DE2418203C3 - Control device for internal combustion engines with exhaust gas turbochargers - Google Patents

Control device for internal combustion engines with exhaust gas turbochargers

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Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für fcrennkraftmaschinen mit Abgasturbolader zum Antrieb •eegehender Schiffe, bei der eine Blockierung einer Itraflstoffzumeßeinrichtung veränderbar ist.The invention relates to a control device for internal combustion engines with exhaust gas turbochargers for driving purposes • outgoing ships in which a blocking of a fuel metering device can be changed.

Bei hochseegehenden Schiffen bewirkt die Stampfbewegung des Schiffes eine steigende oder fallende Belastung der Brennkraftmaschine. Taucht das Heck des Schiffes tiefer ein oder läuft das Schiff auf eine Welle tuf, steigt die Belastung schlagartig an. Durch das Irägheitsbedingle Nacheilen des Turboladers entstehen einerseits Perioden thermischer Überlastung, anderer» seits kann bei plötzlicher Entlastung ein Laderpumpen auftreten.In the case of ships going deep at sea, the pitching movement of the ship causes a rising or falling Load on the internal combustion engine. If the stern of the ship dips deeper or the ship runs on a wave tuf, the load increases suddenly. The lag of the turbocharger is caused by the inertia on the one hand periods of thermal overload, on the other hand a supercharger pumping in the event of sudden relief appear.

Die kritischen Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine bei Seegang können durch Zurücknahme der Marschdfehzahl vermieden werden* Nachteilig hierbei ist, daß die Motorleistung nicht optimal ausgenutzt wird-The critical operating ranges of the internal combustion engine in rough seas can be reduced by reducing the Minor marches should be avoided * Disadvantageous here is that the engine power is not being used optimally-

Eine Regeleinrichtung der eingangs beschriebenen Art ist bekannt (CH-PS 24 99 93), Dabei wird in Abhängigkeit vom Ladedruck die Blockierung einer Kraftstoffzumeßeinrichtung verändert. Die bekannte Regelvorrichtung soll bewirken, daß beim Verstellen der Propellerflügel auf verminderte Fahrt die Drehzahl der Brennkraftmaschine selbsttätig so eingestellt wird, daß der Druck der Aufladeluft höchstens auf 60% des Aufladedrucks bei Vollast absinkt.A control device of the type described above is known (CH-PS 24 99 93) Depending on the boost pressure, the blocking of a fuel metering device changed. The well-known The control device is intended to ensure that the speed is reduced when the propeller blades are adjusted the internal combustion engine is automatically adjusted so that the pressure of the supercharging air is at most 60% of the Boost pressure drops at full load.

Ferner ist eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader bekannt (DE-PS 7 17 841), bei der die Blockierungsänderung in Abhängigkeit vom absoluten Aufladedruck geregelt wird. Hierdurch soll für Fahrzeugantriebe, die in stark schwankenden Höhen arbeiten, eine optimale Ausnutzung geschaffen werden.Furthermore, there is an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger known (DE-PS 7 17 841), in which the blocking change as a function of the absolute boost pressure is regulated. This is intended for vehicle drives that work at highly fluctuating heights, a optimal utilization can be created.

Ferner ist bekannt (DE-AS 10 94 526) die einstellbare Kraftstoffhöchstmenge in Abhängigkeit von der jeweiligen Nutzlast eines Fahrzeugs derart zu begrenzen, daß die einstellbare Höchstmenge mit abnehmender Nutzlast kleiner wird. Durch diese Regelung soll verhindert werden, daß Fahrer gering belastete Fahrzeuge übermäßig beschleunigen und dadurch unwirtschaftlich betreiben.It is also known (DE-AS 10 94 526) the adjustable To limit the maximum amount of fuel as a function of the respective payload of a vehicle in such a way that the maximum amount that can be set decreases with decreasing payload. This regulation is intended to prevent that drivers accelerate lightly loaded vehicles excessively and thus uneconomical operate.

Schließlich ist eine Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt (US-PS 18 28 650), bei der ein Massependel beispielsweise auf die Steuerorgane einer Kraftstoffpumpe einwirkt. Das Massependel wird dabei in Abhängigkeit vou der Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben. Durch die bekannte Regeleinrichtung soll eine periodische Bewegung in eine andere periodische Bewegung zu Regelzwecken umgeformt werden. Die sekundäre periodische Bewegung ist durch Änderung von Federcharakteristiken, Pendellängen usw. veränderbar.Finally, a control device for internal combustion engines is known (US-PS 18 28 650), in which a Mass pendulum acts, for example, on the control elements of a fuel pump. The mass pendulum is thereby depending on the speed of the internal combustion engine driven. The known control device is intended to cause a periodic movement into another periodic movement can be transformed for control purposes. The secondary periodic movement is through Change of spring characteristics, pendulum lengths, etc. changeable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die bei Seegang die unterschiedliche Wellenhöhe und den Belastungszustand der Brennkraftmaschine erfaßt, jedoch bei guter See oder bei Fahnen im Revier die volle Manövrierfähigkeit und Belastbarkeit nicht beeinträchtigt.The invention is based on the object of providing a control device for internal combustion engines of the initially mentioned to create the type described, the different wave heights and the load condition in rough seas the internal combustion engine detected, but full maneuverability in good seas or flags in the area and resilience not affected.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Blockierung in Abhängigkeit der Senkrechtbewegung des Schiffskörpers veränderbar ist.According to the invention, this object is achieved in that the blocking depends on the vertical movement the hull is changeable.

Dies ist mit einfachen Mitteln dadurch zu erreichen, daß ein vertikal schwingendes Massependel einen Steuerschieber betätigt, der die Druckmittelleitung eines hydraulischen bzw. pneumatischen Stellgliedes beherrscht, das mit dem Blockierungsanschlag verbunden ist. Durch das Massependel wird sowohl die Größe als auch die Richtung der senkrechten Schiffsbewegung angegeben, so daß entsprechend der Belastung das Stellglied den Blockierungsanschlag auf mehr bzw. weniger Füllung verstellt. Das Ausmaß der Verstellung ist abhängig von der Schwingungsdauer des Massependels. This can be achieved with simple means by a vertically oscillating mass pendulum Actuates the control slide that controls the pressure medium line of a hydraulic or pneumatic actuator that is associated with the blocking stop. Due to the mass pendulum, both the size as well as the direction of the vertical movement of the ship, so that according to the load the Actuator adjusts the blocking stop to more or less filling. The extent of the adjustment depends on the period of oscillation of the mass pendulum.

Grundsätzlich kann das Massependel mechanisch über Hebel mit dem Steuerschieber verbunden sein. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Massependel über einen elektrischen Schalter und einen Elektromagneten den Steuerschieber betätigt. Diese Anordnung bringt Vorteile für die Anordnung des Massependels in bezug auf die hydraulische Steuereinrichtung, was bei großen Schiffsantrieben besonders wichtig ist.In principle, the mass pendulum can be mechanically connected to the control slide via levers. According to one embodiment of the invention it is proposed that the mass pendulum has a electrical switch and an electromagnet actuates the control slide. This arrangement brings Advantages for the arrangement of the mass pendulum in relation to the hydraulic control device, what at large Marine propulsion is particularly important.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Grundeinstellung des Blockierungsanschlages durch ein Schraubstück einstellbar. Hierdurch kann die maximal zulässige Belastung bei ruhiger See eingestelltAccording to a further embodiment of the invention, the basic setting of the blocking stop is through a screw piece adjustable. This allows the maximum permissible load to be set in calm seas

werden-will-

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Stellglied aus einem federbelasteten, in einem Arbeitszylinder geführten Arbeitskolben besteht, dessen freie Stirnfläche von dem Druckmittel über ein r> Druckventil beaufschlagt wird, und am Druckraum des Arbeitszylinders ein druckmittelbeaufschlagtes Entlastungsventil mit einem wegabhängigen Drosselquerschnitt vorgesHien ist, das bei der Entlastung gedämpft in seine geöffnete Ausgangsstellung zurückgeht, indem Hi es unter Federkraft das Druckmittel über eine Drosselöffnung verdrängt. Gibt der Steuerschieber durch die Bewegung des Massependels die Druckleitung frei, so wird der Arbeitskolben entgegen der Federkraft verschoben, wobei eine am Arbeitskolben angreifende ι ί Stange aus dem Arbeitszylinder herausragt und mit dem Blockierungsanschlag verbunden ist. Geht der Steuerkolben in seine Ausgangslage zurück, dann wird der Arbeitskolben durch die Federkraft zurückgestellt, wobei das Druckventil schließt und das Entlastungsven- >n ti! öffnet. Durch die Drcsselöffnung und den wegabhängigen Drosselquerschnitt des Entlastungsventil wird die Rückstellbewegung sowohl des Entlastungsventil als auch des Arbeitskolbens gedämpft, so daß sta'iile Regelverhältnisse auftreten. Das Maß der Dämpfung >-, wird zweckmäßigerweise durch eine einstellbare Drosselöffnung den Betriebsbedingungen angepaßt. Die Drosselöffnung selbst kann eine Bohrung, Nut oder ein Passungsspiel sein, durch das der Druckraum mit einer Entlastungsleitung verbunden ist. Der maximale Stellweg des Arbeitskolbens kann durch eine Entlastungsbohrung im Arbeitszylinder begrenzt werden, die nach einem vorgebbaren Stellweg vom Arbeitskolben freigegeben wird.In an embodiment of the invention it is proposed that the actuator consists of a spring-loaded, is guided in a working cylinder working piston, whose free end face is acted upon by the pressure medium via a r> pressure valve, and a druckmittelbeaufschlagtes relief valve is vorgesHien with a path-dependent throttle cross-section at the pressure chamber of the working cylinder, which returns to its open starting position in a damped manner when the load is released, in that it displaces the pressure medium via a throttle opening under spring force. If the control slide releases the pressure line through the movement of the mass pendulum, the working piston is displaced against the spring force, a rod engaging the working piston protruding from the working cylinder and being connected to the blocking stop. If the control piston goes back to its starting position, the working piston is reset by the spring force, the pressure valve closes and the relief valve-> n ti! opens. The return movement of both the relief valve and the working piston is dampened by the throttle opening and the path-dependent throttle cross-section of the relief valve, so that stable control conditions occur. The degree of damping> - is expediently adapted to the operating conditions by means of an adjustable throttle opening. The throttle opening itself can be a bore, groove or a fit through which the pressure chamber is connected to a relief line. The maximum travel of the working piston can be limited by a relief bore in the working cylinder, which is released by the working piston after a predetermined travel.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der r> Erfindung dargestellt.In the drawing, embodiments of the r> Invention shown.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung mit mechanischer Betätigung eines Steuerschiebers durch ein Massependel, 4(1Fig. 1 shows a schematic representation of a control device according to the invention with a mechanical Actuation of a control spool by a mass pendulum, 4 (1

Fig.2 zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung, bei der das Massependel über einen elektrischen Schalter und einen Elektromagneten den Steuerschieber betätigt.2 also shows a schematic representation a control device according to the invention, in which the mass pendulum via an electrical switch and a Solenoid actuates the control spool.

Mit 1 ist ein vertikal schwingendes Massependel 4> bezeichnet, das mit einem Hebel 2 an einem Aufleger 3 angelenkt und an einer Feder 4 aufgehängt ist. Am Hebel 2 greift eine Kolbenstange 5 eines Steuerkolbens 6 an, der in einem Steuerzylinder 7 axial verschiebbar geführt ist. Der Steuerschieber 6 beherrscht eine -,n Druckmittelzufuhrleitung 8. Vom Steuerzylinder 7 führen zwei Druckmitteileitungen 9 und 10 zu einem Stellglied 11. Dieses besteht im wesentlichen aus einem Arbeitszylinder 12 und einem federbelasteten Arbeitskolben 13, dessen Kolbenstange 14 mit einem -,-, verstellbaren Blockierungsanschlag 15 verbunden ist. Der Blockierungsanschlag 15 begrenzt die Stellbewegung einer Regelstange 16 einer nicht näher dargestellten Kraftstoffzumeßeinrichtung. Die Druckmittelleitung 9 ist über ein Druckventil 17 mit einem Druckraum 18 des Arbeitszylinders 12 verbunden. Das Druckventil 17 ist mit einem Entlastungsventil 19 so abgestimmt, daß es erst öffnet, wenn das Entlastungsventil 19 durch das Druckmittel entgegen der Kraft einer Feder 20 eine Entlastungsbohrung 21 des Druckraumes 18 geschlossen hält. Das Entlastungsventil 19 wird im Betätigungsfalle über die Druckmittelleitung 10 mit Druckmittel beaufschlagt, wobei ein Druckmittelraum 22 des Entlastungsventils 19 eine Entlastungsbohrung 23 mit einstellbarer Drosselöffnung 24 aufweist. Ferner greift die Ventilnadel 25 während eines Teils des Öffnungsweges mit ihrer Spitze in die Entlastungsbohrung 21 und bildet mit dieser einen wegabhängigen Drosselquerschnitt. Zur Begrenzung der Stellbewegung des Arbeitskülben 13 ist am Arbeitszylinder 12 eine weitere Entlastungsbohrung 26 vorgesehen, die nach einem vorgebbaren Stellweg des Arbeitskolbens 13 von diesem freigegeben wird.With 1 is a vertically oscillating mass pendulum 4> denotes which is articulated with a lever 2 on a trailer 3 and suspended from a spring 4. At the Lever 2 engages a piston rod 5 of a control piston 6, which is axially displaceable in a control cylinder 7 is led. The control spool 6 masters a -, n Pressure medium supply line 8. Two pressure communication lines 9 and 10 lead from the control cylinder 7 to one Actuator 11. This consists essentially of a working cylinder 12 and a spring-loaded working piston 13, the piston rod 14 with a -, -, adjustable blocking stop 15 is connected. The blocking stop 15 limits the adjusting movement a control rod 16 of a fuel metering device not shown in detail. The pressure medium line 9 is connected to a pressure chamber 18 of the working cylinder 12 via a pressure valve 17. The pressure valve 17 is coordinated with a relief valve 19 so that it does not open until the relief valve 19 through the Pressure medium against the force of a spring 20, a relief bore 21 of the pressure chamber 18 is closed holds. In the event of actuation, the relief valve 19 is supplied with pressure medium via the pressure medium line 10 acted upon, with a pressure medium space 22 of the relief valve 19 having a relief bore 23 having adjustable throttle opening 24. Furthermore, the valve needle 25 engages during part of the opening path with its tip in the relief bore 21 and forms with this a path-dependent throttle cross-section. To limit the adjusting movement of the working piston 13, there is another on the working cylinder 12 Relief bore 26 is provided, which after a predeterminable travel of the working piston 13 of this is released.

Beim Eintauchen des Schiffsheck1= oder Auflaufen des Bugs auf eine Welle bewirkt uip Massekraft des Massependels 1 eine Verschiebung des Steuerkolbens nach oben. Hierbei wird die Verbindung der Druckmittelzuführungsleitung 8 und der Druckmittelleif.'ngen 9 und tO hergestellt und das Entlastungsventil 19 entgegen der Kraft der Feder 20 geschlossen. Durch den sich nun weiter aufbauenden Druck wird das Druckventil 17 geöffnet und der Arbeitskolben 13 mit dem Blockierungsanschlag 15 in Richtung »weniger Füllung« bewegt.Upon immersion of the stern 1 = or emergence of the bow on a shaft causes uip inertia force of the mass of the pendulum 1 is a displacement of the control piston upward. Here, the connection of the pressure medium supply line 8 and the pressure medium lines 9 and t0 is established and the relief valve 19 is closed against the force of the spring 20. The pressure, which now continues to build up, opens the pressure valve 17 and moves the working piston 13 with the blocking stop 15 in the direction of “less filling”.

Geht das Massependel in seine Ausgangslage zurück, wird die Druckmittelzuführung unterbrochen. Durch die Feder 20 wird das Entlastungsventil 19 geöffnet, wobei das Druckmittel über die Entlastungsbohrung 23 hinausgeschoben wird. Die Öffnungsbewegung erfolgt dabei gedämpft, da die Entlastungsbohrung 23 eine einstellbare Drosselöffnung 24 aufweist. Bei geöffnetem Entlastungsventil 19 besteht eine Verbindung vom Druckraum 18 des Arbeitszylinders 12 über die Entlastungsbohrung 21 des Arbeitszylinders und eine Öffnung 26 des Entlastungsventils zu dem nicht näher dargestellten Druckmittelvorratsbehälter. Mit abnehmendem Druck im Druckraum 18 wird der Arbeitskolben unter Einwirkung der Federkraft in die Ausgangslage zurückgestellt. Die Rückstellbjwegung erfolgt ebenfalls gedämpft, solange die Ventilnadel 25 mit der Entlastungsbohrung 21 einen Drosselquerschnitt bildet.If the mass pendulum returns to its starting position, the supply of pressure medium is interrupted. Through the The relief valve 19 is opened by spring 20, the pressure medium being released via the relief bore 23 is postponed. The opening movement is dampened because the relief bore 23 is a has adjustable throttle opening 24. When the relief valve 19 is open, there is a connection from Pressure chamber 18 of the working cylinder 12 via the relief bore 21 of the working cylinder and a Opening 26 of the relief valve to the pressure medium reservoir, not shown in detail. With decreasing Pressure in the pressure chamber 18 is the working piston under the action of the spring force in the starting position deferred. The Rückstellbjwegung is also damped as long as the valve needle 25 with the Relief bore 21 forms a throttle cross-section.

A b b. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem das Massependel 1 über einen Hebel 2 einen elektrischen Schalter 27 betätigt, der den Stromkreis eines Elektromagneten 28 schließt, der mit dem Steuerkolben 6 verbunden ist. Die übrigen Teile entsprechen der Ausführung nach Abb. 1. Bei der Aufwärtsbewegung des Massependels 1 wird der Schalter 27 betätigt, worauf der Steuerschieber nach oben bewegt wird und die Verbindung zwischen der Druckmittelzuführung 8 und den Druckmittelleitungen 9 und 10 herstellt.A b b. 2 shows another embodiment in which the mass pendulum 1 via a lever 2 a actuated electrical switch 27, which closes the circuit of an electromagnet 28, which with the Control piston 6 is connected. The other parts correspond to the design according to Fig. 1. In the Upward movement of the mass pendulum 1, the switch 27 is actuated, whereupon the control slide after is moved above and the connection between the pressure medium supply 8 and the pressure medium lines 9 and 10 manufactures.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolader zum Antrieb seegehender Schiffe, bei der eine Blockierung einer Kraftstoffzumeßein- ■> richtung veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierung in Abhängigkeit der senkrechten Bewegung des Schiffskörpers veränderbar ist1. Control device for internal combustion engines with exhaust gas turbochargers to drive seagoing ships, in the case of a blockage of a fuel metering unit direction is changeable, characterized in that the blocking as a function the vertical movement of the hull can be changed 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch in gekennzeichnet, daß ein vertikal schwingendes Massependel (1) einen Steuerschieber (6) betätigt, der die Druckmittelleitung (9, 10) eines hydraulischen bzw. pneumatischen Stellgliedes (11) beherrscht, das mit dem Blockierungsanschlag (15) f> verbunden ist2. Control device according to claim 1, characterized in that a vertically oscillating Mass pendulum (1) actuates a control slide (6) which controls the pressure medium line (9, 10) of a hydraulic or pneumatic actuator (11) dominated with the blocking stop (15) f> connected is 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Massependel 1 Ober einen elektrischen Schalter (27) und einen Elektromagneten (28) den Sneuerschieber (6) betätigt. -'< >3. Control device according to claim 2, characterized in that the mass pendulum 1 over one electrical switch (27) and an electromagnet (28) actuates the new slide (6). - '< > 4. Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundeinstellung des Blockierungsanschlages (15) durch ein Schraubstück einstellbar ist4. Control device according to claim 2 or 3, characterized in that the basic setting the blocking stop (15) is adjustable by a screw piece 5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 3 2> bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (11) aus einem federbelasteten, in einem Arbeitszylinder (12) geführten Arbeitskolben (13) besteht, dessen freie Stirnfläche von dem Druckmittel über ein Druckventil (17) beaufschlagt wird, und am Druck- «> raum (18) des \ibeitszylinders ein druckmittelbeaufschlagtes Entlastungsventil (191 mit einem wegabhängigen Drosselquerschnitt vorgesehen ist, das bei der Entlastung gedämpft >n seine geöffnete Ausgangsstellung zurückgeht, indem es unter Federkraft s"> das Druckmittel über eine Drosselöffnung (24) verdrängt.5. Control device according to one of claims 3 2> to 4, characterized in that the actuator (11) consists of a spring-loaded working piston (13) guided in a working cylinder (12), the free end face of which from the pressure medium via a pressure valve (17 ) is acted upon, and in the pressure chamber (18) of the side cylinder, a pressure-medium-loaded relief valve (191 with a path-dependent throttle cross-section is provided, which attenuates> n its open starting position when the pressure is released, in that it under the spring force s "> the pressure medium displaced via a throttle opening (24). 6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung (24) einstellbar ist. 4«6. Control device according to claim 5, characterized in that the throttle opening (24) is adjustable is. 4 « 7. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Stellweg durch eine Entlastungsbohrung (26) im Arbeitszylinder (12) begrenzt ist, die nach einem vorgebbaren Stellweg vom Arbeitskolben (13) -r> freigegeben wird.7. Control device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the maximum Travel is limited by a relief bore (26) in the working cylinder (12), which after a The adjustable travel of the working piston (13) -r> is released.
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