DE584271C

DE584271C - Control device for vehicles with internal combustion engine and electrical transmission with direct current generator, the excitation of which is regulated by a control motor, which can be switched on in one direction or the other by a fuel-centrifugal regulator

Info

Publication number: DE584271C
Application number: DEM112834D
Authority: DE
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1929-11-02
Filing date: 1929-11-26
Publication date: 1933-09-16

Description

Steuerungseinrichtung für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor und elektrischer Übertragung mit Gleichstromgenerator, dessen Erregung durch einen Steuermotor geregelt wird, der durch einen Brennstoff-Fliehkraftregler im einen oder andern Drehsinn eingeschaltet werden kann Triebmaschinen, wie Dieselmotoren, die sich nicht vorteilhaft zum unmittelbaren Fahrzeugantrieb verwenden lassen, werden häufig mittels elektrischer Übertragung, bestehend aus Gleichstromgenerator und den Triebmotoren, zum Antrieb von Fahrzeugen verwendet. Die Führung solcher Fahrzeuge gestaltet sich aber etwas schwieriger als bei rein elektrischen Fahrzeugen, weil außer der zulässigen Stromstärke und der Geschwindigkeit auch noch die Leistung des mechanischen Motors beobachtet werden muß. Bei Überlastung des letzteren muß der Führer unabhängig von der herrschenden Fahrgeschwindigkeit eine Leistungsverminderung herbeiführen. Bei Verwendung von mehr als einer einzigen Drehzahl des Verbrennungsmotors muß der Führer außerdem die jeweils zweckmäßigste Drehzahl einstellen.Control device for vehicles with internal combustion engines and electric Transmission with a direct current generator, the excitation of which is regulated by a control motor is controlled by a fuel centrifugal governor in one or the other direction of rotation Can be switched on prime movers, such as diesel engines, which are not beneficial Can be used for direct vehicle propulsion, are often by means of electrical Transmission, consisting of a direct current generator and the traction motors, to the drive used by vehicles. The management of such vehicles, however, is a bit different more difficult than with purely electric vehicles, because apart from the permissible current strength and the speed also observed the performance of the mechanical motor must become. If the latter is overloaded, the leader must be independent of the ruling class Driving speed cause a reduction in performance. When using The driver must also have more than a single speed of the internal combustion engine set the most appropriate speed in each case.

Man hat nun viele Mittel vorgeschlagen, um die Leistungsentnahme über einen n-iöglichst weiten Arbeitsbereich selbsttätig konstant zu gestalten.Many means have now been suggested in order to take the power over to design the widest possible working area automatically and constantly.

Der Generator wurde mit einer starken Gegenkompoundwicklung versehen oder eine gegenkompoundierende Wirkung mittels besonderer Hilfsmaschinen erzeugt, derart, daß mit zunehmendem Hauptstrom die Generatorspannung selbsttätig herabgedrückt wurde. Man hat ferner die am Verbrennungsmotor vorzunehmende Regelung derart mit dem elektrischen -Steuerapparat verbunden, daß bei Regelung am elektrischen Teil sich gleichzeitig der Verbrennungsmotor entsprechend einstellte. Alle diese Mittel können jedoch den Zweck nur unvollkommen erreichen, weil bei allen bestimmte Verhältnisse der Generator- und Motorcharakteristik sowie des Betriebsbereiches zugrunde gelegt werden müssen, die nicht oder nur über ein beschränktes Gebiet vorhanden sind, und deshalb der Führer zur Überwachung der Verbrennungsmotorleistung gezwungen ist.The generator was provided with a strong counter compound winding or creates a counter-compounding effect by means of special auxiliary machines, in such a way that the generator voltage is automatically lowered as the main current increases became. The control to be carried out on the internal combustion engine is also included in this way connected to the electrical control unit, that with control on the electrical part at the same time the combustion engine adjusted accordingly. All of these means However, they can only partially achieve the purpose because they all have certain conditions the generator and motor characteristics as well as the operating range which do not exist or only exist over a limited area, and therefore the leader is forced to monitor engine performance.

Weit zweckmäßiger ist die Steuerung der elektrischen Leistung durch Beeinflussung der Generatorfeldstärke von einem Fliehkraftregler, beispielsweise vom Brennstoffregler aus, derart, daß bei einer bestimmten unteren Drehzahlgrenze ein Antriebsmotor des Generatornebenschlußwiderstandes im Sinne einer Feldschwächung, bei einer bestimmten oberen Drehzahl hingegen im Sinne einer Feldverstärkung wirkt. Damit wird die Belastung des Verbrennungsmotors unabhängig von Temperaturen, Wirkungsgraden und Charakteristiken, ja sogar unabhängig von allfälligen Störungen bei einzelnen Zylindern, weil sie ja nur von der Drehzahl und damit von der die Belastung kennzeichnenden Füllstellung abhängt.It is far more useful to control the electrical power through Influencing the generator field strength from a centrifugal governor, for example from the fuel regulator, in such a way that at a certain lower speed limit a drive motor of the generator shunt resistance in the sense of a field weakening, at a certain upper speed, however, acts in the sense of a field strengthening. This makes the load on the internal combustion engine independent of temperatures and degrees of efficiency and characteristics, even independent of any Disruptions in the case of individual cylinders, because they only depend on the speed and thus on the Load characteristic filling position depends.

Bereits sind Lösungen dieser Art bekannt. Ein Fliehkraftregler, der zugleich Brennstoffregler sein kann, wurde mit einer Kontakteinrichtung versehen, derart, daß bei einer unteren Drehzahlgrenze ein Steuermotor zur Regelung des Nebenschlußwiderstandes im Sinne einer Generatorfeldschwächung, bei einer oberen Drehzahlgrenze hingegen im Sinne einer Feldverstärkung eingeschaltet wurde. Bei den zwischenliegenden Drehzahlen blieb der Steuermotor ausgeschaltet. Diese Lösung ist indessen mit einer Starrheit behaftet, die ihre Verwendungsmöglichkeit für Bahnbetrieb in Frage stellt, weil dieser nicht nur eine konstante Dieselmotorausnutzung, sondern in erster Linie die Anpassung an die gegebenen Betriebserfordernisse verlangt.Solutions of this type are already known. A governor that can also be a fuel regulator, has been provided with a contact device, such that at a lower speed limit a control motor for regulating the shunt resistance in the sense of a generator field weakening, but with an upper speed limit was switched on in the sense of a field strengthening. At the intermediate speeds the steering motor remained switched off. This solution, however, has a rigidity afflicted, which questions their possible use for rail operations because this not only a constant diesel engine utilization, but first and foremost the Adaptation to the given operational requirements is required.

Besser geeignet für Bahnzwecke ist daher die Beeinflussung der Leistung von Hand, die in bekannter Weise unmittelbar oder auch mittelbar durch Fernsteuerung erfolgen kann. Diesem Regelverfahren haftet aber der Nachteil an, daß die von den Verbrennungsmotoren abzugebende Leistung nicht bestimmt, sondern durch geänderte Betriebszustände veränderlich ist und sogar in das Gebiet der gefürchteten Überlastung gelangen' kann, wenn der Führer nicht durch aufmerksame Regelung dagegen wirkt. Dieser Nachteil bleibt auch dann bestehen, wenn, wie bekannt, mittels Differentialrelais Gleichheit der Leistung verschiedener Fahrzeuge selbsttätig eingestellt wird.Influencing the performance is therefore more suitable for railway purposes by hand, in a known manner directly or indirectly by remote control can be done. However, this control method has the disadvantage that the Internal combustion engines output power is not determined, but changed Operating conditions is changeable and even in the area of the dreaded overload can get 'if the leader does not work against it through careful regulation. This disadvantage remains even if, as is known, by means of differential relays Equality of performance of different vehicles is automatically adjusted.

Dieser Nachteil wird beseitigt, wenn die Handsteuerung mit einer selbsttätigen Leistungsregelung vereinigt ist. Erfindungsgemäß läßt sich eine derartige vereinigte Regelung dadurch besonders vorteilhaft ermöglichen, daß der Brennstoffregler mit einem über eine Kontaktbahn gleitbaren Hebel versehen wird, und daß jeder Kontakt dieser Bahn mit einem entsprechenden Kontaktfinger einer Schaltwalze verbunden ist. Die Beläge der Schaltwalze sind so ausgebildet, daß jeder Fahrstufe eine bestimmte Stellung des Hebels und damit des Brennstoffreglers als Gleichgewichtsstellung entspricht.This disadvantage is eliminated when the hand control is automatic Power regulation is united. According to the invention, such a combined This allows control particularly advantageous that the fuel regulator with a lever slidable over a contact path is provided, and that each contact this web is connected to a corresponding contact finger of a shift drum. The linings of the shift drum are designed so that each speed step has a specific one Corresponds to the position of the lever and thus the fuel regulator as an equilibrium position.

Diese Anordnung ist in einem Ausführungsbeispiel in Abb. i schematisch dargestellt. Abb. 2 zeigt die bekannten Zugkraftgeschwindigkeitshyperbeln für verschiedene gleichbleibende Verbrennungsmotorleistungen. Die Übertragungsverluste sind der Einfachheit halber bei diesen Kurven vernachlässigt. Dem Ausführungsbeispiel ist ein Verbrennungsmotor zugrunde gelegt, der mit drei verschiedenen weit nuseinanderliegenden Nenndrehzahlen ni, n2, n3 arbeitet. Im Stromkreis des Generators o liegen in üblicher Weise die Fahrzeugtriebmotoren P1, p2. Der Steuermotor i verstellt den Regelwiderstand q und bewirkt so die Regelung des die Feldwicklung r des Generators o durchfließenden Stromes und damit der vom Generator aufgenommenen Leistung. Die mit + und -bezeichneten Leitungen sind an eine Stromquelle konstanter Spannung gelegt. Der Hebel a ist derart mit dem Brennstoffregler verbunden, daß er bei der größten Füllung, also bei Vollast, auf den Kontakt b, bei kleinster Füllung auf dem Kontakt c und bei zwischenliegenden Füllungen auf die zwischenliegenden Kontakte gedreht wird.This arrangement is shown schematically in an exemplary embodiment in FIG. Fig. 2 shows the known traction force velocity hyperbolas for various constant internal combustion engine outputs. For the sake of simplicity, the transmission losses are neglected in these curves. The exemplary embodiment is based on an internal combustion engine which operates at three different nominal speeds ni, n2, n3, which are widely spaced apart. The vehicle drive motors P1, p2 are usually located in the circuit of the generator o. The control motor i adjusts the variable resistor q and thus regulates the current flowing through the field winding r of the generator o and thus the power consumed by the generator. The lines marked + and - are connected to a current source of constant voltage. The lever a is connected to the fuel regulator in such a way that it is rotated to contact b for the largest filling, i.e. at full load, to contact c for the smallest filling and to the intermediate contacts for intermediate fillings.

Durch die Schaltwalze f mit den Fahrstufen i bis ii wird nun diejenige Stellung des Hebels a und damit die Füllung bestimmt, auf welcher die Generatorerregung unverändert bleibt.The shift drum f with the speed steps i to ii is now the one Position of the lever a and thus the filling determines on which the generator excitation remains unchanged.

Der Steuermotor i wird nämlich über die Kontaktbahn e-d und die Beläge der Schaltwalze f mit den Feldwicklungen k bzw. s stets eingeschaltet, bis der Hebel auf das Segment der Kontaktbahn zu liegen kommt, auf welchem bei der betreffenden Stellung der Schaltwalze f der Steuermotorstromkreis unterbrochen wird. Die Schaltwalze f sei beispielsweise auf Stufe q. und der Hebel a in der gezeichneten Stellung. Der Steuermotor ist hier ausgeschaltet. Nun werde die Schaltwalze f auf Stufe 5 gedreht. Der Steuermotor ist nun eingeschaltet, indem sein Feldstromkreis geschlossen ist vom +-Pol über den Hebel a zum Segment neben b, zum unteren Belag der Schaltwalze f, zur Feldwicklung k, über die Spule des Schalters in zum --Pol. Sein Ankerstromkreis ist durch den vom Feldstrom beeinflußten Schalter na geschlossen. Die Feldwirkung k bewirkt Drehung des Steuermotors im Sinne einer Feldverstärkung in der Erregerwicklung des Generators o. Die Feldwicklung s wirkt, wenn eingeschaltet, im Sinne einer Feld- schwächung. Im Beispiel wird somit der Generator mehr erregt. Dadurch steigt sein Strom und seine Leistung. Die Dieseldrehzahl fällt folglich so viel ab, daß der Regler des Dieselmotors die Brennstoffzufuhr erhöht, entsprechend dem erhöhten Drehmoment. Der Hebel a steigt somit, bis die Leistungszunahme aufhört, also bis der Steuermotor abgeschaltet wird. Dies geschieht für die Stufe 5, sobald der Hebel a nur noch das Segment b berührt, weil letzteres auf Stufe s weder mit dem oberen noch mit dem unteren Belag der Schaltwalze verbunden ist. Ein weiterer Schalter n wirkt als Strombegrenzer, der den Ankerstromkreis des Steuermotors i offen hält, solange der Strom des Hauptgenerators o einen bestimmten Betrag überschreitet.The control motor i is namely always switched on via the contact track ed and the linings of the shift drum f with the field windings k and s until the lever comes to rest on the segment of the contact track on which the control motor circuit is interrupted in the relevant position of the shift drum f . The shift drum f is, for example, at level q. and the lever a in the position shown. The control motor is switched off here. Now the shift drum f is turned to level 5. The control motor is now switched on because its field circuit is closed from the + pole via the lever a to the segment next to b, to the lower surface of the shift drum f, to the field winding k, via the coil of the switch in to the - pole. Its armature circuit is closed by the switch na, which is influenced by the field current. The field effect k causes the control motor to rotate in the sense of a field strengthening in the excitation winding of the generator o. The field winding s, when switched on, acts in the sense of a field weakening. In the example, the generator is therefore more excited. This increases its current and its performance. The diesel speed consequently drops so much that the regulator of the diesel engine increases the fuel supply in accordance with the increased torque. The lever a thus rises until the increase in power ceases, i.e. until the control motor is switched off. This happens for level 5 as soon as the lever a only touches segment b, because the latter is not connected to the upper or lower covering of the shift drum at level s. Another switch n acts as a current limiter, which keeps the armature circuit of the control motor i open as long as the current of the main generator o exceeds a certain amount.

Die Stromspulen h und g deuten die Beeinflussung der Drehzahleinstellung an. h und g stromlos ergibt die tiefste Drehzahl n1, h stromdurchflossen ergibt die Drehzahl n2 und endlich h und g oder g allein stromdurchflossen ergeben die Drehzahl n3. Die Beläge der Schaltwalze sind so angenommen, daß die Drehzahl n1 auf den Fahrstufen i bis 5, 11.2 auf 6 bis 8 und n3 auf g bis i i herrscht.The current coils h and g indicate the influence on the speed setting. h and g without current results in the lowest speed n1, h with current flowing through results in speed n2 and finally h and g or g alone with current flowing through results in speed n3. The linings of the shift drum are assumed in such a way that the speed n1 prevails on speed levels i to 5, 11.2 on 6 to 8 and n3 on g to ii.

Als Beispiel sei die Fahrstufe 8 näher betrachtet. Spule h führt Strom, also herrscht die Drehzahl ya2. Solange der Hebel a in der Abbildung unterhalb des Kontaktes b steht, ist der Steuermotor i im Sinne einer Feldverstärkung in der Wicklung r angeschlossen. In Stellung b bleibt der Steuermotor stromlos. Nun fahre das Fahrzeug beispielsweise in eine Steigung ein. Die Fahrzeuggeschwindigkeit verringert sich, der Triebmotorstrom wächst, die Generatorleistung ebenfalls. Der nicht dargestellte Regler öffnet und schiebt den Hebel a auf Kontakt d. Dadurch wird der Steuermotor im feldschwächenden Sinn eingeschaltet, bis die Generatorleistung und damit die Verbrennungsmotorleistung wieder auf die dem Kontakt b entsprechende gesunken ist. Ist die zugehörige Fahrgeschwindigkeit zu klein, so kann diese durch Weiterschalten der Schaltwalze bis auf Stufe i i zur vollen Ver11rennungsmotorausnutzung gesteigert werden.As an example, take a closer look at speed level 8. Coil h carries current, so the speed is ya2. As long as the lever a is below the contact b in the figure, the control motor i is connected in the sense of a field strengthening in the winding r. In position b the control motor remains de-energized. Now, for example, drive the vehicle up an incline. The vehicle speed decreases, the traction motor current increases, and so does the generator output. The regulator, not shown, opens and pushes lever a to contact d. As a result, the control motor is switched on in the field-weakening sense until the generator output and thus the internal combustion engine output have fallen back to that corresponding to contact b. If the associated driving speed is too low, it can be increased by shifting the shift drum up to level ii for full internal combustion engine utilization.

Die Bedienung der Schaltwalze ist ähnlich wie bei rein elektrischen Fahrzeugen mit selbsttätiger Aufschaltung. Die Schaltwalze kann wie dort ungeachtet des Strom- oder Leistungszustandes von jeder beliebigen Stellung sofort auf jede andere beliebige Stellung gedreht werden. Sie kann beispielsweise zu einer schweren Anfahrt schon bei Stillstand des Fahrzeuges auf die höchste Stufe gestellt und dort belassen werden, solange die zulässige Fahrgeschwindigkeit nicht überschritten wird. Außer der Beobachtung allfälligen Schleuderns und der Fahrgeschwindigkeit braucht der Führer keinerlei Instrumente im Auge zu behalten. Selbst im Falle eines Aussetzens einzelner Zylinder tritt keine Überlastung der Verbrennungsmaschine ein, weil ja die Einstellung nicht auf eine bestimmte Leistung selbst, sondern auf eine bestimmte Füllstellung erfolgt.The operation of the shift drum is similar to that of a purely electric one Vehicles with automatic activation. The shift drum can be ignored as there the current or power state from any position immediately to any any other position can be rotated. For example, it can become severe Approach when the vehicle is at a standstill is set to the highest level and there be left as long as the permissible driving speed is not exceeded. In addition to observing any skidding and driving speed the guide did not keep an eye on any instruments. Even in the event of a suspension individual cylinder, there is no overload of the internal combustion engine, because yes the attitude not to a certain achievement itself, but to a certain one Filling position takes place.

Abb. 2 zeigt die Zugkraftgeschwindigkeitskurven jeder Fahrstufe des Ausführungsbeispiels. Bei den Stufen 5, 8 und i i ist der Verbrennungsmotor mit den bezüglichen Drehzahlen n, ryi2, n3 voll ausgenutzt. Die Stufeneinteilung ist für gleichmäßige Leistungsentnahme gemacht, kann aber auch anders erfolgen. Die Höchstzugkraft wird durch das bekannte Stromgrenzrelais auf Zmak begrenzt. Durch bekannte Mittel kann dasselbe auf verschiedene Höchstzugkräfte einstellbar gemacht werden. Unabhängig davon können durch stufenweises Aufschalten alle beliebigen Anfahrkräfte unterhalb ZmaX eingehalten werden.Fig. 2 shows the tractive force speed curves for each speed level of the Embodiment. At stages 5, 8 and i i the internal combustion engine is included the related speeds n, ryi2, n3 are fully utilized. The grading is Made for even power extraction, but can also be done differently. the Maximum tensile force is limited to Zmak by the well-known current limit relay. By known means can be made adjustable to different maximum tensile forces will. Regardless of this, all starting forces can be activated in stages below ZmaX are complied with.

Die Erfindung schließt eine Reihe von Ausführungsmöglichkeiten in sich, von denen nur einige genannt seien: Die Steuerung des Steuermotors kann auch mittelbar sein und über Relais erfolgen. Statt eines elektrischen Steuermotors kann ein anderer, beispielsweise elektropneumatischer Antrieb verwendet werden.The invention includes a number of possible embodiments in of which only a few are mentioned: The control of the control motor can also be indirect and take place via relays. Instead of an electric control motor, you can another drive, for example an electropneumatic drive, can be used.

Der Hauptgenerator kann eigenerregt, fremderregt und zusätzlich mit Hauptschlußwicklung versehen sein.The main generator can be self-excited, externally excited and additionally with Main winding be provided.

Die Drehzahleinstellung des Verbrennungsmotors kann von der Schalt@valze getrennt erfolgen.The speed setting of the internal combustion engine can be controlled by the switching roller be done separately.

Das Anwerfen des Verbrennungsmotors kann durch die Schaltwalze selbst erfolgen, gegebenenfalls durch eine Vorstufe.The internal combustion engine can be started by the shift drum itself take place, if necessary by a preliminary stage.

Die übliche Totmanneinrichtung kann unabhängig von der vorliegenden Steuerung oder in Verbindung mit derselben sein.The usual dead man's device can be independent of the present Control or be in connection with the same.

Statt nur einer Schaltwalze können ebenso viele angeschlossen werden, als Führerstände vorhanden sind.Instead of just one shift drum, just as many can be connected, as driver's cabs are available.

Die gezeigte Steuerungseinrichtung zeichnet sich durch große Einfachheit in der Anordnung und in der Bedienung aus und entspricht den Anforderungen hinsichtlich Verbrennungsmotor sowohl als hinsichtlich elektrischer Ausrüstung und hinsichtlich Fahrbetrieb. Insbesondere wird dadurch der Verbrennungsmotor selbsttätig vor schädlicher Überlastung geschützt und beste Ausnutzung der Fahrzeugsleistung gewährleistet, ohne daß sich der Führer um etwas anderes als die reinen Fahrbedingungen zu kümmern hat.The control device shown is characterized by its great simplicity in the arrangement and in the operation and meets the requirements with regard to Internal combustion engine both in terms of electrical equipment and in terms of Driving operation. In particular, this automatically makes the internal combustion engine more harmful Overload protected and best utilization of vehicle performance guaranteed, without the guide caring about anything other than the pure driving conditions Has.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Control device for vehicles with internal combustion engines and electrical transmission with direct current generator whose excitation is carried out. a Control motor is controlled by a fuel-centrifugal governor in one or other direction of rotation can be switched on, characterized in that a Switch lever (a) that can be moved by the fuel regulator via a contact track (e-d) with a shift drum (f) influencing the excitation of the control motor (i) electrically is connected in such a way that only the contact that of the wanted Corresponds to filling position, does not change the excitation strength of the generator, whereas the contacts corresponding to a higher filling position weaken, the rest cause a strengthening of the same. Control device according to claim z, characterized in that the same by solenoid coils (h, g) with the speed setting of internal combustion engines with two or more adjustable speeds. 3. Control device according to claim z, characterized in that a current limit relay (n) prevents the generator excitation increase as long as the generator main current exceeds a certain maximum value.