Pluseingang P, so daß an diesem jetzt ein negativer Spannungssprung auftritt. Die
Spannung an P befindet sich unmittelbar nach dem Umschalten unter der Spannung an M, und erst wenn sich der Kondensator
über den Arbeitswiderstand 81 soweit entladen hat, daß die Spannung am Minuseingang M die Spannung am Pluseingang P unterschreitet,
kann der Operationsverstärker erneut umschalten. Die Frequenz, mit der der Operationsverstärker 80 schwingt, hängt
von der Zeitkonstante des von dem Kondensator 87 und dem Arbeitswiderstand 81 gebildeten RC-Gliedes sowie von der Größe
des über den Widerstand 82 auf den Pluseingang P übertragenen Spannungssprunges beim Umschalten ab. Sofern keine zusätzlichen
äußeren Spannungen auf die Eingänge des Operationsverstärkers wirken, ist der Spannungssprung, der sich auf den Pluseingang P
beim Springen der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
von Masse auf +Ubp überträgt genauso groß, wie der Spannungssprung, der sich bei umgekehrter Schaltrichtung überträgt. Auf
diese Weise ergibt sich ein Tastverhältnis von 1:1. Wird nun z.B. der von der Eingangsklemme 86 auf den Pluseingang P
wirkende Sollwert positiver, so dauert das Aufladen des Kondensators 87 länger und das Entladen verkürzt sich. Dadurch
bleibt das Magnetventil MV langer eingeschaltet und kurzer
ausgeschaltet, und somit kann sich der Hydraulikkolben 55 verstellen, bis die Spannungsdifferenz zwischen Sollwert und Ist-
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Robert Bosch GmbH . R. 9791 Cl/St
1 Stuttgart
wert wiederum Null geworden ist.
Da die Einschaltzeit eines Magnetventiles nicht nur von der
Form der Impulse abhängt, die an seiner ArbeitswiGklung gelegt
werden, sondern auch von der Höhe der Spannung;an.- die
die Arbeitswicklung angeschlossen ist, würde sich das Tastverhältnis mit der Änderung einer Batteriespannung ebenfalls
ändern. Betrachtet man die Spannungsquelle Ub1 als Fahrzeugbatterie,
an die das Magnetventil MV angeschlossen ist, so
wirken sich Änderungen der Spannung Ub^ über den Widerstand
auf den Pluseingang P des Operationsverstärkers 80 aus. Der
Einfluß von Änderungen der Spannung Ub-j auf das Tastverhältnis
der gesamten Anordnung wird somit kompensiert. Der von der
Basis des Transistors 90 zur Masse gelegte Kondensator 93 übt einen zusätzlichen Einfluß auf den zeitlichen Verlauf der
an der Eingangsklemme 94 wirkenden Istwertspannung U-n™ aus.
Das dynamische Verhalten des Regelkreises kann auf diese Weise beeinfluß werden. .
- 16 -10-98-41/069 8'
Claims (1)
- Ansprücheegler für Dieselbrennkraftmaschinen,, der einen elektronischen Motorkennfeldgenerator zur Darstellung der Kennfelder der verwendeten Brennkraftmaschine und einen Stellregler enthält, dessen Mihrungsgröße die Ausgangsgröße des Kennfeldgenerators ist, der das Magnetstellwerk einer Einspritzpumpe betätigt und wobei der Regler ferner einen Spritzversteller aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzversteller einen elektronischen Spritzverstellkennfeld-Generator (17) enthält, in dem jede gewünschte Spritzverstellabhängigkeit einstellbar ist, daß die Eingangsgrößen des Spritzverstellkennfeld-Generators die elektrischen Betriebs- und Steuergrößen der Brennkraftmaschine sind und daß die Ausgangsgröße des Spritzverstellkennfeld-Generators (üj™) die Führungsgröße eines Spritzverstellreglers (18) darstellt, der die mechanische Bewegung des Spritzverstellers bewirkt.2, Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzverstellkennfeld-Generator (17) einen als Rechenverstärker geschalteten Operationsverstärker (25) enthält, dessen Eingangsgrößen von einer Drehzahlspannung (Un) und einer Motorkennfeldspannung (UK) gebildet sind und daß mindestens eine der Eingangsgrößen an eine Dioden-Widerstands-Anordnung zur Erzeugung eines nichtlinearen Verhaltens angeschlossen ist.- 17 -109841/0699■ -1 ♦Robert Bosch GmbH R. 9791 Cl/StStuttgart3. Anordnung"nach Anspruch 2, bei der die Eingangsgrößen dem Operationsverstärker über Summierwiderstände zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswiderstand, über den die Motorkennfeldspannung (U^) zugeleitet ist, unterteilt ist (34, 36), daß an den dadurch gebildeten Abgriff (35) eine Diode (37) und die Reihenschaltung zweier Widerstände (38, 40) nach Masse gelegt ist, daß an den Abgriffspunkt (39) letzterer Widerstände (38, 40) die Kathode einer Diode (43) angeschlossen ist, deren Anode mit dem Abgriffspunkt (44) eines aus zwei Widerständen (41, 42) gebildeten zwischen Betriebsspannung und Masse liegenden Spannungsteiler angeschlossen ist.4· Anordnung nach Anspruch 2, bei der die letzte Stufe des Operationsverstärkers von einem Transistor (T)- in Emitterschaltung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Operationsverstärkers an einen Abgriff (41) eines mindestens drei Widerstände (44» 45, 46) umfassenden Spannungsteiler angeschlossen ist und daß das Ausgangssignal an einem anderen Abgriff (48) des so gebildeten Spannungsteilers abnehmbar ist>5· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Stellreglern für das Mengenstellwerfc und den Spritzver- ; steller als Sollwerte die von den Kennfeldgeneratoren er—109841/0090 --Robert Bosch GmbH . R. 9791 Cl/StStuttgartzeugten Führungsgrößen und als Istwerte eine den Stellungen der mechanisch bewegten Teile entsprechende elektrische Größe zugeleitet sind, daß die Ausgangsgrößen der Stellregler pulslängenmodulierte Signale darstellen, die bei der Regelabweichung Null das Tastverhältnis von 1:1 aufweisen, wobei die Stellglieder zum Erzeugen der mechanischen Bewegungen bei Ansteuerung mit dem Tastverhältnis 1:1 sich im Ruhezustand befinden.6, Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder einen Hydraulikkolben (55) und ein Umschaltmagnetventil (67) enthalten, das von einem der Stellregler betätigt ist und daß mit Hilfe des ümschaltmagnetventiles (67) abwechselnd die den Hydraulikkolben betätigenden Druckmittelanschlüsse an einen Drucktank (65) und/oder einen Druckmittelsammeitank (70) angeschlossen sind.7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden unter Einwirkung des Druckmittels stehenden Flächen des Hydraulikkolbens (60) das Flächenverhältnis von 1:2 aufweisen, daß der Druckmittelanschluß (56) auf Seiten der kleineren Fläche unmittelbar mit dem Drucktank (65) und der gegenüberliegende Druckmittelanschluß (57) von dem Umschaltmagnetventil (67) abwechselnd an den Druoktank und den Druckmittelsammeltank (70) angeschlossen ist·- 19 109841/0699S r -. \ 4 tRobert Bosch GmbH R. 9791 Cl/StStuttgart 201171?8. Anordnung nach*Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellregler jeweils einen Operationsverstärker (80) mit zwei Eingangsanschlüssen entgegengesetzter Polarität (.P1 M) , aufweisen (Differenzverstärker), an dessen positiven Eingang (P) das Spritzverstellkennfeld und an dessen negativen Eingang (M) der Istwert eingegeben ist, daß von dem einen der beiden Eingänge ein Kondensator (87) zur Masse und einen Arbeitswiderstand (81) zum Ausgang des Operationsverstärkers gelegt ist und daß der andere der beiden Eingänge des Operationsverstärkers (80) über einen Mitkopplungswiderstand (82) ebenfalls an den Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossen ist, ,9· Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet s daß eine Istwertspannung über einen Emitterfolger (90) dem Verstärkereingang zugeführt'ist, an dem der Arbeitswiderstand (81) und der nach Masse führende Kondensator (87) angeschlossen ist.10* Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekehnzelehnet, daß der mit dem Kennfeld über einen Adäitionswiderstand verbundene Operationsverstärkereihgang (P) über einen Kompensationswiderstand (97) mit derjenigen Spannungsquelle (Ub 1) verbunden ist, an die das Magnetventil angeschlossen ist.11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ,*- 20 109841/0699-. 20 -Robert Bosch GmbH R. 9791 Cl/StStuttgartIstwertspannung über den Emitterfolger (90) an den negativen Eingang (M) des Operationsverstärkers (80) angeschlossen ist, so daß der Operationsverstärker bei Ausfall der Istwertspannung über den Arbeitswiderstand des Emitterfolgers an positiver Spannung liegt, so daß dadurch das Magnetventil stromlos wird und die Yerstelleinrichtungen ihre Nullage einnehmen.12. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des dynamischen Regelverhaltens an dem Eingang für die Istwertspannung ein Vorhalte- oder Verzögerungsglied angeschlossen ist.13· Anordnung nach Anspruch 12 und Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Emitterfolgers über einen Kondensator (93) an Masse angeschlossen ist« »109841/0699
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