DE2801171A1

DE2801171A1 - Vorrichtung zur unterdrueckung von reglerschwingungen an drehzahlgeregelten dieselmotoren

Info

Publication number: DE2801171A1
Application number: DE19782801171
Authority: DE
Inventors: Dietmar Ing Grad Henkel
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1978-01-12
Filing date: 1978-01-12
Publication date: 1979-07-19
Also published as: DE2801171C2

Description

fo/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Nürnberg, 9. Jan. 1978

Vorrichtung zur Unterdrückung von Reglerschwingungen an drehzahlgeregelten Dieselmotoren

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Reglerschwingungen an drehzahlgeregelten Dieselmotoren, insbesondere eine als Dämpfungsvorrichtung dienende und das Regelgestänge beeinflussende mechanische Bremse.

Ein Regler der vorstehend berchriebenen Art ist bereit: bekannt. Sein Nachteil besteht darin, daß das Regelges^a-.gi zunächst durch die .Bremse festgehalten wird, bis die FIi-T-gewichte eine gewisse Verstel !kraft besitzen. Der rncka.u.. "-Ausschlag der Fliehgewichte, der größer ist als der γ.οιτ~> Ausschlag derselben, der dem jeweiligen Betriebszustand der Maschine entspricht und die daraus folgenden starken DrehzahlSchwankungen werden in einer weiterführenden Erfindung (DT-Patentanmeldung K 1^847 Ia/6o) durch eine unter Federwirkung stehende mechanische Bremse beseitigt. Der Nachteil dieser Anordnung Ist, daß der federbelastete Reibbelag in Wechselwirkung mit der Regelstange Haftreibung erzeugt, die vom Arbeitsvermögen des Reglers nicht völlig überwunden werden kann und somit zu unerwünschten bleibenden Regelabweichungen führt. Außerdem weisen diese mechani-

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schen Drehzahlregeleinrichtungen ein relativ großes Einbauvolumen und nur eine gute, Jedoch keine hohe Regelgüte auf.

In einer anderen Vorrichtung (DT-AS Io 21 6^4) versucht man durch einen federnden Leerlaufanschlag den Regler unempfindlich zu machen. Der Nachteil dieser Ausführung ist, daß das Sägen, Schwingungen der Winkelgeschwindigkeit des an den Dieselmotor angekoppelten Drehstromgenerators infolge gegenseitiger Wechselwirkung, nicht unterdrückt wird,

Verwendet man dagegen eine hydraulische Regelstangendämpfung, so reicht entweder der Betrag der Dämpfung nicht in allen Fällen zur Unterdrückung des Sägens aus, oder man erhöht die hydraulische Dämpfung der Regelstange, dann fühtt dies zu einer nicht akzeptierbaren Absenkung der Ausregelgeschwindigkeit von lastbedingten Drehzahleinbrücken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art dahingenenci ' u verbessern, daß unter Berücksichtigung hoher Anforderungen an die Drehzahlkonstanthaltung und Regelgüte die vorgenannten Nachteile vermieden werden.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Reglergehäuse in seinem oberen Bereich von einer verschiebbaren Regelstange durchsetzt ist, die zwischen einem festen Anschlag und einem quer zur Regelstange verschiebbaren Stempel geführt wird, daß der Stempel unter Erzeugung einer Reibkraft derart an die Regelstange andrückbar ist, daß durch Ouerbiegung der Regelstange eine Verkleinerung oder Vergrößerung eines zwischen ihr und dem festen Anschlag vorhandenen Spaltes erfolgt, und daß die Größe der Biegekraft des Stempels durch Entregung bzw. Erregung

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eines Wechselstrommagneten veränderbar ist, der durch eine elektronische Identifizierungseinheit, eine Sägeaussetzlast-Meßschaltung und eine Logikschaltung gesteuert rfircL

Durch diese Vorrichtung erreicht man, daß die Dämpfungskonstante der an die Regelstange gekuppelten Dämpfungseinheit bei Überschreiten einer kritischen Störgrößenamplitude bei zugleich hoher Störgrößenänderungsgeschwindigkeit um ein Vielfaches verringert wird. Das dazu notwendige Schaltsignal wird mit einem Komparator aus der Regelabweichung des Generatorspannungsreglers abgeleitet, die ihrerseits ein Abbild der Störgrößenänderungsgeschwindigkeit sowie der Störgrößenamplitude darstellt. Treten dagegen Störgrößen mit kleiner """^öramplitude auf, so macht es nichts aus, wenn die Stellgeschwindigkeit kleiner ist, da die auftretende flüchtige Regelabweichung im zugestandenen Rahmen bleibt und demnach länger andauern kann. Der elektrische Aufwand zur Klassifizierung der Störgröße scheint gerechtfertigt, da einerseits die größere Ausre^elgeschwindigkeit der Drehzahl auch für kleine Störgrößenamplituden erhalten bleibt, andererseits ein Vollastabwurf des Generators bei nicht gelüfteter Bremse, als Folge eines Drahtbruches nach dem Grenzwertbildner für die Regelabweichung des Generatorspannungsreglers, nur ein geringfügiges Drehzahlüberschwingen des Aggregats zur Folge hat. Als weiterer Vorteil der Erfindung ist zu erwähnen, daß die Optimierungsarbeiten an der Einspritzanlage, die in der Regel erst nach langwierigen empirischen Änderungen zu einem zufriedenstellenden Ergebnis führen und die für jede Aggregat-Motoren-Einhait durchgeführt werden muß, sich auf ein Minimum beschränkt.

Im einzelnen wird vorgeschlagen, daß der Wechselstrommagnet auf einer Platte befestigt ist, die sich bezüglich der Regelstange und einer weiteren Abstützplatte in paralleler Lage befindet, und daß der Abstand der Platte zur

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Abstützplatte mittels einer Stellschraube und einer Vorspann feder verändert werden kann. Nach der Erfindung wird dadurch erreicht, daß der Spalt mittels der Stellschraube und der Vorspannfeder voreinstellbar ist.

Der Kern des Wechselstrommagneten wird nach außen hin verlängert und als Stempel ausgebildet, der das mit einem Kunststoffbelag überzogene Bremsmittel trägt. Die Bremsmittel können als Bremsklötze, Bremsschuhe, Bremshebel oder Bremskeile ausgebildet sein, wobei auch andere Werkstoffe als Kunststoff verwendbar sind.

Nach der Erfindung ist die Reibkraft eine pulsierende Normalkraft, bestehend aus einzelnen Kraftimpulsen hoher Frequenz, die ihrerseits von Nulldurchgängen der Kraft voneinander getrennt sind und von einem Wechselstrommagneten, der elektronisch gesteuert wird, erzeugt werden.

Im einzelnen wird weiter vorgeschlagen, daß die Identifizierungseinheit aus dem bereits bekannten Generatorspannungsregler und einem Grenzwertbildner besteht, d&a dio Regelabweichung mittels Komparator zwischen Istwertgeber und dem Ausgang des Generatorspannungsreglers gebildet wird, und daß beim Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes der Schwellwertschalter, ein Schmitt-Trigger, einen Erregerbefehl ableitet.

Um den Betriebszustand des Generators eindeutig bestimmen zu können, wird erfindungsgemäß eine Sägeaussetzlast-Meßschaltung verwendet, deren Komponenten ein Stromwandler, ein Gleichrichter, ein Tiefpaßfilter und ein Grenzwertbildner mit manuell setzbarer Schwelle sind.

Zweckmäßigerweise werden die auf Logik-Pegel transformierten, aus Identifizierungseinheit und Sägeaussetzlast-

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Meßschaltung gewonnenen, den Betriebszustand des Drehstowgenerators definierenden Signale in einer Logikschaltung, bestehend aus Nand-, Oder- und Und-Gatter weiterverarbeitet Diese Logikschaltung steuert einen, in Emiterschaltang betriebenen, Leistungstransistor, der seinerseits das öffnen und Schließen eines Schalters bewirkt.

Nach der Erfindung kann als Stromquelle für den Wechsel» Strommagneten entweder das 220 V-Netz oder ein Batteriewachselrichter der Zündanlage einer Verbrennungskraftmaschine dienen.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Beispieles entnommen werden.

Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung rein schematisch.

Ein bekanntes, im einzelnen nicht näher zu erläuterndes Reglergehäuse 1 einer Kraftstoffeinspritzpumpe wird in seinem oberen Bereich von einer Regelstange 2 durchsetzt, die in waagrechter Richtung hin- und herschiebbar ist und zum Verändern der jeweils einzuspritzenden Kraftstoffmer-fy= dient. Die Regeistange 2 wird zwischen einem festen Anschlag 3 und einem Stempel 4 geführt, wobei zwischen den Anschlag 3 und der Regelstange 2 ein Spalt 5 vorhanden sein kann. Der Stempel 4 hingegen liegt auch in Ruhestellung an der Regelstange 2 an. Er bildet die Verlängerung des Kerns 22 eines Wechselstrommagneten 8 und trägt ein Bremsmittel 2j5. Der Wechselstrommagnet 8 ist an einer Platte 2o befestigt, die parallel zur Regelstange 2 und einer Abstützplatte 21 verläuft. Der Abstand der Platte

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zur Regelstange 2 und damit die Breite des Spaltes 5 kann mit Hilfe einer Stellschraube 6 und einer Vorspannfeder eingestellt werden. Die Lagerung der Abstützplatte 21 gegenüber einem festen Funkt 1st nur angedeutet. Wenn der Wechselstrommagnet 8 elektrisch erregt wird, drückt der Stempel 4 verstärkt gegen die Regelstange 2 und läßt somit selbst bei groflen Vers tellkrHf* ten des Reglers nur sehr langsame Bewegungen der Hegelstange 2 zu. Dabei sind die Ausgleichsbewegungen der Regelstange 2 nicht stetig sondern sprunghaft, da die Dämpfungsvorrichtung nicht sit konstanten Anpreßdruck sondern mit Kraftimpulsen einer Folgefrequenz von 100 Hz arbeitet, wobei zwischen den Einzelimpulsen echte Null-Werte der Anzugskraft erreicht werden.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, muß der Betriebszustand eines Drehstromgenerators 24 eindeutig bestimmt und die Störgrößenunruhe klassifiziert sein, bevor der Wechselstrommagnet 8 elektrisch erregt wird. In einer Logikschal tung 16, 17, 18, 19 werden die Signale "Anlaßvorgang A% "Ergebnis der Sägeaussetzlast-Messung" und "Störgröflensignalpegel-Messung" miteinander verknüpft. Dazu wird in einer SSgeaussetzlast-Meßschaltung 11, 12, 13, 14, 15 zunächst in einem Stromwandler 11 der Wirkstrom gemessen und in einem Strom-Spannungswandler 12 in ein analoges Spannungssignal verwandelt. Das Ausgangssignal des Strom-Spannungswandlers 12, auf Logik-Pegel begrenzt, wird in einen nachfolgenden Gleichrichter 13, einem Tiefpaßfilter 14 und einem Grenzwertbildner 15 »it manuell setzbarer Schwelle geformt, bevor es in einem Oder-Gatter 17 der Logikschaltung 16, 17* 18, 19 mit dem Anlaßsignal A vereinigt wird. Das nachfolgende Nand-Gatter 18 dient ebenso wie das Nand-Gatter 16 dazu, dem Ausgangssignal des Oder-Gatters 17 bzw. dem Ausgangssignal eines Schwellwertbildners Io das richtige Vorzeichen zu geben.

Das von einem Sollwertgeber erzeugte Sollwertsignal der 909829/0132 /

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Generatorspannung U wird dem Generatorspannungsregler

zugeführt und in bekannter Weise mit dem Istwert der Generatorspannung U. verglichen. Die auf Logik-Pegel transformierte Differenzspannung, die Regelabweichung, wird im elektronischen Schwellwertbildner Io klassifiziert. Der Sehwellwertbildner Io liefert für die Dauer des Überschreitens einer bestimmten Störgrößenamplitude ein Signal, das mit Hilfe der Logikschaltung 16, 17, 18, 19 für die Entregung des Wechselstrommagneten 8 sorgt.

Nur dann, wenn kleiner Störsignalpegel vorherrscht, die Sägeaussetzlast unterschritten und gleichzeitig kein Anlaßvorgang vorliegt, erscheint am Ausgang vom Und-Gatter 19 der Log' .^schaltung 16, 17, 18, 19 ein Signal, das einen in Emitterschaltung betriebenen Leistungstransistor 25 aufsteuert. Dadurch wird ein Schalter 26 geschlossen und der Wechselstrommagnet 8 mit dem 220 V-Netz 27 oder einem Batteriewechselrichter 28 elektrisch verbunden.

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Claims

fo/kr -#-

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Nürnberg, 9- Jan. 197$

Patentansprüche

Vorrichtung zur Unterdrückung von Reglerschwingungen an drehzahlgeregelten Dieselmotoren, insbesondere eine als Dämpfungsvorrichtung dienende und das Regelgestänge beeinflussende mechanische Bremse, dadurch gekennzeichnet, daß das Reglergehäuse (1) in seinem oberen Bereich von einer verschiebbaren Regelstange (2) durchsetzt ist, die zwischen einem festen Anschlag (3) und einem quer zur Regelstange (2) verschiebbaren Stempel (4) geführt wird, daß der Stempel (4) unter Erzeugung einer Reibkraft derart an die Regelsbange (2) andrückbar ist, daß durch Querbiegung der Regelstange (2) eine Verkleinerung oder Vergrößerung eines zwischen ihr und dem festen Anschlag (3) vorhandenen Spaltes (5) erfolgt, und daß die Größe der Biegekraft des Stempels (4) durch Entregung bzw. Erregung eines Wechselstrommagneten (8) veränderbar ist, der durch eine elektronische Identifizierungseinheit (9ß 10), eine Sägeaussetzlast-Meßschaltung (11, 12, 13, 14, 15) und eine Logikschaltung (l6, 17, 18, 19) gesteuert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß

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ORIGINAL INSPECTED

der Wechselstrommagnet (8) auf einer Platte (2o) befestigt ist, daß die Platte (2o) sich bezüglich der Rege^tange (2) und einer weiteren Abstützplatte (21) in paralleler Lage befindet und daß der Abstand der Platte (2o) zur Abstützplatte (21) mittels einer Stellschraube (6) und einer Vorspannfeder (7) veränderbar ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 qnd 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (5) mittels der Stellschraube (6) und der Vorspannfeder (7) voreinstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (22) des Wechselstrommagneten (8) nach außen hin verlängert und als Stempel (4) ausgebildet ist, und daß der Stempel (4) mit einem Bremsmittel (23) versehen ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsmittel (23) als Bremsklötze, Bremsschuhe, Bremshebel oder Bremskeil ausgebildet-. & ad und daß als Werkstoff ein Kunststoff vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkraft zwischen dem Bremsmittel (23) und der Regeistange (2) eine pulsierende Normalkraft, bestehend aus einzelnen Kraftimpulsen hoher Frequenz ist, die ihrerseits von Nulldurchgängen der Kraft voneinander getrennt sind und von dem Wechselstrommagneten (8), der elektronisch (9,bis 19) steuerbar ist, erzeugt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungseinheit aus einem Generatorspannungsregler (9) und einem Grenzwertbildner (lo) besteht, daß die Regelabweichung vermittels Komparator zwischen Istwertgeber und Ausgang des Generatorspannungsreglers (9) gebildet wird und daß beim Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes der Schwellwertgeber, ein

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-3-Schmitt-Trigger, einen Erregerbefehl .ableitet.

8. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten der Sägeaussetzlast-Meßschaltung ein Stromwandler (11), ein auf Logik-Pegel Strom-Spannungswandler (12), ein Gleichrichter (13), ein Tiefpaßfilter (14) und ein Grenzwertbildner (15) mit manuell setzbarer Schwelle sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Logik-Pegel transformierten aus Identifizierungseinheit (9, Io) und Sägeaussetzlast-Meßschaltung (11 bis 15) gewonnenen, den Betriebszustand des Drehstromgenerators (24) genau kennzeichnenden Signale in einer Logikschaltung, bestehend aus Nand-Gatter (16), Oder-Gatter (17), Nand-Gatter (18) und Und-Gatter (19) weiterverarbeitet werden und daß die Logikaschaltung einen in Emmitterschaltung betriebenen Leistungstransistor (25) steuert, der seinerseits einen Schalter (26) öffnet und schließt.

Io. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle für den Wechselstrommagneten (8) entweder das 220 V- Netz (27) oder ein Batteriewechselrichter (28) dient.

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