DE2319505A1 - Messfuehler fuer niederfrequente drehmomentschwankungen einer kraftmaschine - Google Patents
Messfuehler fuer niederfrequente drehmomentschwankungen einer kraftmaschineInfo
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Description
PatenianwäftQ
Dr. Ing. H. Nocnndanlc
DiDl Ing. H. Hauc'c - Die! Pnvs. W. Schmitz
THE BENDIX CORPORATION Dipl. ing. f. Graelis - ΓΗ. irg V-' VVehne
8 München 2, iiwk-srtssraSe 25
Executive Offices Telefon 5330586
Bendix Center
Southfield, Mich. 48 o75, USA lo. April 1973
Anwaltsakte M-26o6
Meßfühler für niederfrequente Drehmomentschwankungen einer Kraftmaschine
; Die Erfindung betrifft eine Motorregeleinrichtung, gekennzeich-
; net durch einen Meßfühler für das vergleichende Zusammenwirken mit
I dem Motor in Abhängigkeit von einer gewählten Arbeitskennlinie ; des Motors zur Erzeugung eines Signals für diese Kennlinie. :
! Das Gebiet der Meßfühler für die Arbeitsparameter von Kraftmaschinen erstreckte sich bisher in erster Linie auf Meßfühler für die
Hauptparameter wie Drehzahl und Abgabeleistung und, im Falle von
! Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung, auf Nebenparameter wie die
I Temperatur der Luft und des Kühlmittels, den Luftverbrauch bzw. ' den Absolutladedruck. Es ist bekannt, daß eine wahrnehmbare Verrin-
j gerung der Hauptparameter festgestellt werden kann, wenn die Güte
j der Motorleistung unter einen optimalen Pegel abzufallen beginnt, I während die vorstehend erwähnten Nebenparameter unverändert blei-
f ben. Dieser Zustand läßt sich leicht dadurch beobachten, daß man
j einfach eine Zündkerzenverbindung unterbricht, worauf sich ein
— 2 —
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merklicher Abfall der Abgabeleistung des Motors beobachten läßt, während die durch die Drehzahl bewirkte Temperatur und der Druck
im wesentlichen unverändert bleiben. Außerdem bemerkt der Fahrer 'eines mit einem solchen Motor ausgestatteten Fahrzeuges eine Verringerung
der Qualität der "Fahrbarkeit" dieses Fahrzeugs.
:Es wurde festgelegt, daß die als "Fahrbarkeit" bezeichnete Eigenischaft,
die bisher durch routinierte Fahrer mehr oder weniger !empirisch ermittelt wurde, praktisch das Vorhandensein einer unerwünschten
und normalerweise periodischen Schwankung der Motorenidrehzahl
um einen Nennwert bedeutet und durch positive sowie negaitive
Beschleunigungen des Motors hervorgerufen wird. Sie ist im I Kurvenbild der Figur 2 dargestellt. Diese Schwankung spürt der Fah-I
rer als niederfrequente Welligkeit, die allgemein "Drehmomentschwan-Ikung"genannt
wird.
i ■
μι Diese Erscheinung ist meist das Ergebnis von Schwankungen des Moto-^
ι ■ ■
jrendrehmoments, die sich durch Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit
sowie auch durch Änderungen der Schwingungen von Motor und Fahrzeug bemerkbar machen. Die besten Verfahren zur Bestimmung diejser
Drehmomentschwankungen bestanden bisher einerseits im Einsatz
!routinierter Fahrer.und andererseits in der Verwendung eines Drehimomentwächters
in Verbindung mit der Abgabeleistung des Motors. Für
den Durchschnittsfahrer erweisen sich beide Wege als völlig unzu- !länglich, da sie entweder sehr große Routine oder ziemlich kostspielige
Meßgeräte erfordern. Da jedoch die gegenwärtige Gesetzgebung
I ;
jüber Schadstoffemission beim Versuch, die durch den Motor erzeugten
Abgase unter Kontrolle zu bringen, einen streng geregelten Bereich
309848-/08U
_3_
_ "5 —
für die Motorenleistung verlangt, kommt einem solchen Meßfühler erhöhte Bedeutung zu.
Bei der Anwendung von Regeleinrichtungen auf Verbrennungskraftmaschinen
zur Erzielung der gewünschten niedrigen Pegel von Schadstoffemission ergab es sich, daß für verschiedene Arten oder Grade
der Motorenarbeit beispielsweise verschiedene Luft-Brennstoffverhältnisse bzw. verschieden starke Konzentrationen der Rückführung
von Abgasen zum Motor (Nachverbrennung) wünschenswert sind. Außerdem können auch andere Motorengrößen für verschiedene Arbeitsweisen
des Motors verändert werden. Beispielsweise kann der stabile Betrieb eines Motors einen Nachverbrennungspegel oder ein Luft-Brennstoffverhältnis
erfordern, während eine Beschleunigung oder Abbremsung sowie das Anlassen des Motors verschiedene Pegel für das Luft-Brennstoff
verhältnis , die Nachverbrennung oder für beide erforderlich machen kann. Ein Verfahren, dauernd richtige Luft-BrennstoffVerhältnisse
bzw. Nachverbrennungsmengen zu erhalten, würde vorprogrammierte Daten für die Bedingungen bei jedem denkbaren Zustand des Motorenbetriebs
erfordern. Andererseits lassen sich durch laufende Messung des unebenen oder rauhen Laufs des Motors falsche Luft-Brennstoffverhältnisse
bzw. falsche Nachverbrennungsmengen durch die Größe der LaufUnebenheit bestimmen, die während des Motorenbetriebs durch
diese Ungenauigkeiten eingeführt werden.
Um diese Nachteile zu beseitigen, ist erfindungsgemäß in Verbindung
mit einer Kraftmaschine ein Meßfühler für niederfrequente Drehmomentschwankungen
zur Bestimmung und Anzeige des Zustands nieder- : frequenter Drehmomentschwankungen oder unebenen Laufes vorgesehen.;
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Mit der Erfindung wird ein Arbeitsparameter des Motors gemessen, I der eine Komponente für niederfrequente Drehmomentschwankungen um-
!faßt und der, durch entsprechende Signalverarbeitung einschließ-
!lieh der notwendigen Filterung, ein Ausgangssignal erzeugt, das
die Art oder den Grad der MotorSchwankungen anzeigt. Ferner ist erfindungsgemäß
ein Verfahren zur Verwendung des so erzeugten Signals für die Drehmomentschwankungen vorgesehen, um den Motor in einer
Regelschleife zu regeln.
I Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschrei-
bung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher
Bedeutung sein. In den Zeichnungen ist: \
Fig. 1 der Seitenriß einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein Blockschaltbild der Erfindung,
Fig. 2 ein Kurvenbild mit den Schwankungserscheinungen,
Fig. 3 der Teil des Blockschaltbildes, der Fig. 1 mit näheren Einzelheiten,
Fig. 4 der Stromlaufplan eines Teils des Blockschaltbildes der Fig. 3,
Fig. 5 ein.Kurvenbild zur Veranschaulichung der Leistung der
Schaltung der Fig. 4.
309846/081 4
Figur 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine Io, die in den erfindungsgemäßen
Regelkreis geschaltet ist. Der Motor Io kann in normaler Weise über eine elastische Motoraufhängung mit einem Rahmen
verbunden sein. Der Meßfühler 12 ist mit dem Motor gekoppelt und mißt die Drehung der Zähne 14 des Zahnrades 16. Das Zahnrad 16 ist
Jan die Kurbelwelle des Motors gekuppelt und kann beispielsweise das
Normalerweise vorgesehene Aggregat Drehkranz/Schwungrad des Motors
ader auch ein zusätzlich vorgesehenes Getriebeteil sein. Die besondere
Lage oder Anordnung des Zahnrades 16 und des Meßfühlers 12 ist nicht erfindungswesentlich, und es braucht sich nur das Zahnrad 16
synchron mit dem Motor Io zu drehen. Der Meßfühler 12 ist so angeprdnet,
daß er über die Leitung Daten an die Meßfühlerschaltung 2o
abgibt. Das Ausgangssignal der Meßfühlerschaltung gelangt über die Leitung 22 an eine Verarbeitungseinrichtung 24, der in diesem Fall ι
jäer Regler für die Arbeitsparameter des Motors ist. Die Steuerschaltung
28 erzeugt dann einen Korrekturfaktor oder ein berichtigtes
Regelsignal, das schließlich über die Leitung 26 an den Motor Lo abgegeben wird.
)er Regler oder die Verarbeitungseinrichtung 24 ist eine Schaltung,
die ein anliegendes Signal für unebenen Lauf in eine bestimmte Korrektur für ein Nachverbrennungsventil, für das Luft-Brennstoffverhältnis
einer zugeordneten Brennstoffversorgung, für die Zündanlage|des
Motors Io oder für eine beliebige Kombination davon um- ;
!setzt. Der Regler kann entweder digitale oder analoge Regelgrößen in
den oder die zu^regelnden Arbeitsparameter des Motors einführen. ι
! heißt, ein Paramter kann zwischen zwei Werten in Abhängigkeit ;
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— g _
vom Signal für den unebenen Lauf (digital) hin- und hergeschaltet
I werden oder er kann auch in einem Bereich von Werten in Abhängigkeit
von der Größe bzw. der Dauer des Signals für den.unebenen j Lauf verändert werden. Der Regler 24 kann auch die entsprechenden
j Vorrichtungen in Gestalt der erforderlichen Ventile, Stellglieder
j usw. enthalten, um damit den Grad und die Art der gewünschten Rege-
j lung durchzuführen;
Das Kurvenbild der Figur 2 zeigt die Schwankungserscheinungen.
Das Kurvenbild der Figur 2 zeigt die Schwankungserscheinungen.
!Die Linie 5o "ohne Schwankung" stellt den mit einer im wesentlichen
!konstanten Drehzahl laufenden Motor dar. In der Praxis kann dieses
j Signal einen Sinuswellenanteil (Welligkeit) von der verhältnismäßig
j ;
!hohen Frequenz von 2o Hz oder mehr und mit einer Amplitude zwischen
den Spitzen von maximal 12 U/min enthalten. Im Vergleich dazu stellt
j das Schwankungssignal 52 ein periodisches oder sinusförmiges Signaij.
dar, dessen Amplitude zwischen den Spitzen erheblich höher ist j (über 2o U/min) und dessen Frequenz bei etwa 3 Hz liegt. Dieses ·
Signal soll erfindungsgemäß herausgefiltert und weiterverwandt werden.
In Figur 3 ist die erfindungsgemäße Einrichtung als Blockschaltbild
dargestellt. Das in Fig. 1 gezeigte Zahnrad 16 gibt ein Drehzahlsignal
an den Meßfühler 12 ab, der in diesem Falle ein normaler magnetischer Abgriff ist, der auf den abwechselnden Zustand von
Zahn und Lücke bei der Drehung des Zahnrades 16 anspricht. Der Meß-*
fühler 12 gibt dann ein elektrisches Signal über die Leitung 18 an
die Meßfühlerschaltung 2o ab. Diese Schaltung besteht aus dem Frequenzwandler 28 sowie der Differenzier- und Filterschaltung 3o. \
309846/0814 " 7 "
Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 3o gelangt dann als Signal für den unebenen Lauf über die Leitung 22 an die Signalver-
: arbeitungseinrichtung 24.
In Figur 4 ist die erfindungsgemäße Meßfühlerschaltung in einem
Ausführungsbeispiel dargestellt, das dem Blockschaltbild der Fig.3
entspricht. An der Eingangsklemme 3ol liegt das Signal des Frequenzwandlers 28 an, der es über die RC-Glieder 3o2, 3o3 und 3o4,
3o5 an die Eingangsklemme des Verstärkers 3o6 weiterleitet. Das Ausgangssignal des Verstärkers wird auf der Leitung 22 übertragen.
Die aus der Parallelschaltung des Widerstandes 3o8 und Kondensators 3o9 bestehende Rückführungsschaitung verbindet den Ausgang j
mit dem Eingang. Die vorstehend beschriebene Schaltung ist ein Differenzierglied mit Dreiecksfilter. Durch geeignete Auswahl der |
i elektrischen Werte der Impedanzen werden im Dreiecksfilter die un-j
erwünschten Frequenzen ausgefiltert. Es wurde bestimmt, daß Fre- j quenzen, die über 2o rad/sec liegen, für die Anzeige von Drehmoment:-
schwankungen nicht erwünscht sind, und daß eine geringere Empfind-.
lichkeit als etwa o,l rad/sec nicht erforderlich ist. Die Ausfilte-
!
j rung gilt daher für Signale von über ca 2o rad/sec und wird durch
j rung gilt daher für Signale von über ca 2o rad/sec und wird durch
Bauteile mit den folgenden Impedanzwerten erreicht:
Widerstand 12 kohm
Kondensator 4 uF
Widerstand 12 kohm
Kondensator 4 uF :
Widerstand 5Io kohm
Kondensator o.l uF - 8 -
309846/08 1 4
- 8 Man erkennt, daß verschiedene Bauteile und Bauteilwerte zur Ausle-
; gung der Schaltung verwendet werden können, um die gewünschten Ergebnisse
zu erreichen.
In Figur 5 ist das Kurvenbild 6o für die Arbeitsweise der in Fig.4
gezeigten Schaltung dargestellt. Die Kurve zeigt den Logarithmus
der Verstärkung der Schaltung der Figur 4 als Funktion von log uj , wobei uO in diesem Falle die Frequenz des in rad/sec der Schwan- i kung ausgedrückten Signals für die Schwankung ist. Der Logarithmus^ der Verstärkung steigt von null bei der Frequenz von o,l rad/sec
bis zur maximalen Amplitude A bei einem Wert von etwa 2o rad/sec ι an und fällt danach steil ab.
der Verstärkung der Schaltung der Figur 4 als Funktion von log uj , wobei uO in diesem Falle die Frequenz des in rad/sec der Schwan- i kung ausgedrückten Signals für die Schwankung ist. Der Logarithmus^ der Verstärkung steigt von null bei der Frequenz von o,l rad/sec
bis zur maximalen Amplitude A bei einem Wert von etwa 2o rad/sec ι an und fällt danach steil ab.
Die Anstiegsflanke 62 der Kurve 6o von etwa o,l rad/sec der Schwankung
bis etwa 2o rad/sec wird durch die Differenzierschaltung bestimmt, während die Abstiegsflanke 64 der Kurve 6o bei Schwankungswerten, die über 2o rad/sec liegen, durch das Dreieckfilter bestimrrt
wird. Die Filterbauteile sind so ausgewählt, daß die dreifccken oder
Zweige (mindestens annähernd) zusammenfallen. Durch ein Filter ;
mit einer größeren Anzahl von Ecken oder Zweigen könnte die Ab- ;
Stiegsflanke 64 noch steiler gehalten werden, während ein Filter :
i mit nur zwei Zweigen eine weniger steile Abstiegsflanke ergeben
würde. Jedoch ein Filter mit nur einem Zweig wäre nicht jnöglich,
da es keine Abstiegsflanke erzeugen würde.
da es keine Abstiegsflanke erzeugen würde.
Man erkennt, daß die Erfindung die gestellten Aufgaben in einfacher
Weise löst. Durch Messung des Kräftepaars der Drehzahl des sich an
3 09 84 6/08U
Magnetfühler 12 vorbeidrehenden Zahnrades 16 können die schrittweisen
Beschleunigungen bestimmt werden, die ein Ergebnis der Schwankungserscheinungen sind. Durch Einspeisung des Ausgangssignals
des magnetischen Abgriffs in die Schaltung der Figur 4 wird j ein verarbeitungsfähiges Ausgangs signal (Figur 5 j^^cias11 'zur Rege-
j lung der Verarbextungsvorrichtung 24 dient, die als Regler für das Luft-Brennstoffverhältnis oder als Steuerventil für die Nach-
verbrennung ausgestaltet sein kann. In Abhängigkeit von der maximalen
LaufUnebenheit, mit welcher der zugeordnete Motor arbeiten soll, kann der Schwellwert eines Signals festgelegt werden, so
daß die Verarbextungsvorrichtung bei einem bestimmten Prozentsatz der maximalen Amplitude des Signals mit ihrer Korrekturarbeit beginnt.
309846/08U
Claims (7)
1.) Regeleinrichtung für eine Kraftmaschine, gekennzeichnet durch einen Meßfühler (12), der für ein vergleichendes Zusammenwirken
mit der Kraftmaschine ausgelegt ist und in Abhängigkeit von einer gewählten Arbeitscharakteristik der Kraftmaschine ein Signal für
diese Charakteristik erzeugt, wobei diese Charakteristik minde-
j stens eine Komponente für DrehzahlSchwankungen der Kraftmaschine
·
besitzt, ferner durch eine Schaltung (2o), an welcher das Meßfühlersignal
anliegt und die die Drehzahlschwankungskomponente aus diesem Meßfühlersignal herausfiltert und die weiter ein Signal für die DrehzahlSchwankungen abgibt und schließlich durch
eine Einrichtung (24), die in Abhängigkeit von dem Signal für die Drehzahlschwankungen ein Ausgangssignal erzeugt, wenn dieses
Signal für die Drehzahlschwankungen in einem bestimmten Bereich liegt.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßfühler (12) Vorrichtungen zur Messung des Drehmoments der:
Kraftmaschine umfaßt.
- 11 -
309846/08U
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßfühler (12) auch Vorrichtungen zur Messung der Beschleunigung der Kraftmaschine enthält.
der Meßfühler (12) auch Vorrichtungen zur Messung der Beschleunigung der Kraftmaschine enthält.
j 4. .Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltung (2o) ein Filter zur Abgabe eines Signals enthält-, dessen Frequenz größer ist als ca. 1 Hz.
die Schaltung (2o) ein Filter zur Abgabe eines Signals enthält-, dessen Frequenz größer ist als ca. 1 Hz.
5. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltung (2o) ein Filter zur Abgabe eines Signals enthält,
die Schaltung (2o) ein Filter zur Abgabe eines Signals enthält,
dessen Frequenz kleiner ist als 15 Hz. ι
6. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltung (2o) ein Filter zur Abgabe eines Signals enthält, dessen Frequenz zwischen 1 Hz und 5 Hz liegt.
7. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Signalgeber (22) einen Rechenverstärker (3o6) zur Erzeugung(
eines Ausgangssignals enthält, dessen Verhältnis von Verstär- ;
kungsfaktor : Frequenz durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:
Io g —— k log !
. 1
worin AQ die Amplitude des Ausgangssignals ist, u) die Frequenz
des gefilterten Signals in rad/sec und k eine Proportionalitäts konstante größer als Null.
309846/0814
Le e rs e i te
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OI | Miscellaneous see part 1 | ||
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8136 | Disposal/non-payment of the fee for publication/grant |