DE3347517C1 - Vorrichtung zur Regelung der den Zylindern einer aufgeladenen Brennkraftmaschine durch Einspritzpumpen zuzuführenden Brennstoffmenge - Google Patents

Description

a) eine Einrichtung aufweist, mit der der von einem Ladeluftdruckaufnehmer (27) fortlaufend ermittelte Ladeluftdruck in ein dem Füllungs-Sollwert entsprechendes Signal umsetzbar ist, und der ferner

b) eine Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung (28; 29, 30) umfaßt, mit der die einspritzpumpenseitig mögliche Füllung stufenlos zwischen Null- und Maximalfüllung variierbar ist, durch eine Druckwandlereinrichtung (29), die auf der Basis von sich ändernden, fortlaufend erfaßten Maschinenbetriebswerten manuell oder motorisch durch eine Stelleinrichtung (30) verstellbar ist und dieser Einstellung entsprechend ausgangs Druckluft mit einem dem erforderlichen bzw. zulässigen Füllgrenzwert entsprechenden Druck bereitstellen kann, und der außerdem

c) einen Druckübersetzer (35) aufweist, der von zwei Signalen, nämlich einem dem Ladeluftdruck entsprechenden Signal und einem dem Füllungsgrenzwert entsprechenden Signal jeweils nur dasjenige mit dem niedrigeren Wert weiterverarbeitet und ausgangs Druckluft mit einem dementsprechenden Druck bereitstellt, der dem zweiten Eingang (18) des Reglers (8) als Füllungssollwert-Führungsgröße zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Startdruck-Simulator (20), die Druckwandlereinrichtung (29) der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung (28) und auch der Drehzahlsollwert-Geber (10) an eine gemeinsame Druckluftversorgung angeschlossen sind, die aus einem Druckluft mit einem Druck von beispielsweise 30 bar beinhaltenden Druckluftbehälter (12) und ei

60 ner Druckmindereinrichtung (13) besteht, die den im Druckluftbehälter (12) herrschenden Druck auf ein niedrigeres, konstantes Niveau von beispielsweise 7 bar reduziert und über Druckluftleitungen (14,21, 31) an die angeschlossenen Baugruppen (10, 20, 29) weiterleitet, denen er als Arbeitsbasis dient.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Startdruck-Simulator (20) durch ein von der als Arbeitsbasis dienenden Druckluft versorgtes Druckwandlerventil gebildet ist, das den Druck der zugeführten Druckluft auf einen niedrigeren Wert reduziert, bei dem es sich um einen Festwert oder um einen in bestimmten Grenzen variablen Wert handeln kann.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung (28) eine Druckwandler-Einrichtung (29) aufweist, die stufenlos verstellbar ist, so daß die eingespeiste Druckluft in eine Druckluft mit einem beliebigen zwischen einem Minimum und einem Maximum liegenden Druckwert wandelbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert-Geber (25) eine Vergleichseinrichtung (34) .aufweist, in der ein dem ermittelten Ladeluftdruck entsprechender Druck mit einem ausgangs der Druckwandler-Einrichtung (29) erscheinenden Druck verglichen und vorrangig nur der Druck mit dem niedrigeren Wert dem Druckübersetzter (35) zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert-Geber (25) eine elektronische Steuereinrichtung (37) aufweist, an die eine Reihe von Betriebswerte der Brennkraftmaschine erfassende Detektoren (36) angeschlossen ist und die einen Mikroprozessor zur Verarbeitung der fortlaufend ermittelten Betriebswerte aufweist, der ausgangs ein dem zulässigen Füllungsgrenzwert entsprechendes Signal abgibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ladeluftdruckaufnehmer (27) ein Wandler (42) nachgeordnet ist, der den Ladeluftdruck in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt, das der elektronischen Steuereinrichtung als einer der zu überwachenden Betriebswerte zugeführt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung (37) als weiteres Teil eine Vergleichsstufe (49) besitzt, in der das dem Füllungsgrenzwert entsprechende Signal mit jenen, dem Ladeluftdruck entsprechenden Signal verglichen wird und die vorrangig nur das den kleineren Wert aufweisende Signal zur Weiterverarbeitung an die angeschlossene Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung (28) weiterleitet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (42) ausgangs nicht nur mit der elektronischen Steuereinrichtung (37), sondern auch mit der Stelleinrichtung (44) eines Druckwandlers (45) verbunden ist, der das vom Wandler (42) erzeugte Signal in Druckluft mit einem entsprechenden Druck umwandelt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der den Zylindern einer aufgeladenen, insbesondere in

einem Schiff installierten, Brennkraftmaschine durch Einspritzpumpen zuzuführenden Brennstoffmenge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Vorrichtungen sind an in Schiffen installierten Brennkraftmaschinen vorhanden. Bei diesen durch einen firmeninternen Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist dem Füllungsgestänge ein Füllungsbegrenzungskolben zugeordnet, der dem Zweck dient, während des Anlassens der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl die reglergesteuerte Verschiebung des Füllungsgestänges in Richtung Maximalfüllung nur bis zu einer etwa 50%-Füllung entsprechenden Position zuzulassen. Wenn der Motor seine Leerlaufdrehzahl erreicht hat, schaltet sich der Füllungsbegrenzungskolben automatisch wieder aus dem Betätigungsweg des Füllungsgestänges heraus, so daß dieses dann im restlichen Betriebsbereich ungehindert durch den Regler verstellbar ist. Dieser Füllungsbegrenzungskolben ist deshalb notwendig, weil der Regler das Bestreben hat, beim Anlassen der Brennkraftmaschine die vorgegebene Leerlaufdrehzahl so schnell als möglich zu erreichen, zu welchem Zweck er ohne irgendwelche Begrenzungsmaßnahmen das Füllungsgestänge in kürzester Zeit in eine der Maximalfüllung entsprechende Position bewegen würde, mit der Folge, daß wegen Fehlens einer für günstige Verbrennung notwendigen Luftmenge eine starke Überfettung des zu verbrennenden Brennstoffwicklung mit hohen Schadstoff- und unverbrannten Brennstoffanteilen auftreten würde. Durch die Einschaltung des Füllungsbegrenzungskolbens wird jedoch die den Zylindern der Brennkraftmaschine durch die Einspritzpumpen zuzuführende Brennstoffmenge beim Anlassen auf etwa 50% der Maximalfüllung begrenzt, so daß die Schadstoffemission in vertretbaren Grenzen gehalten werden konnte. Darüber hinaus war es notwendig, für das Stoppen der Maschine einen pneumatisch betätigten Kolben vorzusehen, der ebenso wie der Füllungsbegrenzungskolben auf das Füllungsgestänge einzuwirken und dieses im Stop-Falle in seine Nullfüllungsposition rückzuführen vermochte. Ein Eingreifen von Füllungsbegrenzungskolben und Stop-Kolben in die Regulierung und gegen den Regler war jedoch nur über elektrisch gesteuerte Organe möglich. Der Stop-Kolben und der Füllungsbegrenzungskolben und die zugeordneten Steuermittel erforderten jedoch nicht nur Maßnahmen am Füllungsgestänge selbst, sondern auch einen entsprechenden Platz an der Maschine mit erheblichen Mehrkosten, so daß eine Lösung zu finden war, die es erlaubt, daß auf den teuren Füllungsbegrenzungskolben und den Stop-Kolben samt Steuerung verzichtet werden kann.

Im normalen Lastbetrieb arbeitet die Maschine hinsichtlich ihrer Füllungsvorgabe auf der Basis des Lade-' luftdruckes. Zu diesem Zweck war eine Einrichtung zur Füllungssteuerung vorgesehen, die den fortlaufend ermittelten Ladeluftdruck in einem dem Füllungssollwert entsprechenden pneumatischen Druck umgewandelt hat. Dies bewirkte, daß der Füllungssollwert, ausgehend von einem Füllungsminimum, daß durch den Füllungsbegrenzungskolben vorgegeben war und bei etwa 50% der Maximalfüllung lag, mit zunehmendem Ladeluftdruck und diesem als Führungsgröße in Richtung Füllungsmaximum verändert wurde. Unterhalb dieses besagten, bei etwa 50% der Maximalfüllung liegenden Füllungsminimums konnte dieser Regelkreis also nicht arbeiten. Zum Stoppen der Maschine und Rücknahme der Füllung auf Null waren besagte Stop-Kolben und darüber hinaus aus Sicherheitsgründen auch noch eigene Notstop-Einrichtungen notwendig, die ebenfalls das Füllungsgestänge in Nullfüllungsstellung rückführen konnten, so daß auch hier eine Lösung zu finden war, die es erlaubt, daß auf diese teuren Notstop-Mechanismen verzichtet werden kann.

Die ausschließlich ladeluftabhängige Füllungssollwertvorgabe erweist sich zwar als grundsätzlich vorteilhaft, sie kann jedoch bestimmten, sich ändernden Betriebswerten der Maschine nicht Rechnung tragen. Insbesondere in den Fällen, wenn sich bestimmte Maschinenbetriebswerte so verschlechtert hatten oder noch nicht erreicht waren, daß die Maschine, um Schaden zu vermeiden, nur bzw. noch mit reduzierter Leistung und Drehzahl hätte gefahren werden müssen, konnte die bekannte ladeluftdruckabhängige Füllungssollwertvorgabe nicht Rechnung tragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Regelung der den Zylindern einer aufgeladenen Brennkraftmaschine durch Einspritzpumpe zuzuführenden Brennstoffmenge entsprechend der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Brennstoffüllung der Maschine besser und rascher als bisher die sich ändernden Maschinenbetriebsgrößen nachregelbar ist, und im übrigen auf bisher notwendige Vorrichtungstei-Ie, wie Füllungsbegrenzungskolben und Stop-Kolben samt zugehörigen Steuerungen, verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des An-Spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen ausgewiesen.
Nachstehend sind Einzelheiten und Vorteile der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung,
F i g. 2, 3 und 4 je eine Ausführungsform eines Füllungssollwertgebers als Teil der erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung und

F i g. 5 ein Diagramm, aus dem die Einflußnahme auf die Füllung bei Verwendung der erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung ersichtlich ist.

In den einzelnen Figuren sind des besseren Verständnisses wegen gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In F i g. 1 sind als Teil einer des weiteren nicht dargestellten, insbesondere in einem Schiff installierten Brennkraftmaschine mit 1 bezeichnete Einspritzpumpen dargestellt, von denen jede einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet ist und letzterem über ein angeschlossenes Einspritzventil 2 Brennstoff zuzuführen vermag. Diese Einspritzpumpen 1 sind längs der Maschine in Reihe angeordnet und von einer nicht dargestellten Nockenwelle aus gesteuert. Außerdem besitzen diese Einspritzpumpen 1 jeweils einen verdrehbaren Pumpenkolben 3 mit schrägen Steuerkanten 4 für Einspritzbeginn- und -endesteuerung. Jeder der Pumpenkolben 3 ist dabei unter der Einwirkung einer Regelstange 5 verdrehbar, die mit ihrer Verzahnung in ein Ritzel 6 am Pumpenkolben 3 eingreift, jede dieser Regelstangen 5 ist mechanisch an ein Füllungsgestänge 7 angeschlossen, das sich längs der Brennkraftmaschine erstreckt und durch einen Regler 8 zwischen einer in der Zeichnung mit »0« gekennzeichneten Nullfüllungsstellung sowie einer mit »max.« gekennzeichneten Maximalfüllungsstellung hin- und verschiebbar ist.

Der Regler 8 ist Bestandteil der nachfolgend beschriebenen Vorrichtung zur Regelung der den Zylindern der aufgeladenen Brennkraftmaschine durch die Einspritzpumpen 1 zuzuführenden Brennstoffmenge. Der Regler 8 arbeitet auf der Basis von in ihn eingespeisten pneumatischen Sollwerten. An den ersten Eingang 9 des Reglers 8 ist für eine Drehzahlregelung der Brennkraftmaschine ein DrehzahlsoHwertgeber to angeschlossen, der über die Leitung 11 Druckluft mit einem dem Drehzahlsollwert entsprechenden Druck liefert. Der Drehzahlsollwert-Geber 10 ist an eine Druckluftversorgung angeschlossen, die aus einem Druckluft mit einem Druck in der Größenordnung von beispielsweise 30 bar bereitstellenden Druckluftbehälter 12, beispielsweise einer Anlaßluftflasche, und einer Druckmindereinrichtung 13 besteht. Letztere versorgt alle an ihr angeschlossenen Organe mit Druckluft konstanten Drukkes, beispielsweise in der Größenordnung von 7 bar. An einen solchen Ausgang der Druckmindercinrichtung 13 ist über eine Leitung 14 der Drehzahlsollwert-Geber 10 angeschlossen. Letzterer kann durch ein Druckwandlerventil gebildet sein, mit dem der Druck der eingespeisten Druckluft in einem dem Drehzahlsollwert entsprechenden Ausgangsdruck stufenlos zwischen beispielsweise 1 und 5 bar wandelbar ist, welcher Ausgangsdruck über die Leitung 11 und den ersten Eingang 9 in den Regler 8 eingespeist wird. Mit 15 ist eine Stelleinrichtung bezeichnet, die die Stellbewegungen eines Drehzahlvorwahlhebels 16 in entsprechende Einstellungen des Drehzahlsollwert-Gebers 10 umsetzt. Der Drehzahlvorwahlhebel 16 kann am Bedienungsstand der Maschine bzw., wenn diese in einem Schiff eingebaut ist, am Leitstand desselben angeordnet und wie in der Zeichnung angedeutet beliebig zwischen einer mit »no« gekennzeichneten und einer mit »/w« gekennzeichneten, der Höchstdrehzahl entsprechenden Stellung einstellbar sein. Der Regler 8 wirkt nach Einstellung eines bestimmten Drehzahlsollwertes durch den Drehzahlvorwahlhebel 16 und entsprechende pneumatische Sollwertvorgabe durch den Drehzahlsollwert-Geber 10 so lange in entsprechender Weise auf das Füllungsgestänge 7 ein und versucht, dieses in Richtung seiner der Maximalfüllung entsprechenden Position zu verschieben, bis ihm über seinen Istwerteingang 17 ein Drehzahlistwert signalisiert wird, der dem voreingestellten Drehzahlsollwert entspricht.

Um jedoch zu vermeiden, daß der Brennstoffverbrauch unnötig hoch wird, außerdem eine Überfettung des Brennstoffluftgemisches mit der Folge starker Rauchentwicklung mit hoher Schadstoffemission auftritt, und die Maschine über ein zulässiges Maß hinaus, das durch Betriebswerte gegeben ist, belastet wird, ist der vorbeschriebenen Drehzahlregelung eine Einrichtung zur Füllungssteuerung zugeordnet, deren Aufbau und Wirkungsweise Gegenstand der Erfindung und im folgenden beschrieben sind.

Um neben der Drehzahlregelung auch eine Füllungssteuerung zu ermöglichen, besitzt der Regler 8 einen zweiten Eingang 18, in den über eine Leitung 19 Druckluft mit einem, den Füllungssollwert entsprechenden Druck einspeisbar ist. Intern verarbeitet der Regler 8 dieses dem Füllungssollwert entsprechende pneumatische Signal dahingehend, daß das Füllungsgcstänge 7 auch dann, wenn der Regler 8 aufgrund einer Drehzahlvorwahl das Füllungsgestänge in Richtung Maximalfüllung verschieben würde, nur bis in jene Position betätigt werden kann, die dem vorgegebenen Füllungssollwert entspricht.

Im einzelnen weist die erfindungsgemäße Einrichtung zur Füllungssteuerung unter anderem einen sogenannten Startdruck-Simulator 20 auf. Bei diesem Startdruck-Simulator 20 handelt es sich um eine Einrichtung, die über eine Leitung 21 mit einem Ausgang der Druckmindereinrichtung 13 verbunden und von dieser mit Druckluft konstanten Druckes, beispielswiese 7 bar, versorgt ist, die als Arbeitsbasis dient. Dieser so mit Druckluft versorgte Startdruck-Simulator 20 ist beim Anlassen der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl und, soweit erforderlich, auch während des Betriebes der Maschine in Leerlaufdrehzahl bzw. Grundlastdrehzahl an den zweiten Eingang 18 des Reglers 8 angeschaltet und liefert letzterem Druckluft mit einem das Vorhandensein eines bestimmten Ladeluftdruckes vortäuschenden Druck zwecks entsprechender Füllungsvorgabe. Um den Startdruck-Simulator 20 im Regler wirksam werden zu lassen, ist ein Umschaltventil 22 vorgesehen, das in die zum zweiten Eingang 18 des Reglers 8 führende Leitung 19 eingeschaltet ist und letztere normalerweise durchgeschaltet hält, für den besagten Anwendungsfall jedoch umschaltbar ist in die in F i g. 1 gestrichelte Schaltposition, in der dann der Startdruck-Simulator 20 an den zweiten Eingang 18 des Reglers 8 angeschlossen ist. Das Umschaltventil 22 ist vorzugsweise elektromagnetisch betätigbar und erhält den Befehl für eine entsprechende Betätigung über eine in F i g. 1 gestrichelt eingezeichnete Kommandoleitung 23 vom Bedienungsstand der Brennkraftmaschine aus. Die vom Startdruck-Simulator 20 nach dessen Aktivierung gelieferte Druckluft besitzt einen Druck, der einem Füllungssollwert entspricht, der etwa bei 50 bis 60% der Maximalfüllung liegt. In eine dementsprechende Position kann das Füllungsgestänge 7 durch den Regler 8 betätigt werden.

Der erfindungsgemäße Startdruck-Simulator 20 und das Umschaltventil 22, die beide durch relativ einfache und billige Bauteile realisiert sein können, ersetzen praktisch den bislang relativ aufwendigen Füllungsbegrenzungskolben samt zugehöriger Steuerung.

Des weiteren weist die erfindungsgemäße Einrichtung zur Füllungssteuerung einen Füllungssollwertgeber auf, der im Detail auf verschiedene Art und Weise realisiert sein kann und im nachfolgenden beschrieben ist. Der in den F i g. 1 bis 4 insgesamt mit 25 bezeichnete, gestrichelt umrandete Füllungssollwertgeber besitzt eine Einrichtung 26, mit der der von einem Ladeluftdruckaufnehmer 27 fortlaufend ermittelte Ladeluftdruck in einem dem Füllungssollwert entsprechenden Druck übersetzbar ist. Der Ladeluftdruckaufnehmer 27 ist an einer nicht dargestellten Ladeluftleitung der Brennkraftmaschine im Bereich zwischen letzterer und dem Ladeaggregat oder — wenn in die Ladeluftleitung ein Zwischenkühler oder — wenn in die Ladeluftleitung ein Zwischenkühler eingeschaltet ist — im Bereich zwischen diesem und der Brennkraftmaschine angeschlossen. Darüber hinaus umfaßt der Füllungssollwertgeber 25 eine in der Zeichnung gestrichelt umrandete Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28, mit der die einspritzpumpenseitig mögliche Füllung stufenlos zwischen Nullfüllung und Maximalfüllung variierbar ist durch eine Druckwandlereinrichtung 29, die auf der Basis von sich ändernden, fortlaufend erfaßten Maschinenbetriebswerten manuell oder motorisch durch eine Stelleinrichtung 30 verstellbar ist und dieser Einstellung entsprechend ausgangs Druckluft mit einem dem erforderlichen bzw. zulässigen Füllungsgrenzwert entsprechenden Druck bereitstellen kann.

Die Druckwandlereinrichtung 29 der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 ist dabei ebenso wie der Drehzahlsollwert-Geber 10 und der Staridruck-Simulator 20 an einen Ausgang der Druckmindereinrichtung 13 angeschlossen und erhält von dieser über eine Leitung 31 Druckluft mit einem Druck von beispielsweise 7 bar als Arbeitsdruck zugeführt. Dieser Arbeitsdruck kann von der Druckwandler-Einrichtung 29 stufenlos in einen Druck, der zwischen jenem der Nullfüllung und jenem der Maximalfüllung entsprechenden Druck liegt, umgesetzt werden. Die Ein- bzw. Verstellung der Druckwandler-Einrichtung 29 erfolgt über die Stelleinrichtung 30, bei der es sich um ein rein mechanisch arbeitendes Organ, beispielsweise ein Gestänge oder einen Getriebezug, oder um einen Stellmotor handeln kann. Die Stelleinrichtung 30 bekommt beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 unabhängig von der Art ihrer Ausbildung die Größe der durchzuführenden Stellbewegung von einem Füllungssollwert-Einstellhebel 32 aufgeprägt, der ebenso wie der Drehzahlvorwahlhebel 16 am Bedienungsstand der Maschine bzw., wenn diese in einem Schiff eingebaut ist, am Kommandostand des letzteren angeordnet sein kann. Je nach Einstellung des Füllungssollwert-Einstellhebels 32 wird somit über die Stelleinrichtung 30 auf die Druckwandlereinrichtung 29 so eingewirkt, daß an deren Ausgang über die Leitung 33 Druckluft mit einem Druck gegeben ist, der einem erforderlichen bzw. zulässigen Füllungsgrenzwert entspricht. Welche Kriterien, insbesondere Maschinenbetriebsgrößen für welche Einstellung dieses Füllungsgrenzwertes maßgebend sind, ist nachfolgend näher erläutert. Die ausgangs der Druckwandlereinrichtung 29 in der Leitung 33 anstehende Druckluft wird in eine Vergleichseinrichtung 34 eingespeist, die ebenfalls Teil des FüllungssoHwertgebers 25 ist. In dieser Vergleichseinrichtung 34 werden der dem vorgegebenen Füllungsgrenzwert entsprechende Druck und der dem ermittelten Ladeluftdruck entsprechende Druck, wie er ausgangs der Einrichtung 26 gegeben ist, miteinander verglichen. Die Vergleichseinrichtung 34 ist so ausgebildet, daß vorrangig nur der Druck mit dem niedrigeren Wert in einem Druckübersetzer 35 in einen Druck höheren Wertes übersetzt werden kann. Am Ausgang des Druckübersetzers 35 erscheint dann Druckluft mit einem Druck, der als Füllungssollwert-Führungsgröße dem zweiten Eingang 18 des Reglers 8 über die Leitung 19 zugeführt wird.

Die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 dient grundsätzlich dazu, die vom Regler einzustellende Füllungsmenge auf einen solchen Wert zwischen NuIlfüHung und Maximalfüllung zu begrenzen, den die Maschine aufgrund gegebener Betriebswert ohne Schaden zu nehmen verarbeiten kann. An der Maschine sind an allen wichtigen Stellen Detektoren angeordnet, die entsprechende Betriebswerte fortlaufend erfassen und für deren Auswertung an entsprechende Organe weiterleiten. Solche Detektoren erfassen beispielsweise die Abgaszusammensetzung, die Kühlwassertemperatur, den Kühlwasserdruck, die Schmieröltemperatur, den Schmieröldruck, die Ladelufttemperatur nach Verdichter und nach dem Ladeluftkühler, die Abgastemperatur vor dem Aufladegerät, ferner Bauteiltemperaturen, wie die Temperatur der Zylinderwände oder der Kolben und die Verbrennungsdrücke. Für den Fall, daß keine automatische Steuerung der Füllungssollwert-Begrenzung vorgesehen ist, werden diese Maschinenbetriebswerte dem Bedienungspersonal der Maschine durch entsprechende Anzeigeinstrumente aufgezeigt, wobei im Fall einer Unter- oder Überschreitung zulässiger Grenzen diese Betriebswerte in der Regel optische und/ oder akustische Alarmeinrichtungen in Gang gesetzt werden, durch die das Bedienungspersonal der Maschi-

^r> ne dahingehend veranlaßt wird, umgehend die gegebene Füllungssollwert-Grenze in Richtung eines kleineren Füllungssollwertes zu verschieben, und zwar durch entsprechende Betätigung des Füllungssollwert-Einstellhebels 32. Wie weit der Füllungssollwert zurückgenommen werden muß, ist dem Bedienungspersonal für solche Fälle aus der Bedienungsanleitung bekannt.

In der Regel wird man jedoch eine Automatisierung der Füllungssollwert-Begrenzung anstreben, da dies mit den heutigen Mitteln der Elektronik durchaus auf einfaehe Weise zu realisieren ist. In den F i g. 2 bis 4 sind Beispiele für die Realisierung von Füllungssollwert-Gebern 25 mit automatischer Füllungssollwert-Begrenzung aufgezeigt. In den Fig. 2 bis 4 sind unter dem Bezugszeichen 36 all jene Detektoren oder Überwachungsinstrumente zusammengefaßt, die, wie bereits weiter vorn erwähnt, die Betriebswerte der Maschine fortlaufend erfassen. In diesem Fall werden die ermittelten Betriebswerte in eine, wenigstens einen Mikroprozessor umfassende elektronische Steuereinheit 37 eingespeist und dort per Programm verarbeitet, dahingehend, daß über eine elektrische Kommandoleitung dem zulässigen Füllungsgrenzwert entsprechende Signale an die hier auf elektrische Stellsignale ansprechende Stelleinrichtung 30 der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung zwecks entsprechender Verstellung der Druckwandlereinrichtung 29 weitergeleitet werden. Die Erzeugung des dem Füllungsgrenzwert entsprechenden Signals ist dann die gleiche wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Die elektronische Steuereinheit37 bekommt ihren Befehl zum Tätigwerden über eine Befehlsleitung 39 vom Bedienungsstand der Maschine oder dem Kommandostand des Schiffes aus. Für den Fall, daß die elektronische Steuereinheit 37 ausfällt oder nicht einwandfrei arbeitet, wird mittels eines Schalters 40 auf Handsteuerung umgeschaltet, bei der dann die Stelleinrichtung 30 ihre Stellbefehle wiederum wie bei der Lösung gemäß F i g. 1 direkt von der Stellung des Füllunssollwert-Einstellhebels 32 abhängig über die dann durchgeschaltete Befehlsleitung 41 aufgeprägt bekommt. Die in Fig.3 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von jener gemäß F i g. 2 nur darin, daß der Ladeluftdruck hier als ein neben den anderen Betriebswerten 36 zu überwachender Betriebswert betrachtet und als slocher auch in der elektronischen Steuereinheit

so 37 verwertet wird. Um ein dem Ladeluftdruck entsprechendes elektrisches Signal zu bekommen, ist ein entsprechender Wandler 42 vorgesehen. Das von letzterem erzeugte Signal wird funktionell nicht nur als Betriebswert verwendet, sondern dient gleichzeitig auch zur BiI-dung eines ladeluftdruckabhängigen FüHungssollwertes. Zu diesem Zweck wird das besagte Signal über eine Steuerleitung 43 einer Stelleinrichtung 44 zur entsprechenden Ein- bzw. Verstellung eines Druckwandlers 45 zugeführt, der an einen Ausgang der Druckmindereinrichtung 13 angeschlossen und so mit Druckluft bestimmten Druckes von beispielsweise 7 bar versorgt ist, und ausgangs Druckluft mit einem dem ladeluftdruckabhängig gesteuerten Füllungssollwert entsprechenden Druck abgibt sowie diesen über eine Leitung 46 der Vergleichseinrichtung 34 zuführt. In letzterer wird dieser Druck mit einem von der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 erzeugten Druck verglichen und dann vorrangig jener Druck mit dem niedrigeren Wert

zur Weiterverarbeitung dem Druckübersetzer 35 zugeführt. Die Stelleinrichtung 44 und der Druckwandler 45 können wie die Stelleinrichtung 30 und die Druckwandler-Einrichtung 29 ausgebildet sein.

Die Einrichtung gemäß F i g. 4 wiederum unterscheidet sich von jener gemäß F i g. 3 dadurch, daß die Funktionen, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 von den Teilen 44 und 45 durchgeführt werden, hier von den Teilen 30 und 29 übernommen werden. Damit jedoch nach wie vor eine ladeluftdruckabhängige Füllungssteuerung möglich ist, wird die Funktion der Vergleichseinrichtung 34 der F i g. 1 bis 3 hier von einer elektronischen Vergleichsstufe 49, die ein Teil der elektronischen Steuereinrichtung 37 bildet, übernommen. Das Ergebnis dieses Vergleiches wird über die Kommandoleitung 38 an die Stelleinrichtung 30 zwecks entsprechender Verstellung der Druckwandler-Einrichtung 29 weitergeleitet. Im Ergebnis erscheint somit ausgangs der Druckübersetzer 35 auch bei der Lösung gemäß F i g. 4 das gleiche Signal wie bei den Ausführungen gemäß den F i g. 1 bis 3.

Nachstehend ist die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Füllungssteuerung anhand des Diagramms von F i g. 5 näher erläutert.

Beim Start der Brennkraftmaschine wird der Drehzahlvorwahlhebel 16 in die der Leerlaufdrehzahl bzw. Grunddrehzahl entsprechende Stellung gebracht. Ebenso wird der Füllungssollwert-Einstellhebel 32 in die Startposition gebracht. Hierdurch wird der Startdruck-Simulator 20 aktiviert, so daß der Regler 8 über seinen zweiten Eingang 18 mit einem das Vorhandensein eines bestimmten Ladeluftdruckes vortäuschenden pneumatischen Druck beaufschlagt wird, der einen Füllungssollwert von etwa 50 bis 60% Füllung entspricht — siehe Punkt a) im Diagramm gemäß Fig.5. Der Regler 8 bringt daraufhin das Füllungsgestänge 7 in eine diesem Füllungssollwert entsprechende Position. Der vom Startdruck-Simulator 20 gelieferte Druck bleibt bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl bzw. bei Betrieb der Maschine in Grundlast-Drehzahl bestehen, die entsprechend dem Diagramm von F i g. 5 etwa in Punkt b) gegeben ist. Dies ist dann der Fall, wenn der Regler 8 über seinen Istwerteingang 17 die entsprechende Istdrehzahl signalisiert bekommt. Das Arbeiten des Startdruck-Simulators 20 ist dann nicht mehr erforderlich. Er wird wieder abgeschaltet, worauf dann der Füllungssollwert-Geber 25 aktiviert ist. Letzterer übernimmt dann mit seinen Bauteilen die Erzeugung der Füllungssollwert-Führungsgröße, auf deren Basis dann der Regler 8 arbeitet und das Füllungsgestänge 7 in entsprechende Position bringt. Der Zeitpunkt, in dem der Füllungssollwert-Geber 25 aktiv wird, ist im Diagramm beim Punkt c) gegeben. Man kann erkennen, daß der Füllungssollwert dabei, ausgehend von einem Startdruckniveau, gemäß Punkt b) in Richtung eines erheblich niedrigeren Wertes abfällt. Die zwischen den Punkten c) und d) verlaufende Kurve ist jenem zunächst betrachteten Fall zugeordnet, in dem alle überwachten Betriebswerte der Brennkraftmaschine in ihren zulässigen Grenzen liegen und somit die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung ein Arbeiten der Maschine mit maximal möglicher Füllung zuläßt. Das heißt es ist keine Begrenzung des Füllungssoliwertes auf einen gegenüber dem Füllungsmaximalwert niedrigeren Wert notwendig. Bei automatischer Steuerung, die dann möglich ist, wenn der Füllungssollwert-Geber 25 so, wie in den F i g. 2, 3 und 4 dargestellt, ausgebildet ist, wird von der Füllungssollwertbegrenzungs-Einrichtung 28 als Vergleichsbasis Druckluft mit einem Druck bereitgestellt, der der Maximalfüllung entspricht. Bei manuellem Betrieb mit der Einrichtung gemäß F i g. 1 kann der Füllungssollwert-Einstellhebel 32 in eine der Maximalfüllung F_max entsprechende Position gebracht werden. Auch in diesem Fall wird von der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 ausgangs Druckluft mit einem Druck bereitgestellt, der der Maximalfüllung entspricht. Dieser Druck ist im Diagramm gemäß F i g. 5 durch die strichpunktierte Linie 47 repräsentiert. Da in diesem Fall der von der Füllungssollwerlbegrenzungs-Einrichtung 28 erzeugte Druck zu Beginn des Arbeitens des Füllungssollwert-Gebers 25 in Punkt c) für den betrachteten Fall höher ist als der dem Ladeluftdruck entsprechenden Druck, der mit dem von der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 gelieferten Druck verglichen wird, wird letztendlich durch den Druckübersetzer 35 nur der dem Ladeluftdruck entsprechende Druck übersetzt und an den Regler 8 weitergeleitet. Letzterer arbeitet dann praktisch nur auf der Basis eines dem Ladeluftdruck entsprechenden Druckes, was im Diagramm von F i g. 5 durch die zwischen den Punkten c) und d) verlaufende Linie 48 repräsentiert ist. Der Regler 8 führt das Füllungsgestänge 7 deshalb immer auf der Basis des sich entsprechend der Linie 48 ändernden Ladeluftdruckes in die der zugehörigen Brennstoffüllung entsprechende Position nach. Anders dagegen sieht der Fall aus, wenn in der Maschine beispielsweise nach dem Anlassen die überwachten Betriebswerte ihre erforderliche Größe noch nicht erreicht haben oder wenn im Betrieb der Maschine plötzlich einer oder mehrere dieser überwachten Betriebswerte einen zulässigen Grenzwert überschreiten. In diesem Fall wird die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 aktiviert, mit der Folge, daß dann zwar nach wie vor noch eine ladeluftdruckabhängige Füllungsnachregelung möglich ist, jedoch nur bis zu jenem Füllungsgrenzwert, der durch die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 vorgegeben wird. Vereinfacht dargestellt kann man sagen, daß durch die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 dem Regler 8 ein gegenüber dem tatsächlichen Füllungsmaximum niedrigeres Füllungsmaximum vorgetäuscht wird, das wertmäßig gesehen an beliebiger Stelle zwischen Nullfüllung und Maximalfüllung liegen kann und stufenlos variierbar ist.

Ein Beispiel für einen solchen Fall mit einer Füllungsbegrenzung sei anhand von F i g. 5 erläutert. Es sei angenommen, daß kurz nach Anlassen der Maschine der Drehzahlvorwahlhebel 16 aus seiner der Leerlaufdrehzahl bzw. Grundlastdrehzahl entsprechenden Position in eine Position gebracht wird, die einer wesentlich höheren Drehzahl zugeordnet ist. Der Regler 8 hat nun das Bestreben, das Füllungsgestänge 7 in Richtung Maximalfüllung zu betätigen. Es sei jedoch angenommen, daß einige der überwachten Maschinenbetriebswerte noch nicht ihren erforderlichen bzw. zulässigen Arbeitsbereich erreicht haben. Dies bewirkt in der elektronischen Steuereinheit 37, die wenigstens einen Mikroprozessor umfaßt, daß ein den ermittelten Betriebswerten rechnungstragender Befehl an die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung gegeben wird, so daß diese ausgangs Druckluft mit einem Druck bereitstellt, der im betrachteten Fall niedriger als der dem Ladeluftdruck entsprechenden Druck ist, so daß nur dieser niedrigere, von der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 erzeugte Druck im Druckübersetzer 35 verarbeitet und an den Regler 8 weitergeleitet wird. Dieser dem Regler 8 ein wesentlich niedrigeres als tatsächlich vorhandenes

Füllungsmaximum vortäuschende Druck ist im Diagramm gemäß F i g. 5 durch den zwischen den Punkten el und dl verlaufenden strichpunktierten Linienabschnitt repräsentiert. Das heißt, der Regler 8 kann das Füllungsgestänge 7 nur bis zu diesem erniedrigten Pseudo-Füllungsmaximum nachführen, das im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa bei 15% der maximal möglichen Füllung liegt. Wenn nun die ermittelten Betriebswerte der Maschine einen Betrieb derselben mit höherer Füllung zulassen, wird die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 durch die elektronische Steuereinheit 37 veranlaßt, Druckluft mit einem entsprechend höheren Druck bereitzustellen, der einem höheren Füllungsgrenzwert entspricht und das zunächst niedrigere Pseudo-Füllungsmaximum in Richtung eines höheren Wertes verschiebt, der im gezeigten Fall bei etwa 30% der maximal möglichen Füllung liegt. Da dieser dann von der Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 erzeugte Druck höher als der dem Ladeluftdruck entsprechende Druck ist, wird letzterer im Druckübersetzer 35 weiterverarbeitet und dem Regler 8 zugeführt. Das heißt, der Regler 8 kann das Füllungsgestänge 7 nun bis in eine Position verschieben, die dem erhöhten Pseudo-Füllungsmaximum, markiert in Fig.5 durch das strichpunktierte Linienteilstück zwischen den Punkten d2 und d3, entspricht. Letzteres wiederum bedeutet, daß der Regler 8 bis zum Erreichen des erhöhten Pseudo-Füllungsmaximums in Punkt d2 wiederum auf der Basis des Ladeluftdruckes arbeitet, was durch das durchgezogene Linienteilstück zwischen den Punkten dl und d2 repräsentiert ist. Dieses dann erhöhte Pseudo-Füllungsmaximum bleibt bis zum Punkt d3 erhalten. Wenn dann wiederum Betriebswerte signalisiert werden, die einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit noch höherer Füllung zulassen, so wird die Füllungsbegrenzungs-Einrichtung 28 wiederum veranlaßt, Druckluft mit einem höheren Druck bereitzustellen, der einem weiter erhöhten Pseudo-Füllungsmaximum entspricht, das im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa bei 45% der maximal möglichen Füllung liegt. Die Nachregelung zwischen den Punkten d3 und d4 erfolgt auch hier auf der Basis eines ladeluftdruckabhängigen Druckes in gleicher Weise, wie im Bereich zwischen den Punkten dl und d2. In gleicher Weise erfolgt die Nachregelung auch im Bereich zwischen den Punkten d5 und d6 auf ein wiederum durch die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 angehobenes Pseudo-Füllungsmaximum bei etwa 75% der maximal möglichen Füllung. Wenn dann der Regler 8 das Füllungsgestänge 7 bis in eine Position entsprechend dem in Punkt d6 gegebenen Wert betätigt hat und dann die Maschinenbetriebswerte eine weitere Erhöhung der Füllung bis in Richtung Maximalfüllung zulassen, wird die Füllungsollwert-Begrenzungseinrichtung 28 nicht mehr vorrangig wirksam, so daß dann bis zum Erreichen der vorgegebenen Solldrehzahl das Füllungsgestänge 7 in Richtung Maximalfüllung betätigt werden kann. Es bleibt anzumerken, daß im Falle einer Maschine mit Handsteuerung, wie bei der Einrichtung gemäß F i g. 1, das Bedienungspersonal quasi die Aufgaben der elektronischen Steuerung, jedoch in vereinfachter Form, übernehmen muß und die Füllung begrenzenden Werte über den Füllungssollwert-Einstellhebel 32 den Vorgaben der Bedienungsanleitung entsprechend eingestellt werden müssen. Das Ergebnis, das die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 produziert, entspricht dabei voll jenem, das mit der automatischen Steuerung erzielt wird. Es bleibt weiter anzumerken, daß das Diagramm gemäß F i g. 5 lediglich der Veranschaulichung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung dient.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht jedoch nicht nur eine ladeluftdruckabhängige Steuerung der Füllung und eine Begrenzung der Füllung auf der Basis bestimmter, sich ändernder Betriebswerte der Maschine, sondern auch eine direkte Einflußnahme auf die Füllung, beispielsweise für Fälle, wenn die Maschine gestoppt werden soll. Zu diesem Zweck genügt es, den

ίο Füllungssollwert-Einstellhebel 32 in Nullfüllungsstellung zu bringen, wodurch die Füllungssollwert-Begrenzungseinrichtung 28 veranlaßt wird, einen entsprechenden Ausgangsdruck zu erzeugen, der, weil kleiner als der dem Ladeluftdruck entsprechende Druck, im Druckübersetzer 35 weiterverarbeitet und an den Regler 8 weitergeleitet wird, mit der Folge, daß diesem ein der Nullfüllung entsprechendes Pseudo-Füllungsmaximum vorgetäuscht wird, aufgrund dessen er augenblicklich das Füllungsgestänge 7 in entsprechende Nullfüllungsposition zurückbewegt. Auch dieser Regelfall zeigt besonders gut die vorteilhaften Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung auf.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der den Zylindern einer aufgeladenen, insbesondere in einem Schiff installierten, Brennkraftmaschine durch Einspritzpumpen zuzuführenden Brennstoffmenge, umfassend einen von der Maschine angetriebenen Regler, der auf ein Füllungsgestänge einwirkt, an das die Regelstangen der Einspritzpumpen für eine Verdrehung der mit schrägen Steuerkanten versehenen Pumpenkolben angeschlossen sind, und der auf der Basis eingespeister, pneumatischer Sollwerte arbeitet, wobei dessen erster Eingang für Drehzahlregelung an einen Geber angeschlossen ist, der Druckluft mit einem dem Drehzahlsollwert entsprechenden Druck liefert, und dessen zweiter Eingang mit einer Einrichtung zur Füllungssteuerung verbunden ist, die einen dem Füllungssollwert entsprechenden pneumatischen Druck liefert, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Füllungssteuerung

— einen Startdruck-Simulator (20) aufweist, der beim Anlassen der Maschine bis Leerlauf- bzw. Grundlastdrehzahl an den zweiten Eingang (18) des Reglers (8) anschaltbar ist und letzterem Druckluft mit einem das Vorhandensein eines bestimmten Ladeluftdruckes vortäuschenden Druck für eine entsprechende Füllungsvorgabe liefert, und der außerdem

— einen FüllungssoHwert-Geber (25) aufweist, der