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Brennkraftmaschine mit Aufladung Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine
mit Aufladung und mit einer in Abhängigkeit vom- Aufladedruck arbeitenden Vorrichtung
zur Begrenzung der höchstens vom Geschwindigkeitsregler eingestellten einzuspritzenden
Brennstoffmnenge sowie mit mittelbarer Leistungsübertragung, welche eine drehzahlabhängige
Regelung der Belastung der Brennkraftmaschine aufweist.
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Bei bekannten Brennkraftmaschinen mit Aufladung und mittelbarer Leistungsübertragung,
bei welchen die Brennstoffmenge außer durch den auf gleichbleibender Drehzahl regelnden
Drehzahlregler noch in Abhängigkeit vom Druck der Aufladeluft bestimmt wird und
der Drehzahlregler die Einrichtung zur Leistungsübertragung derart beeinflußt, daß
die Belastung beim Steigen der Drehzahl vergrößert, beim Fallen verkleinert wird,
hat sich gezeigt, daß Pendelungen einer solchen Regelung mit einfachen Mitteln verhindert
;werden können, trotzdem jeder Stellung des Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsreglers
beliebige Stellungen dies Servomotors entsprechen, solange der Geschwindigkeitsregler
seine Aufgabe der Regelung der Brennstoffzufuhr erfüllt. Solche Pendelungen werden
vorteilhaft durch eine Verzögerung des Arbeitens des Servomotors, beispielsweise
durch die Drosselung seiner Kraftmittelzufuhr, verhindert.
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Tritt eine Überlastung der Brennkraftm.aschine auf, so wird sich infolge
dieser Dros-. selung die Einwirkung des Geschwindigkeitsreglers auf den die Belastung
regelnden Servomotor viel langsamer als auf die Regelung der Brennstoffmenge auswirken.
Während der Zeit, die verstreicht, bis die Belastung der Brennkraftmaschine so geregelt
ist, daß der ursprüngliche Gleichgewichtszustand wieder erreicht ist, erhöht der
Geschwindigkeitsregler vorübergehend die Brennstoffmenge und verhindert dadurch
einen allzugroßen Drehzahlabfall.
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Sobald aber die Vorrichtung, welche die höchste vom Geschwindigkeitsregler
eingestellte einzuspritzende Brennstoffmenge begrenzt, anspricht, kann der Geschwindigkeitsregler
unter Umständen einen großen Drehzahlabfall der Brennkraftmaschine nicht mehr verhindern.
Es kann in der Zeit, bis die Belastungsregelung die Belastung entsprechend verringert
hat, die Drehzahl weit unter den Sollwert gesunken sein. Ist die Belastung durch
die vom Geschwindigkeitsregler veranlaßte Belastungsregelung genügend verkleinert
worden,
so sinkt die Drehzahl nicht mehr. Trotzdem die Drehzahl wieder langsam zu steigen
beginnt, verringert die Belastungsregelvorrichtung die Belastung -,veirer, bis d,c,r
Sollwert .der Drehzahl wiedererreicht ist.
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Infolgedessen ist nunmehr beim Erreichen dieses Sollwertes der Drehzahl
die Last zu niedrig und erst jetzt fängt die Belastungsregelvorrichtung wieder an,
die Belastung zu erhöhen. Gleichzeitig beschleunigt sich die Brennkraftmaschine,
um bei einer bestimmten Drehzahl das Gleichgewicht zwischen Belastung und Leistung
der Brennkraftmaschine zu erreichen. Nun -müßte von diesem Augenblick an die Last
konstant gehalten werden. Sie wird es aber nicht, vielmehr erhöht die Belastungsregelvorrichtung
dieBelastung weiterhin, bis die Drehzahl wieder auf den Sollwert gesunken ist.
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Die Erhöhung bzw. die Verminderung der Belastung kommt somit zu spät,
und zwar um eine Viertelperiode, wenn der ganze Vorgang des Absinkens der Drehzahl
vorn Sollwert bis auf ein Minimum mit darauffolgendem Ansteigen auf ein Maximum
und Zurückfallen auf den Sollwert als eine Periode bezeichnet wird. Infolgedessen
kann unter ungünstigen -Umständen die Regelung überhaupt nicht oder erst nach sehr
langer "Zeit zur Ruhe kommen. Es kann sogar vorkoniinen, daß die Pendelungen immer
größer statt kleiner werden.
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Bei Isodromreglern für Kraftmaschinen ist es an sich bekannt, die
Rückführung zwischen Steuerorgan und Regler vorübergehend aufzuheben.
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Die Erfindung besteht aber in einer Vorrichtung, die in Abhängigkeit
vom Inkrafttreten der Begrenzungsvorrichtung den Servomotor für die Belastungsregelung
und ein die Kraftmittelzufuhr zum Servomotor steuerndes Organ in der Weise kuppelt,
daß bei Bewegung des Servomotors eine Rückführung dieses Organs zur Neutralst.ellung
hin bewirkt wird.
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Diese Rückführung kann so eingestellt werden, daß das Steuerorgan
der Belastungsregelvorrichtung in die neutrale Stellung, z. B. bei einem hydraulischen
bzw. pneutnatischen Servomotor in die Abschlußstellung kommt, sobald die genannte
Vorrichtung die Brennkraftmaschine genügend entlastet hat. Somit wird diese Drehzahl
ohne Pendelung eingehalten. Ist die Entlastung schon zti groß, so bewirkt der Geschwindigkeitsregler
eine Verstellung des Steuerorgans aus der Neutralstellung im Sinne einer Belastung,
und zwar unmittelbar nachdem die Drehzahl wieder zu steigen beginnt. Eine Phasenverschiebung
von einer Viertelperiode tritt daher nicht mehr auf.
_\uf der Zeichnung sind vier Ausführungs- |
beispiele des Erfindungsgegenstandes schema- |
tisch dargestellt. |
Fig. i stellt eine durch eine Brennkraft- |
tnaschine angetriebene Generatorgruppe für |
ein Fahrzeug dar, bei welcher das Feld des |
Generators und damit die Belastung der |
Brennkraftinaschine mittels eines h_vdrau- |
lischeti Servomotors mit mechanischer Rück- |
führung geregelt wird. |
Fig.2 veranschaulicht eine weitere Aus- |
führung des mechanischen Rückführgestän- |
ges nach Fig. i. |
Fig.3 zeigt bei einer weiteren Ausfiilt- |
rungsform eine Kupplung zwischen dem Ge- |
stänge des Servomotors und (lern Gestänge |
.,eines Schiebers. |
Fig..i ist eine Ausführungsform, bei wel- |
cher der Servomotor durch Verschiebung der |
Steuerkanten seines Schiebers die Rückfüh- |
rung bewirkt. |
In Fig. i treibt- eine Brennkraftinaschine i einen Generator 2 und den Hilfsgenerator
3. Der Generator 2, der zwei Triebmotoren speist, wird vom Hilfsgenerator 3 über
den Regelwiderstand 5 mit Hilfe der Feld-,vicklung b erregt. Der Geschwindigkeitsregler
7 ist über die Muffe 8, den Hebel 9 und das als nachgiebiger Gestängeteil ausgebildete
Federglied i i mit der Regelstange 12 der Brennstoffpumpen 13 verbunden. Von der
Muffe 8 aus wirkt der Regler 7 über das Gestänge 9, io und 14. auf den Steuerschieber
15 des Servomotors 18, der seinerseits den Regelschalter i9 des Feldwiderstandes
5 zur RegelungderBelastung der Brennkraftmaschine i verstellt.
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Das Gelenk 16 am Hebel 14. wird normalerweise festgehalten, und zwar
durch die Blockierung mit den Kolben 21 und 22, welche auf den Teller 2o drücken
und durch das elektropneumatische Ventil 23 mit Luft beaufschlagt «-erden. Dieses
Ventil 23 wird durch einen Kontakt 24 am Federglied i i gesteuert.
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Der Kolben -25, dessen linke Seite an die Aufladeluftleitung der Brennkraftmaschine
i angeschlossen ist, wirkt über den Schieber 26 und die Schieberbüchse 2; der Begrenzungs-@-orrichtung
und den Hebel 28 auf die Brennstoffregelstange 12. Die Öffnungen 29 und
30 in der Schieberbüchse 27 steuern die in den Leitungen 3, und 32
umlaufende Flüssigkeit und beeinflussen auf diese Weise die Bewegung des Blockierkolbens
3 3 und des Gelenkes 34 des Hebels 17.
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Die Wirkungsweise der in Fig. i elargesstellten Einrichtung ist folgende:
In der gezeichneten Stellung des Reglers ; läuft die Brennkraftmaschine i mit der
Normaldrehzahl, d. h. mit der Drehzahl, bei weleher
der Schieber
1 5 bei festgehaltenem Gelenk 16 und freiverschieblichem Gelenk 34 in seiner gezeichneten
Neutral- bzw. Abschlußstellung ist. Der Servomotor 18 ist dann in Ruhe. Die Begrenzungsvorrichtung
26, 27 gibt die Brennstoffregelstange 12 frei und läßt die Flüssigkeit in den Leitungen
31 und 3a frei umlaufen, so daß sich der Blockierkolben 33 frei verschieben kann,
sobald ein Anlaß dazu auftritt. Auch der Regler 7 kann über das Federglied ii kraftschlüssig
auf die Brennstoffpumpenregelstange 12 wirken. Infolgedessen ist auch der Kontakt
24 geschlossen und das Ventil 23 erregt, so daß Druckluft auf beide Seiten zu den
Blockierkolben 21 und 22 zutreten kann und diese auf die Anschläge 35 drückt. Infolgedessen
wird der Teller 20 in der gezeichneten Lage I und ebenso das Gelenk 16 festgehalten.
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Tritt nun eine Überlast auf, die jedoch nicht so groß ist, daß die
Büchse 27 an den Schieber 26 zum Anschlag kommt, so ist die Wirkungsweise des Servomotors
18 gleich derjenigen, ,die im Patent 727 677 der Patentinhaberin beschrieben ist.
Dadas Gelenk 34 freiverschieblich und ider Gelenkpunkt 16 fest ist, bewegt :sich
der 37, ohne den Sch.ielber 15 zu beeinflussen.
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Sinkt jetzt der Aufladedruck sehr stark oder nimmt die Belastung sehr
stark zu, so bewegen sich die Organe 26 und 27 aufeinander zu. Sobald diese Teile
aufeinander aufsitzen, d. h. die Begrenzungsvorrichtung in Wirkung tritt, löst sich
im Federglied i i der Teller 36 vom Gehäuse 37 ab und der Kontakt 24 wird geöffnet,
so daß das Ventil 23 entregt wird und das Gelenk 16 sich frei verschieben kann,
weil die Kolben 2 1 und z2 nicht mehr mit Druckluft beaufschlagt sind, sondern durch
das nach links verschobene Ventil 23 mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen.
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Es entsteht nun eine mehr oder weniger große Differenz zwischen der
durch die eingespritzte Brennstoffmenge bedingten Leistung und der durch die Erregung
des Generators 2 gegebenen Belastung der Brennkraftmaschine i. Die Drehzahl sinkt
somit stark und die Gewichte des Reglers 7 gehen nach innen. Die Muffe 8 geht somit
nach rechts, was die erwähnte Ablösung des Tellers 36 vom Gehäuse 37 des Federgliedes
i i zur Folge hat und andererseits über das Gestänge 9, io den unteren Drehpunkt
des Hebels 14 nach rechts bewegt.
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Trotzdem der Teller 2o nicht mehr festgehalten wird, bleibt das Gelenk
16 vorerst, d. h. solange der -Servomotor 18 noch nicht beaufschlagt ist, noch der
Bewegungsdrehpunkt des Hebels 14. Der Kolben 33 ist nämlich festgehalten, weil der
Schieber 26 die -öffnungen 29 und 30 geschlossen hat, so daß keine Flüssigkeit
mehr von der Leitung 31 zu der Leitung 32 fließen kann. Mit dem Hebel 14 geht der
Schieber 15 somit nach rechts und läßt Druckmittel zur rechten Seite des Servomotors
18 zutreten, so daß derselbe nach links geht itnd das Gelenk 16 mitnimmt. Die Bewegung
des Drehpunktes 16 nach links führt den Schieber 15 nach einem bestimmten Weg in
die Neutral- bzw. Abschlußstellung zurück.
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Genügt die Entlastung der Brennkraftmaschine i dann noch nicht, so
geht die Muffe 8 noch «-eiter nach rechts. Der Schieber 15 geht abermals nach rechts,
so daß eine weitere Entlastung auftritt. Bei einer bestimmten Stellung des Servomotors
18 und einer bestimmten Drehzahl 'herrscht dann Gleichgewicht zwischen Belastung
und Leistung der Brennkraftmaschine i, so daß keine Drehzahländerung mehr auftritt.
Es ist möglich, daß diese Drehzahl nicht sofort erreicht wird. Es kann. vorkommen,
daß im Moment, wo der Schieber 15 in die Abschlußstellung kommt, die Belastung schon
zu stark vermindert wurde. Die Brennkraftmaschine i beschleunigt sich dann und der
Schieber 15 wird vom Regler 7 aus der Abschlußlage nach links verschoben. Dadurch
geht der Servomotor 18 nach rechts und bewirkt eine Belastungserhöhung. Auf diese
Weise wird in, kürzester Zeit das Gleichgewicht zwischen Leistung und Belastung
wieder hürgestellt.
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Hört die Begrenzung der Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit von der Aufladung
wieder auf, d. h. hebt sich das Organ -26 von der Büchse 27 ab, so kann sich der
Kolben 33 wieder frei verschieben und das Gelenk 16 1 wird infolge der erneuten
Erregung des Ventilei 23 wieder festgehalten. Der Schieber 15 kommt erst in Abschlußlage,
wenn die ursprüngliche bzw. die Solldrehzahl wieder erreicht ist.
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In Fig. 2 wird der Teller 38 nicht starr festgehalten oder vollständig
freigelassen, sondern mit Hilfe der Feder 39 elastisch nachgiebig in seiner rechten
Endstellung gehalten. Solange also der Rückführungshebel 17 keine Kraft ausübt,
d. h. solange der Kolben 33 sich frei verschieben kann, ist das Gelenk 16 festgehalten.
Sobald aber der Kolben 33 in der bei Fig. i beschriebenen Weise festgehalten -ist
und der Schieber 15 aus der Abschlußlage herausgebracht wird, übersteigt die Kraft
des Servomotors 18 diejenige der Rückstellfeder 39 - und das Gelenk 16 kann sich
nach links verschieben. Diese Nachgiebigkeit des Tellers 38 könnte auch dadurch
erreicht werden, daß wie in Fig. i mit Luft beaufschlagte Kolben 21 und 22 vorgesehen
sind,
deren Kraft aber geringer ist als die vom Gestänge 17 ausgeübte Kraft.
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Diese Rückstellwirkung der Feder 39 ist insbesondere auch im Zusammenhang
mit der Öffnung 40 im Kolben 33 von Bedeutung. Wenn zu einem Zeitpunkt, in dem die
Begrenzungsvorrichtung 26, 27 in Wirkung getreten ist (d. h. in dem die Öffnungen
29, 30 geschlossen: sind), der Schieber 15- sich in der Neutrallage befindet, während
das Gelenk 16 und der Teller 38 aus der rechten. Endstellung nach links verschoben
sind, wirkt die rückstellende Kraft der Feder 39 auf den Kolben 33- Auf die Flüssigkeit
links vom Kolben 33 wird ein Druck ausgeübt,- so daß Flüssigkeit durch die Öffnung
40 vom linken in den rechten Raum übertritt. Der Kolben 33 bewegt sich somit ganz
langsam nach links. Das Gelenk 16 geht dann nach rechts und verschiebt den Schieber
15 aus der Abschlußstellung. Es folgt dann eine Entlastung und eine entsprechende
Rückführung des Gelenkes 16 nach links. Gleichzeitig geht auch die Stange io etwas
nach links, weil infolge der Entlastung die Drehzahl etwas gestiegen ist.
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Dieses Spiel wiederholt sich so lange, bis die Rückstellkraft der
Feder 39 ganz aufgehört hat, d. h. bis der Teller 38 wieder' in die Endlage zurückgekehrt
ist. Das ist erst der Fall, wenn die Solldrehzahl wieder erreicht ist. Die Undichtheit
4o im Kolben 33 in Zusammenarbeit mit der Rückstellfeder 39 hat daher den Effekt,
daß nach einiger Zeit immer wieder die Solldrehzahl erreicht ist, so daß die höchstmögliche,
der verminderten Brennstoffmenge entsprechende Leistung auftritt.
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Anstatt im Kolben 33 eine Undichtheit 4o vorzusehen, können auch die
Öffnungen 29, 30 so ausgebildet sein, daß sie noch nicht ganz geschlossen
sind, wenn die Büchse 27 auf dem Schieber 26 aufsitzt. Auch sonst ist es zweckmäßig,
die Öffnungen 29, 30 so auszubilden, daß der Durchtrittsquerschnitt für die
Flüssigkeit nicht plötzlich von dem Maximum auf Null bzw. das Minimum verändert
wird, sondern daß der Übergang allmählich erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß die
Regelung etwas gedämpft wird, sobald die Belastung in die Nähe des durch den Rufladedruck
gegebenen Wertes kommt.
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Während bei Fig. i der Übergang von astatischen zum statischen Betrieb
des Belastungsreglers dadurch erfolgt, daß ein Gelenk 16 freigegeben, ein anderes
Gelenk 34 des Gestänges 9, 14, 17 festgehalten wird, ist bei Fig. 3 dieser Übergang
so vorgesehen, daß bei astatischetn Betrieb ein Drehpunkt 42 des Gestänges 9, 14
festgehalten, bei statischem Betrieb jedoch mit dem Servomotor 18 gekuppelt und
verschoben wird. Das Gestell 43 mit der Kupplung 44, 45 ist mit dem Gelenk 42 starr
verbunden.
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Solange der Aufladedruck genügend hoch ist, d. h. solange die Anschläge
46 und 47 der Begrenzungsvorrichtung nicht aufeinander aufliegen und somit die Leitungen
48 und 49 nicht verbunden sind, wird das Gestell 43 durch die Federn So und 51 in
der mittleren Lage gehalten. Sobald aber die Leitungen 48 und 49 verbunden sind,
d. h. wenn die Begrenzungsvorrichtung 46, 47 in Wirkung tritt, zieht der Kupplungsmagnet
44 den Kupplungshebel 45 entgegen der Wirkung der Feder 52 an, so daß die Verzahnung
am Kupplungshebel 45 mit der Verzahnung an der Stange 53 in Eingriff kommt. Das
Gelenk 42 wird somit von nun an durch den Servomotor i8 mitgenommen und der Hebel
i4 dient als Rückführung des Schiebers 15 genau wie in Fig. i.
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Bei der Bewegung des Servomotors i8 wird dann die Feder So oder 51
je nach der Bewegungsrichtung zusammengedrückt. Sobald die Kontakte 46, 47 der Begrenzungsvorrichtungen
wieder öffnen, wird der Hebel 45 wieder von der Stange 53 gelöst und der Drehpunkt
42 infolge der Rückstellkraft der Federn So und 51 wieder in die der Normaldrehzahl
entsprechende Lage kommen.
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Während bei den Fig. i bis 3 eine unmittelbare mechanische Rückführung
des Servomotorschiebers 15 durch den Servomotor i8 vorgesehen ist, sobald die Begrenzungsvorrichtung
26, 27 bzw. 46, 47 in Funktion tritt, fehlt in Fig. 4 eine solche mechanische Rückführung.
Es wird dort die Abschlußstellung des Schiebers 15 mittels eines mit Steuerkanten
61 für den, Schieber 15 versehenen Organs 62 verschoben.
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In der in Fig. 4 gezeichneten Stellung der Begrenzungsvorrichtung
46, 47 ist der Rufladedruck noch so groß, daß eine Begrenzung der Brennstoffmenge
nicht erfolgt. Die Kontakte 46, 47 sind noch offen, der Kupplungsmagnet 56 entregt.
Der Kupplungshebel 57 wird von der Feder 58 angezogen, und die Verzahnung 59 am
Hebel 6o ist außer Eingriff mit der Verzahnung 63 an dem Kupplungshebel 57. Der
Steuerkantenschieber 62 wird mittels der Feder 64 in der Mittelstellung gehalten.
Das Arbeiten des Schiebers 15, des Servomotors i8, des Regelschalters i9 usw. ist
daher genau gleich wie in Fig. i.
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Sinkt der Rufladedruck unter den Wert, welcher der vom Geschwindigkeitsregler
7 eingestellten Brennstoffmenge entspricht, so wird durch den Kolben 25 mittels
der Anschläge 46, 47 die Brennstoffmenge entsprechend herabgesetzt. Dabei werden
die Leitungen 48, 49 verbunden und der Kupplungsmagnet 56 erregt. Durch den Magnet
56 wird
der Kupplungshebel 57 heruntergezogen und die Verzahnung
63 mit der Verzahnung 59 in Eingriff gebracht.
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Gleichzeitig ist die Drehzahl gesunken, so daß der Hebel 9 und der
Schieber 15 sich nach rechts bewegen. Der Schieber 15 läßt Druckmittel auf
der rechten Seite des Servomotors 18 eintreten. Der Servomotor 18 geht nach links,
bewirkt eine Entlastung und nimmt den Hebel 6o mit. Letzterer dreht den Hebel
65 entgegen dem Uhrzeigersinn und zieht somit den Steuerkantenschieber
62 nach rechts. Wenn sich der Servomotor 18 genügend weit bewegt hat, ist
der Schieber 62 dem Schieber 15 so: weit nachgekommen, daß die Druckmittelzufuhr
zum Servomotor 18 wieder abgeschlossen ist. Der weitere Verlauf der Entlastung bzw.
der Wiederbelastung, wenn die Drehzahl wieder steigt; ist grundsätzlich gleich wie
in Fig. i.
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An Stelle der Vorrichtungen 56 bis 59 der Fig.4 können natürlich auch
ohne weiteres die Vorrichtungen 31 bis 33 der Fig. i treten und an Stelle der Teile
46 bis 49 die Teile 26 bis 3o der Fig. i. Auch die Öffnung 4o der Fig.2 würde
hier die gleiche Wirkung erzielen.