DE2256209B2 - Drehzahlregler für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehzahlregler für Einspritzbrennkraftmaschinen mit einem sich drehzahlabhängig unter der Fliehkraft von Fliehgewichten entgegen der Kraft mindestens einer Drehzahlregelfeder bewegenden Regelglied, mit einem der Festlegung der zu regelnden Drehzahl dienenden Drehzahlregelhebel, durch welchen die von der Regelfeder auf das Regelglied ausgeübte Kraft änderbar ist, und mit einem Schwinghebel, der ein Fördermengenverstellglied einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem der Kraftstoffmengensteuerung dienenden Steuerhebel verbindet und der außerdem am Regelglied angelenkt ist.

Solche Regler können unabhängig von Lastschwankungen den Motor auf eine ganz bestimmte, festgelegte Drehzahl einregulieren und die dabei vorhandene Drehzahlabweichung kann beliebig festgelegt werden. Solche Einrichtungen werden vor allem für Motoren zum Antrieb von Generatoren mit Vorteil verwendet.

Bei den bisher bekannten mechanischen Drehzahlreglern der obengenannten Bauart (AT-PS 2 01 928 und Fliehkraft-Verstellregler RSVder Robert Bosch GmbH, Stuttgart, entsprechend der Druckschrift VDT-UBP 211/11), bei denen die in den Fliehgewichten entstehende Fliehkraft als Drehzahlregelkraft benützt wird und entgegen der Kraft einer Feder wirkt, welche der genannten Fliehkraft die Waage halten soll, bestimmen

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65 die fest eingestellten Werte dieser Feder den Drehzahlabweichungsfaktor (P-Grad). Diese Drehzahlregler haben jedoch die nachstehend aufgeführten Nachteile: Um die von der mechanischen Arbeitweise der Feder herrührenden Drehzahlschwankungen (auch »hunting« oder »Sägen« genannt) zu verhüten, darf man den P-Grad nicht zu klein festlegen. Im Falle des Generatorbetriebes, bei dem die momentane Drehzahlabweichung aber niedrig sein muß, bei unter Umständen niedriger Betriebsdrehzahl, erfüllt der bisher gebräuchliche Regler seine Aufgabe nicht in ausreichendem Maße.

Die Erfindung hat nun die Aufgabe, einen Drehzahlregler für Brennkraftmaschinen vorzuschlagen, bei dem die oben erwähnten Nachteile vollständig beseitigt sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Steuerhebel mit einem vom Ausgang eines elektronischen Steuergerätes gesteuerten Gleichstromstellmotor gekuppelt ist, und das elektronische Steuergerät mit einem die Drehzahl der Brennkraftmaschine festlegenden elektrischen Drehzahlsollwertgeber, einem die Drehzahl der Brennkraftmaschine abgreifenden elektrischen Drehzahlabgreifer, einem die Lage des Fördermengenverstellglieds abgreifenden elektrischen Regelstangenlageabgreifer und einem den P-Grad festlegenden elektrischen P-Grad-Steuerglied verbunden ist. In einer weiteren Ausgestaltung des Erfir.dungsgegenstandes vergleicht das elektronische Steuergerät die vom Drehzahlsollwertgeber festgelegte Spannung mit der Summe der Spannung des Drehzahlabgreifers und der Spannung des Regelstangenlageabgreifers und erzeugt eine von der sich dabei ergebenden Differenz abhängige Ausgangsspannung.

Durch die erfindungsgemäße Aufschaltung des elektronisch angesteuerten Stellmotors auf einem Fliehkraftdrehzahlregler wird ' zusätzlich zu der bei Generatorbetrieb erforderlichen Verkleinerung des P-Grads auch bei Ausfall der elektronischen Steuerung eine für den Notbetrieb ausreichende Regelfunktion vom Fliehkraftdrehzahlregler aufrechterhalten, so daß dieser dann als Sicherheitsregler dient.

Durch die GB-PS 12 51 447 ist bereits eine Regeleinrichtung bekanntgeworden, bei der das Fördermengenverstellglied einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Hilfe eines Elektromotors verstellbar ist. Diese Einrichtung kann nur eine einzige durch eine Kurvenbahn festgelegte Regelkurve begrenzen, eine für den Generatorbetrieb erforderliche genaue Drehzahlregelung mit entsprechend kleinem P-Grad ist nicht verwirklichbar und bei Ausfall auch nur einer einzigen elektrischen Steuergröße ist die Regeleinrichtung wirkungslos und in der momentanen Stellung blockiert.

Im folgenden soll nun der erfindungsgemäße Drehzahlregler anhand des in der Zeichnung dargestellten praktischen Ausführungsbeispiels näher erklärt werden.

Fig. 1 zeigt einen vereinfacht dargestellten Querschnitt;

Fig.2 ist ein Diagramm, das die Regelcharakteristik des erfindungsgemäßen Drehzahlreglers zeigt.

Mit Γ ist ein nur teilweise dargestelltes Reglergehäuse bezeichnet, das zugleich Teil des Gehäuses einer nicht näher dargestellten Einspritzpumpe 1 ist. 2 ist die Nockenwelle der Einspritzpumpe, 3 ist ein auf der Nockenwelle 2 starr befestigtes großes Zahnrad und 4 ist eine am Drehzahlreglergehäuse Γ starr befestigte feststehende Achse, auf der ein mit einem Fliehgewichtsträger 4' zusammengebautes kleines Zahnrad 5 gelagert ist, welches zur Erzielung einer Drehzahlüber-

Setzung mit dem großen Zahnrad 3 in Eingriff steht. An dem Fliehgewichtsträger 4' sind Fliehgewichte 6 schwenkbar befestigt, welche sich mit der gleichen Drehzahl drehen wie das der Drehzahlübersetzung dienende kleine Zahnrad 5. 7 ist ein Regelglied, das durch die Fliehgewichte 6 eine ihn auf der feststehenden Achse 4 in der Abbildung nach rechts verschiebende Schubkraft erfährt. Eine Drehzahlregelfeder 8 hat die Aufgabe, das Regelglied 7 in einer der oben genannten Schubkraft entgegenwirkenden Richtung zu verschieben. 9 ist ein Drehzahlregelhebel, durch dessen Schwenkbewegung die auf das Regelglied 7 einwirkende Kraft der Drehzahlregelfeder 8 geändert werden kann. 10 ist eine als rördermengenverstellglied der Einspritzpumpe 1 dienende Regelstange und 11 ist ein der Kraftstoffmengensteuerung dienender Steuerhebel. Beide Teile 10 und 11 sind in den Gelenkpunkten 12a und h durch einen Schwinghebel 12 miteinander verbunden, dessen mittlerer Drehpunkt mit \2c bezeichnet ist und an dem Regelglied 7 angelenkt ist. 13 ist ein Gleichstromstellmotor, auf dtssen Welle 13' ein Hebel 14 starr befestigt ist, der durch eine Vc^rbindiiiigsstange 15 mit dem obengenannten Steuerhebel 11 verbunden ist. 16 ist ein elektronisches Steuergerät, dessen Ausgangsspannung dem oben erwähnten Gleichstromstellmotor 13 zugeführt wird. 17 ist ein elektrischer Drehzahiabgreifer, welcher die Drehzahl des der Drehzahlübersetzung dienenden großen Zahnrades 3 in eine Impulsanzahl umwandelt, welche dann weiterhin in eine Spannung umgewandelt wird und so als Eingangssignal dem elektronischen Steuergerät 16 zugeführt wird. 18 ist ein aus einem veränderlichen Widerstand bestehender elektrischer Drehzahlsollwertgeber und 19 ist ein aus einem Differentialtransformato,-bestehender elektrischer Regelstangenlageabgreifer (induktiver Weggeber), welcher eine der Verschiebungslage der Regelstange 10 entsprechende Ausgangsspannung erzeugt, welche als Eingang dem elektronischen Steuergerät 16 zugeführt wird. Das elektronische Steuergerät 16 vergleicht die festgelegte Spannung Vs des oben erwähnten elektrischen Drehzahlsollwertgebers 18 mit der Spannungssumme aus der der Drehzahl des oben erwähnten Drehzahlabgreifers 17 entsprechenden Spannung VN und der der Regeistangenlage des oben erwähnten elektrischen Regelstangenlageabgreifers 19 der entsprechenden Spannung VR, und erteilt je nach der sich dabei ergebenden Differenz dem oben erwähnten Gleichstromstellmotor 13 einen Vorwärtsdrehbefehl oder einen Rückwärtsdrehbefehl. 20 ist ein elektrisches Steuerglied für den Drehzahlabweichungsfaktor, im folgenden auch P-Grad-Steuerglied genannt, durch welches der Wert des Koeffizienten der oben erwähnten der Regelstangenlage entsprechende Spannung VR geändert werden kann, wodurch der sogenannte »P-Grid« des Reglers festgelegt wird.

Der in der oben erwähnten Weise aufgebaute Drehzahlregler gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet in der nachstehend beschriebenen Weise.

Wenn sich der Motor dreht, drehen sich auch die Fliehgewichte 6, deren Fliehkraft bestrebt ist, das Regelglied 7 in der Abbildung nach rechts zu verschieben. Die festgelegte Vorspannung der Drehzahlregelfeder 8 ist jedoch so groß, daß sie bei der im gewöhnlichen Betriebszustand vorhandenen Drehzahl nicht weiter als gezeichnet zusammengedrückt wird. Das Regelglied / bbibt demnach unbewegt in seiner ursprünglichen, gezeichneten Lage.

Der Schwinghebel 12 kann nun in diesem konstanten Betriebszustand um seinen Drehpunkt 12c, der seine Eingriffsverbindung mit dem Regelglied 7 darstellt, gedreht werden, die Regelstange 10 wird dabei über den Steuerhebel 11 durch den Gleichstromstellmotor 13 klar und eindeutig gesteuert.

Die Drehbewegung des Gleichstromstellmotors 13 wird, wie dies oben bereits dargelegt wurde, durch die Ausgangsspannung VO des elektronischen Steuergerätes 16 gesteuert, dessen Ausgang sich nach der Größe der Differenz richtet, die man erhält, wenn man vcn der durch den elektrischen Drehzahlsoliwertgeber 18 festgesetzten Spannung Ks die Spannungssumme VW + VR abzieht; das ist die Summe aus der von dem elektrischen Drehzahiabgreifer 17 kommenden und der Drehzahl des Motors entsprechenden Spannung VW und der von dem elektrischen Regelstangenlageabgreifer 19 kommenden und der Regelstangenlage entsprechenden Spannung VR. Im Gleichgewichtspunkt jedoch, in welchem die beiden obengenannten Spannungen Vs und (VN + Voneinander gleich sinr", ist die Ausgangssnanniing VO des oben genannten elektronischer; Steuergerätes 16 gleich Null, so daß sich der Gleichstromstelimotor 13 nicht dreht, und die Kraftstoffregelstange 10 unbewegt bleibt.

Wenn nun die Motordrehzahl ansteigt, und die dieser Motorurehzahl entsprechende Spannung VA' größer wird, so daß der Zusammenhang zwischen den beiden Spannungen Vs, und (VN + VR) durch die Gleichung Vs<(VN + VR) auszudrücken ist, dann wird durch das von dem elektronischen Steuergerät 16 erzeugten Ausgangssignal VO der Gleichstromstellmotor 13 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn gedreht, so daß die der Regelstangenlage entsprechende Spannung VR kleiner wird. Die Verbindungsstange 15 wird dabei nach rechts verschoben und der Steuerhebel il wird entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn geschwenkt, der Schwinghebel 12 wird im Uhrzeigersinn geschwenkt und die Regelstange 10 wird nach rechts verschoben (s. Fig. 1), so daß die Kraftstoffeinspritzmenge verringert und die Drehzahl gesenkt wird. Wenn nun, entgegengesetzt zu dem oben geschilderten Fall, die der Drehzahl entsprechende Spannung VN kleiner wird, so daß der Zusammenhang zwischen den beiden Spannungen VS und (VN + VR) durch die Gleichung Vs> (VN~+ VR) ausgedrückt werden kann, dann wi.d durch das Ausgangssignal VOdes elektronischen Steuergerätes 16 der Gleichstromstellmotor 13 in der dem oben erwähnten Fall entgegengesetzten Richtung, d. h. also in Fig. 1 im Uhrzeigersinn, gedreht und die Regelstange 10 wird nach links verschoben, so daß die der Regelstangenlage entsprechende Spannung VR größer. Dadurch wird die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht und die Drehzahl steigt. Durch Wiederholung der oben ei wannten Regelvorgänge wird die durch den elektrisehen Drehzahlsollwertgeber 18 festgelegte Drehzahl Ns aufrechterhalten.

F i g. 2 zeigt ein Diagramm mit drei Kurven (a), (b) und (c) für den Fall einer Änderung des Lastdrehmomentes. Auf der Odinatenachse ist die Drehzahl N und auf der Abszissenachse die Zeit Γ aufgetragen. Wenn sieh nun, wie aus der Kurve (a) zu ersehen ist, zum Zeitpunkt TX die Last sprungartig von dem mit EIN bezeichneten Zustand auf den mit AUS bezeichneten Zustand ändert, dann verbleibt bekanntlich die Regelstange 10 eine ganz \ ,irze Zeit lang unverändert in ihrer ursprünglichen Lage, die Drehzahl des Motors steigt deshalb an, und die der Drehzahl entsprechende Spannung VW wird größer und nimmt den Wert

VN + Δ VN an. Der Zusammenhang zwischen den beiden oben erwähnten Spannungen VS und (VN + VR) kann jetzt durch die Gleichung VS <(VN + VR) ausgedrückt werden, und durch den Ausgang des elektronischen Steuergeräts 16 wird der Gleichstromstellmotor Π entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn, d. h. also im Sinne einer Verringerung der Einspritzmenge gedreht. Da jedoch die Verschiebungslage der Regelstange 10 zurückgemeldet wird, wird die der Regelstangenlage entsprechende Spannung VR Meiner und nimmt den Wert VR — Δ VR an. und schließlich erhalten wir den Zustand, der durch die Gleichung Vs = (VN + Δ VN) + (VR - Λ VR) ausgedrückt wird, (I. h. also, die der Drehzahl entsprechende Spannung steigt von VNauf VN + Δ VNan und wird in dem Zustand stabilisiert, in welchem die Motordrehzahl von Ns auf Ns + Δ Ns angestiegen ist. Wenn sich danach die Last zum Zeitpunkt T2 aus dem AUS-Zustand in den FJN-Zustand ändert, dann bekommen wir die umgekehrte Arbeitsfunktion wie oben, und die Motordrehzahl wird von Ns + ANs auf Ns nach unten hin stabilisiert. Wenn das elektrische P-Grad-Stcuerglied 20 betätigt wird, kann der Koeffizient der der Regelstangenlage entsprechenden Spannung VR geändert werden, und deshalb ist es möglich, daß schon eine winzigkleine Verschiebung der Regelstange 10 einen sehr großen Einfluß auf die Regelung ausübt. Es ist natürlich auch möglich, daß der P-Grad gleich Null wird. Der oben beschriebene Arbeitsablauf hat die in der F i g. 2 in der Kurve (c) dargestellte Steuercharakteristik.

Wenn der elektrische Stromkreis des Gleichstrom-Stellmotors 13 unterbrochen oder gestört wird und dam die Motordrehzahl ansteigt, wird die Drehzahlregelfeder 8 zusammengedrückt, das Regelglied 7 verschiebt sich nach rechts (s. Fig. 1), der Schwinghebel 12 wird um seinen Gelenkpunkt \2b mit dem Steuerhebel 11 im Uhrzeigersinn geschwenkt und die Regelstange 10 wird nach rechts verschoben, was eine Verringerung der Kraftstoffeinspritzmenge und somit ein Absinken der Drehzahl bedeutet. Wie man hieraus deutlich ersieht, liegt ein besonderer Vorteil des Drehzahlreglers gemäß der vorliegenden Erfindung darin, daß er sowohl als elektrischer Regler mit hoher Leistung ais auch als mechanischer Regler verwendbar ist. und er ist deshalb als Sicherheitsregler zu bezeichnen und als solcher verwendbar. Wenn der Kraftstoffsteuerhebel 11 in seiner Vollaststellung starr befestigt ist und wenn man den Drehzahlregelhebel 9 mit dem Gaspedal des Fahrers kuppelt, kann man den Regler als mechanischen Drehzahlregler der bekannten »Alldrehzahl«- oder »Verstellregler«-Bauart für die Verwendung in Fahrzeugen benützen. Wenn man also beispielsweise diesen Regler etwa in einem Stromgeneratorfahrzeug für den Antrieb, d. h. bei der Fahrt verwendet, dann benützt man diesen Regler bis zum Ziel in der oben beschriebenen Weise als mechanischen Drehzahlregier der »Alldrehzahlw-Bauart und nach der Ankunft am Ziel benützt man die mechanischen Teile als Schutzeinrichtung und den Regler als elektrischen Drehzahlregler mit guter Frequenzstabilität, wodurch er natürlich einen außerordentlich große Nutzwirkungsgrad besitzt

Weiterhin haben wir in dem obenbeschriebenen praktischen Beispiel die in der Fig.2, Kurve (c) dargestellte Steuercharakteristik und die gesamte Drehzahlabweichung oder der P-Grad ist mit X bezeichnet und außerordentlich klein. Die Festlegung eines ganz bestimmten P-Grads kann beliebig gewählt werden, und je nach dem Vcrwcndungsfall kann aucl der festgelegte P-Grad gleich Null sein.

Der Drehzahlregler gemäß der vorliegenden F.rfin dung kann auch abweichend von der oben beschriebe nen Weise in der nachstehend beschriebenen Weis« eingesetzt werden, ohne daß er allzugroße Mänge zeigt. In konstruktiver Hinsicht genügt es. wenn man ausgehend von dem oben beschriebenen praktischer Ausführungsbeispiel nach Fig. I und Fig. 2(a) und (c) den elektrischen Regelstangenlageabgreifer 19 und das elektrische P-Grad-Steuerglied 20 ausbaut. Wenn mar in diesem PaIIe die festgelegte Spannung Vv dc< Drehzahlsollwertgebers 18 und die der Drehzahl entsprechende Spannung VN'des Drehzahlabgreifers 17 miteinander vergleicht und findet, daß Vs> VN ist, dann wird von dem elektronischen Steuergerät 16 dem Gleichstromstellmotor 13 ein Signal gegeben, welches bewirkt, daß er sich im Uhrzeigersinn dreht und die Regelstange 10 wird nach links verschoben (V i a. 1). d. h. also die Kraftstoffeinspritzmenge wird erhöht. Wenn umgekehrt Vs< VN ist, dreht sich der Gleichstromstellmotor 13 in der umgekehrten Richtung und die Kraftstoffeinspritznienge wird verringert. Indem die oben beschriebene Arbeitsweise sich immer wiederholt, wird eine Motordrehzahl Wsaufrecht erhalten. Da wir in diesem Fall nicht ein System haben, bei welchem die Rcgclst'ingenlage abgegriffen und zurückgemeldet wird, habpn wir bei einer Laständerung den Vorgang wie er in der Fi g. 2 in der Kurve ^dargestellt ist. Die gesamte momentane Drehzahiabweichiing. d. n. der sog. »vorübergehende P-Grad« beträgt 2 X und im Vergleich mit dem oben erwähnten praktischen Ausführungsbeispiel (Fig. Odern sog. »Zweikreis«-Verfahren, ergibt das vorerwähnte isochrone Verfahren für die gesamte momentane Drehzahlabweichung einen größeren Wert.

Wenn nun die Drehzahlregclcharakteristiken einerseits des bisher gebräuchlichen mechanischen Reglers und andererseits des erfindungsgemäßen elektrischen Reglers in seinen beiden Bauformen nämlich des Zweikreis-Reglers nach F i g. 1 und des Isochron-Reglers miteinander verglichen werden, erhalten wir nachstehende Ergebnisse. Im Falle der Verwendung des Reglers für einen Motorgenerator hat der Motor sechs Zylinder, 4.9 Liter und 2400 Umdrehungen in der Minute und dabei eine Leistung von 35 PS, und der Regler ist sogar dann leistungsfähig, wenn diese Last von 36 PS schnell zu- bzw. abgeschaltet wird, oder anders ausgedrückt, entsprechend den Bezeichnungen in F i g. 2 von AUS auf EIN bzw. von EIN auf AUS umgeschaltet wird.

	Bisher gebräuchlicher	Bleibender	Vorüber
55	mechanischer Drehzahlregler	P-Grad	gehender
	Nach dem »Zweikreis«-		P-Grad
Verfahren arbeitender elek	4%	8%
trischer Drehzahlregler
nach der Erfindung	beliebig	1,3%
ö5 Nach dem Isochron-Verfahren
arbeitender elektrischer
Drehzahlregler
nach der Erfindung	0%	1,3%

Wie oben dargelegt wurde, kann bei dem erfindungsgemäßen Drehzahlregler der Drehzahlabweichungsfaktor (P-Grad) beliebig festgelegt werden. Da außerdem die Ansprechgeschvindigkeit sehr schnell ist, so hat man den hervorragenden Vorteil, daß es möglich ist, den momentanen Drehzahlabweichungsfaktor (vorübergehenden P-Grad) auf einen äußerst kleinen Wert herunter?»drücken.

Da seiOs' dann, wenn beispielsweise im elektrischen

System ein Defekt vorkommen sollte, der mechanische Teil als Sicherheitsregler arbeitet, kann man eine Überdrehzahl des Motors verhüten. Da man an dem bisherigen mechanischen Teil keinerlei Abänderung vornehmen muß, so hat man den weiteren großen Vorteil, daß man diesen Regler in Stromgeneratorfahrzeugen oder dergleichen sowohl zur Regelung beim Fahrbetrieb als auch zur Regelung beim Generatorbetrieb verwenden kann.

Hi.-r/u 2 Blatt Zciclinunecn

Claims (2)

"S Jt: Patentansprüche:

1. Drehzahlregler für Einspritzbrennkraftmaschinen mit einem sich drehzahlabhängig unter der Fliehkraft von Fliehgewichten entgegen der Kraft mindestens einer Drehzahlregelfeder bewegenden Regelgiied, mit einem der Festlegung der zu regelnden Drehzahl dienenden Drehzahlregelhebel, durch welchen die von der Regelfeder auf das Regelglied ausgeübte Kraft änderbar ist, und mit einem Schwinghebel, der ein Fördermengenverstellglied einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem der Kraftstoffmengensteuerung dienenden Steuerhebe! verbindet und der außerdem am Regelglied angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerhebel (11) mit einem vom Ausgang (VO) eines elektronischen Steuergerätes (16) gesteuerten Gleichstromstellmotor (13) gekuppelt ist, und das elektronische Steuergerät (16) mit einem die Drehzahl der Brennkraftmaschine festlegenden elektrischen Drehzahisoiiwerxgeber (18), einem die Drehzahl der Brennkraftmaschine abgreifenden elektrischen Drehzahlabgreifer (17), einem die Lage des Fördermengenverstellglieds (10) abgreifenden elektrischen Regelstangenlageabgreifer (19) und einem den P-Grad festlegenden elektrischen P-Grad-Steuerglied (20) verbunden ist

2. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Steuergerät jo (16) die vom Drehzahlsollwertgeber (18) festgelegte Spannung (Vs) mit der Summe (VN + VR) der Spannung (VN) des Drehzahlabgreifers (17) und der Spannung (VR)des Regelstangenlageabgreifers (19) vergleicht und eine von der si"h dabei ergebenden Differenz abhängige Ausgangsspannung (VO) erzeugt.