DE4111649A1

DE4111649A1 - Gyro controller esp. for IC engine speed control - has single gyro in driven cage, gyro consisting of electric motor with armature acting as gyro weight

Info

Publication number: DE4111649A1
Application number: DE19914111649
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Muenstermann; Peter Dipl Ing Rottenbacher; Guenter Dipl Ing Schiefbahn
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: MUENSTERMANN, JOACHIM, 51145 KOELN, DE ROTTENBACHE
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 1992-10-15

Abstract

The gyro controller has a driven, rotating cage (2) with a gyro (12) mounted inside it which acts on a control rod (10) via a control mechanism (4, 5, 8, 9). The single gyro in the cage consists of an electric motor whose armature simultaneously acts as the gyro wt. The gyro's and cage drive pulse axes are mutually offset and the resultant torque acts on the control mechanism. The gyro's revolution rate is controlled by a microprocessor. USE/ADVANTAGE - Esp. for controlling the speed of internal combustion engine or injection quantity of one or more injection pumps. Simple, low-cost arrangement produces large control forces for rapid control processes.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kreiselregler nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a gyro controller according to the Ober Concept of claim 1.

Aus der DE-OS 30 13 949 ist ein Regler zum Regeln einer Stellgröße einer Maschine, insbesondere der Drehzahl einer Brennkraftmaschine oder der Einspritzmenge einer Ein spritzpumpe bekannt. Dieser Kreiselregler besteht aus zwei sich gegenläufig drehenden Kreiseln, die einerseits in einem von der zu regelnden Maschine angetriebenen, umlau fenden Gehäuse angeordnet sind und andererseits mit einer Regelstange gelenkig verbunden sind, wobei die Kreisel im Stillstand koaxial und senkrecht zur Drehachse des Gehäu ses angeordnet sind.From DE-OS 30 13 949 is a controller for regulating one Control variable of a machine, especially the speed of a Internal combustion engine or the injection quantity of a one injection pump known. This gyro controller consists of two gyroscopes rotating in opposite directions umlau driven by the machine to be controlled fenden housing are arranged and on the other hand with a Control rod are articulated, the gyro in Standstill coaxial and perpendicular to the axis of rotation of the housing ses are arranged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kreisel regler nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 zu schaf fen, der hohe Verstellkräfte in Verbindung mit schnellen Regelvorgängen beherrscht und einfach und kostengünstig herzustellen ist.The invention has for its object a gyroscope to create regulator according to the preamble of claim 1 fen, the high adjustment forces in connection with fast Control processes mastered and simple and inexpensive is to be produced.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnen den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. According to the invention, this object is characterized by the solved the features of claim 1.

Dadurch, daß im Käfig ein einziger Kreisel angeordnet ist, ermöglicht dieser Kreiselregler hohe Verstellkräfte in Verbindung mit schnellen Regelvorgängen. Der Drehzahlreg ler kann daher für alle Motoren, unabhängig von Leistung, Drehzahl, speziellen Kundenwünschen und Einsatzfällen in nur einer Variante gebaut werden. Die geforderten Regel eigenschaften werden ausschließlich durch Vorwahl der Drehzahl des Kreisels bestimmt.Because a single gyroscope is arranged in the cage, this gyro controller enables high adjustment forces in Connection with fast control processes. The speed reg ler can therefore for all engines, regardless of performance, Speed, special customer requests and applications in only one variant can be built. The required rule properties are determined exclusively by preselection of the Rotary speed of the gyro determined.

Hierzu wird erfindungsgemäß die Drehzahl des Kreisels durch einen Mikroprozessor (Rechner) gesteuert. Die ver schiedenen Drehzahlreglervarianten können beim Prüfstands lauf bzw. Abnahmelauf der Motoren durch Programmierung des Mikroprozessors (Rechner) generiert werden. Dieser Prüf stands- bzw. Abnahmelauf der Motoren kann bei entsprechen der Prüfstandsausrüstung vollautomatisch erfolgen, da kei nerlei mechanischen Eingriffe am Regler erforderlich sind und es keine zusätzlichen Stellglieder gibt.For this purpose, according to the invention, the speed of the gyro controlled by a microprocessor (computer). The ver Different speed controller variants can be used on the test bench Run or acceptance run of the motors by programming the Microprocessor (computer) are generated. This test Stand or acceptance run of the motors can correspond to of the test bench equipment take place fully automatically, because no Any mechanical intervention on the controller is required and there are no additional actuators.

Vorteilhafterweise besteht die Steuervorrichtung aus einem Verstellbolzen, der einerseits über eine Rolle an einer als Kulisse ausgebildeten Gleitfläche des Kreisels anliegt und der andererseits an der der Kulisse abgewandten Seite mit einem Steuerglied verbunden ist.The control device advantageously consists of a Adjustment bolt that has a roller on one hand formed as a backdrop sliding surface of the gyroscope and the other on the side facing away from the backdrop is connected to a control element.

In einer bevorzugten Ausführungsform kraftbeaufschlagt der Verstellbolzen eine Seite eines als Kipphebel ausgebilde ten Stellhebels, wobei das dem Verstellbolzen abgewandte Ende des Stellhebels mit einer Regelstange in Eingriff steht.In a preferred embodiment, the Adjustment bolt one side of a rocker arm th adjusting lever, the one facing away from the adjusting bolt The end of the control lever engages with a control rod stands.

Damit sich der Kreiselregler bei Ausfall des Kreiselan triebes selbsttätig auf Null zurückregelt, ist erfindungs gemäß der Verstellbolzen über einen federbelasteten Rückstellhebel in Richtung Kulisse kraftbeaufschlagt. So that the gyro controller is activated if the gyro fails drives automatically back to zero is inventive according to the adjustment bolt via a spring-loaded return lever pressurized towards the backdrop.

Vorteilhafterweise ist auf dem Steuerglied eine Reglerfe der angeordnet, die den Stellhebel in die Position höherer Energiezufuhr kraftbeaufschlagt. Hierbei ist der Stellhebel zweckmäßigerweise in einem Schlitz des Steuergliedes geführt.A controller is advantageously on the control element which arranged the lever in the higher position Energy supply under power. Here is the control lever expediently in a slot of the control member guided.

In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung ist der Kreisel ein Synchronmotor, insbesondere mit einer Drehzahl bis 10000 U/min. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse des Kreisels evakuiert ist, sowie im Kreiselregler eine Drehzahlsonde integriert ist.In a preferred embodiment according to the invention, the Gyro a synchronous motor, especially at a speed up to 10000 rpm. It is also advantageous if that Housing of the gyro is evacuated, as well as in the gyro controller a speed probe is integrated.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und den Zeichnungen, die nachfolgend beschrie ben sind:Further features of the invention result from the Be description and the drawings, which are described below ben are:

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Drehzahlregler im Längs schnitt (Fig. 1a) und Querschnitt (Fig. 1b), Fig. 1 a speed regulator according to the invention in longitudinal section (Fig. 1a) and cross section (Fig. 1b),

Fig. 2 die Funktionsschemata des erfindungsgemäßen Dreh zahlreglers in Fig. 2 shows the functional diagrams of the speed controller according to the invention in

a) stop position,
b) starting position,
c) low idle and
d) full load

Fig. 1a/1b zeigt einen erfindungsgemäßen Kreiselregler, der aus einem Reglergehäuse 3 besteht, in dem ein Käfig 2 drehbar auf Lagern 16, 17 gelagert ist. Der Antrieb des Käfigs 2 erfolgt synchron zur Maschinendrehzahl. Im Regel fall treibt die Maschine den Käfig 2 selbst an. Hierzu durchragt eine Antriebswelle 15 das Lager 16 und ist mit dem Käfig 2 verbunden. Innerhalb des Käfigs 2 ist ein Kreisel 12 angeordnet, der aus einem Elektromotor besteht, dessen Anker gleichzeitig die Kreiselmasse darstellt. Die Stromzufuhr zum Kreisel 12 erfolgt über Stromabnehmer 19, wobei die Obertragung zum Käfig 2 bzw. Kreisel entweder mit Schleifringen oder aber induktiv erfolgt. Als Kreisel 12 können Gleichstrommotoren, Asynchronmotoren und Syn chronmotoren mit Drehzahlsteuerung verwendet werden. Syn chronmotoren, insbesondere mit einer Drehzahl bis 10000 U/min haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. FIG. 1a / 1b shows a centrifugal governor according to the invention, which consists of a regulator housing 3, in which a cage 2 is rotatably supported on bearings 16, 17. The cage 2 is driven synchronously with the machine speed. As a rule, the machine drives the cage 2 itself. For this purpose, a drive shaft 15 extends through the bearing 16 and is connected to the cage 2 . A gyroscope 12 is arranged within the cage 2 and consists of an electric motor, the armature of which also represents the gyroscope mass. The current supply to the gyroscope 12 takes place via current collectors 19 , the transmission to the cage 2 or gyroscope being carried out either with slip rings or inductively. As a gyro 12 , DC motors, asynchronous motors and synchronous motors with speed control can be used. Synchronous motors, in particular with a speed of up to 10,000 rpm, have proven to be particularly advantageous.

Die Steuerung des Kreisels 12 erfolgt durch Rechnerpro gramme mit variablen Parametern, d. h. der Einsatz von Rechnern bzw. Mikroprozessoren ist ratsam.The gyro 12 is controlled by computer programs with variable parameters, ie the use of computers or microprocessors is advisable.

Damit eine Regelung erfolgen kann, liegen die Impulsachsen des Kreisels 12 und des Käfigantriebes 2 zueinander ver setzt und das resultierende Drehmoment wirkt auf eine Steuervorrichtung 4, 5, 8, 9 ein. Zur Begrenzung der Stellung des Kreisels 12 ist am Käfig 2 ein Anschlagkegel 20 angeordnet. Die Übertragung des resultierenden Drehmo ments zwischen dem Käfig 2 und dem Kreisel 12 erfolgt über eine Kulisse 1 am Kreisel 12. An dieser Kulisse 1 liegt über eine Rolle 13 ein Verstellbolzen 4 an, der längsbe weglich das Lager 17 durchragt.So that a control can take place, the pulse axes of the gyro 12 and the cage drive 2 are mutually ver and the resulting torque acts on a control device 4 , 5 , 8 , 9 . To limit the position of the gyroscope 12 , a stop cone 20 is arranged on the cage 2 . The transmission of the resulting torque between the cage 2 and the gyroscope 12 takes place via a backdrop 1 on the gyroscope 12 . On this backdrop 1 is via a roller 13, an adjusting bolt 4 , which extends through the bearing 17 along the way.

An dem der Rolle 13 entgegengesetzten Ende des Verstell bolzens 4 ist auf diesem ein Lager 21 befestigt, an dessen äußerer Lagerschale ein Steuerglied 9 angreift.At the roller 13 opposite end of the adjusting bolt 4 , a bearing 21 is fastened on this, on the outer bearing shell of which a control member 9 engages.

Durch das Lager 21 ist das Steuerglied 9 unabhängig von der Drehbewegung des Käfigs 2 und damit des Verstellbol zens 4. Auf das Steuerglied 9 in der Mitte des Verstell bolzens 4 drückt ein Rückstellhebel 7 und liegt ferner ein Stellhebel 8 auf. Der Rückstellhebel 7 ist über eine Feder 5 in Richtung Verstellbolzen 4 kraftbeaufschlagt. Hier durch ist eine Abstellung des Motors bei Ausfall des Krei sels 12 gewährleistet.Through the bearing 21 , the control member 9 is independent of the rotational movement of the cage 2 and thus the Verstellbol zens 4th On the control member 9 in the middle of the adjusting bolt 4 presses a reset lever 7 and is also an adjusting lever 8 . The reset lever 7 is acted upon by a spring 5 in the direction of the adjusting bolt 4 . Here, a shutdown of the engine is guaranteed in the event of failure of the circuit 12 .

Zur Übertragung der Bewegung des Verstellbolzens 4 kraft beaufschlagt dieser, schon gesagt, eine Seite eines als Kipphebel ausgebildeten Stellhebels 8. Das dem Verstell bolzen 4 abgewandte Ende des Stellhebels 8 steht mit einer Regelstange 10 in Eingriff. Die Stellung höherer Energie zufuhr ist in der Figur mit + und die der niedrigeren Energiezufuhr mit - gekennzeichnet.To transmit the movement of the adjusting bolt 4, this, as already stated, acts on one side of an adjusting lever 8 designed as a rocker arm. The adjustment bolt 4 facing away from the end of the adjusting lever 8 is in engagement with a control rod 10 . The position of higher energy supply is marked in the figure with + and that of the lower energy supply with -.

Zur Rückführung des Stellhebels 8 und damit der Regel stange 10 ist am Steuerglied 9 eine Reglerfeder 6 angeord net, die den Stellhebel 8 in die Position höherer Energie zufuhr kraftbeaufschlagt. Die Bewegung des Stellhebels 8 ist in einem Schlitz 15 des Steuergliedes 9 geführt.To return the control lever 8 and thus the control rod 10 , a control spring 6 is net angeord on the control member 9 , the force applied to the control lever 8 in the position of higher energy. The movement of the control lever 8 is guided in a slot 15 of the control member 9 .

In den Fig. 2a bis 2d sind schematisch die verschiede nen Betriebszustände des Kreiselreglers aufgezeigt.In FIGS. 2a to 2d covering different NEN operating states of the gyro controller are schematically shown.

Fig. 2a zeigt die Stopstellung, d. h. die Motordrehzahl und/oder die Kreiseldrehzahl sind gleich Null. Beide Fälle bedeuten, daß das Kreiselmoment zu Null wird. In diesen Fällen zieht die Reglerfeder 6 über den Stellhebel 8 die Regelstange 10 in die Nullstellung bzw. Stopstellung. Fig. 2a shows the stop position, that is, the engine speed and / or the rotor speed are zero. Both cases mean that the gyroscopic moment becomes zero. In these cases, the control spring 6 pulls the control rod 10 into the zero position or stop position via the actuating lever 8 .

In Fig. 2b ist die Startstellung gezeigt. Für den Startvor gang ist die (relativ) höchste Kreiseldrehzahl erforder lich. Die Zeit, die zur Verfügung steht, um den Startvor gang durchzuführen, ist bestimmend für die erforderliche Kreisel-Antriebsleistung. The starting position is shown in FIG. 2b. The (relatively) highest gyro speed is required for the starting process. The time available to carry out the starting process is decisive for the required gyro drive power.

Die Stromzuschaltung für den Kreisel 12 beginnt, wenn dem Motor eine Stromquelle zugeschaltet wird. Mit steigender Motordrehzahl schiebt der Kreisel 12 über die Kulisse 1 bzw. den Verstellbolzen 4 die Regelstange 10 in die Posi tion der Startmenge. Diese Position kann durch wählbare Funktionen Motordrehzahl/Kreiseldrehzahl z. B. in Ab hängigkeit von der Temperatur begrenzt werden.The current connection for the gyro 12 begins when a power source is connected to the motor. With increasing engine speed, the gyroscope 12 pushes the control rod 10 into the position of the starting quantity via the link 1 or the adjusting bolt 4 . This position can be selected by selectable functions engine speed / gyro speed. B. In dependence on the temperature can be limited.

Überschreitet der Motor die Startdrehzahl, so drückt der Kreisel über die beschriebenen Teile die Regelstange 10 in Richtung weniger. Gleichzeitig wird die Kreiseldrehzahl auf den durch die Gaspedalstellung vorgegebenen Wert zu rückgenommen.If the engine exceeds the starting speed, the gyro pushes the control rod 10 in the direction of less via the described parts. At the same time, the gyro speed is reduced to the value specified by the accelerator pedal position.

In der Fig. 2c ist der niedrige Leerlauf gezeigt. Die Posi tion der Regelstange 10 ergibt sich aus der Kombination der Drehzahlen von Kreisel und Käfig. Bei diesem Zustand ist die Kreiseldrehzahl relativ hoch.The low idle is shown in FIG. 2c. The position of the control rod 10 results from the combination of the speeds of the gyroscope and cage. In this state, the gyro speed is relatively high.

Da jeder Soll-Motordrehzahl eine beliebige Kreiseldrehzahl zugeordnet werden kann, ist jeder beliebige Zustand nur durch Variation der Kreiseldrehzahl erreichbar. Sämtliche Kundenforderungen können so leicht erfüllt werden. Die Re gelung selbst geschieht vorteilhafterweise über Software- Regelkreise.Since every target engine speed is any gyro speed can be assigned, any state is only can be achieved by varying the gyro speed. All This makes it easy to meet customer requirements. The Re is itself done advantageously via software Control loops.

Fig. 2d zeigt die Vollaststellung. Für diesen Regelungsfall ist die (relativ) geringste Kreiseldrehzahl erforderlich. Da dies der zeitlich häufigste sowie längste Betriebszu stand ist, kommt dies der Lagerlebensdauer der Kreisella ger zugute. Fig. 2d shows the full-load position. The (relatively) lowest gyro speed is required for this control case. Since this is the most frequent and longest operating period, this benefits the life of the Kreisella ger bearing.

Aufgrund der Tatsache, daß die Kreiseldrehzahl beliebig variierbar ist, kann jeder beliebige Zustand Motordrehzahl zu Regelstangenstellung eingestellt, vorgegeben, variiert oder geregelt werden. Trotzdem bleibt die Abregelfunktion erhalten, d. h. der Motor sowie der Kreiselregler sind im mer geschützt. Mit diesem Kreiselregler ist daher eine präzise, sichere und genaue Regelung möglich. Die Reak tionszeiten auf Antriebs-Drehzahlveränderungen der Maschi ne sind mindestens so kurz wie bei herkömmlichen Flieh kraftreglern und wesentlich kürzer als z. B. bei hydrauli schen Reglern.Due to the fact that the gyro speed is arbitrary is variable, any state of engine speed set to control rod position, specified, varies or be regulated. Nevertheless, the cut-off function remains received, d. H. the motor and the gyro controller are in always protected. This gyro controller is therefore one precise, safe and precise regulation possible. The Reak times on drive speed changes of the machine ne are at least as short as with conventional flees force regulators and much shorter than z. B. at hydrauli regulators.

Claims

1. gyro controller with controlled gyro frequency for regulating a manipulated variable of a machine, in particular the speed of an internal combustion engine or the injection quantity of one or more injection pumps, with a driven, rotating cage ( 2 ), in which a gyro ( 12 ) is arranged, the A control device ( 4 , 5 , 8 , 9 ) acts on a control rod ( 10 ), characterized in that a single gyro ( 12 ) is arranged in the cage ( 2 ), which consists of an electric motor, the armature of which simultaneously represents the gyro mass , wherein the pulse axes of the gyro ( 12 ) and the cage drive ( 2 ) are offset from one another and the resultant torque acts on the control device ( 4 , 5 , 8 , 9 ).

2. Gyro controller according to claim 1, characterized in that the speed of the gyro ( 12 ) is controlled by a microprocessor (computer).

3. Gyro controller according to claim 1 or 2, characterized in that the control device ( 4 , 5 , 8 , 9 ) consists of an adjusting bolt ( 4 ) which on the one hand via a roller ( 13 ) on a slide ( 1 ) designed as a sliding surface of the gyroscope ( 12 ) and the other side is connected to a control member ( 9 ) on the side facing away from the link ( 14 ).

4. claims centrifugal regulator according to one of the preceding, characterized in that the adjusting pin (4) acted upon by force one side of a lever (8) designed as a rocker arm and that the adjusting pin (4) abge turned end of the adjusting lever (8) with a control rod ( 10 ) is engaged.

5. gyro controller according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the adjusting bolt ( 4 ) via a spring-loaded return lever ( 7 ) in the direction of Ku lisse ( 1 ) is acted upon.

6. gyro controller according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that a control spring ( 6 ) is arranged on the control member ( 9 ), the force applied to the control lever ( 8 ) in the position of higher energy supply.

7. Gyro controller according to claim 6, characterized in that the adjusting lever ( 8 ) in a slot ( 15 ) of the control member ( 9 ) is guided.

8. gyro controller according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the gyro ( 12 ) is a synchronous motor, in particular at a speed of up to 10,000 revolutions per minute.

9. gyro controller according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the housing of the gyro ( 12 ) is evacuated.

10. Gyro controller according to one of the preceding claims che, characterized in that a rotation in the gyro controller number probe is integrated.