DE767140C

DE767140C - Control method for prime movers

Info

Publication number: DE767140C
Application number: DEH149173D
Authority: DE
Inventors: Walter Dr-Ing Benz
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1936-10-09
Filing date: 1936-10-09
Publication date: 1951-11-08

Description

Regelverfahren für Kraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelverfahren für Kraftmaschinen, bei welchem die Drehwinkelabweichung zwischen einer Welle der Kraftmaschine und der eines Schrittmachers für die Änderung der Kraftstoffzufuhr zur Kraftmaschine benutzt wird. Als Schrittmacher kann z. B. eine konstant belastete und deshalb mit konstanter Drehzahl umlaufende Maschine, z. B. ein Elektromotor, dienen. Es kann aber auch bei aus mehreren Kraftmaschinen bestehenden Anlagen eine der Kraftmaschinen als Schrittmacher dienen und mittels der Regeleinrichtung die Drehzahl der anderen bestimmen. Von der letzteren Ausführungsform wird bei Mehrschraubenschiffskraftanlagen bevorzugt Gebrauch gemacht, um die von den Maschinen und den Schiffsschrauben verursachten Schwingungen gegenseitig aufzuheben.Control Method for Power Machines The invention relates to a Control method for prime movers, in which the angle of rotation deviation between a shaft of the prime mover and that of a pacemaker for changing the Fuel supply to the engine is used. As a pacemaker z. Legs machine under constant load and therefore rotating at constant speed, e.g. B. an electric motor, serve. However, it can also be used in the case of several prime movers Systems one of the prime movers serve as a pacemaker and by means of the control device determine the speed of the other. The latter embodiment is used in multi-screw marine power plants preferential use was made of those caused by the engines and the propellers To cancel each other's vibrations.

Regeleinrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens sind bekannt. Sie weisen ein Vergleichsgetriebe, z. B. ein Räderdifferential, auf; das vom Schrittmacher und der zu synchronisierenden Kraftmaschine angetrieben wird und dessen die Vergleichsbewegung ausführendes Glied, z. B. das Gehäuse des Räderdifferentials, am Kraftstoffverstellglied der Kraftmaschine angreift. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß bei Voreilung der Kraftmaschine gegenüber dem Schrittmacher die Kraftstoffzufuhr ersterer vermindert und bei Nacheilung vermehrt wird. Die Regeleinrichtung ist somit bestrebt, die Drehzahl der Kraftmaschine genau übereinstimmend mit der des Schrittmachers zu halten.Control devices for performing this method are known. You have a comparison gear, z. B. a wheel differential on; that from the pacemaker and the prime mover to be synchronized is driven and its the comparison movement executive member, e.g. B. the housing of the wheel differential, on the fuel adjusting member the engine attacks. Here is the arrangement so hit that when the engine is ahead of the pacemaker, the fuel supply the former is reduced and increased when lagging behind. The control device is thus strives to keep the speed of the prime mover exactly the same as that of the pacemaker to keep.

Diese bekannten Regeleinrichtungen verursachen jedoch erfahrungsgemäß ein starkes Pendeln der Drehzahl der zu synchronisierenden Maschine um die Drehzahl des Schrittmachers. Diese Pendelungen entstehen dadurch, daß die zu synchronisierende Maschine beim Abweichen von der Schrittmacherdrehzahl infolge ihrer Trägheit nicht schnell genug auf die durch das Vergleichsgetriebe vorgenommene Brennstoffverstellung anspricht, also mit ihrer Drehzahl der Brennstoffverstellung nachhinkt. Die Folge davon ist, daß in dem Augenblick, wo die zu synchronisierende Maschine die Schrittmacherdrehzahl wieder erreicht hat, die Brennstoffzufuhr bereits über das erforderliche Maß hinaus verstellt ist. Die zu synchronisierende Maschine über- oder unterschreitet dann je nach der Richtung des Regelvorganges die Schrittmacherdrehzahl, worauf sich der Regelvorgang in entgegengesetzter Richtung wiederholt.However, experience has shown that these known control devices cause a strong fluctuation of the speed of the machine to be synchronized around the speed of the pacemaker. These oscillations arise from the fact that the to be synchronized Machine not when deviating from the pacemaker speed due to its inertia fast enough on the fuel adjustment made by the comparison gear responds, so lagging behind with their speed of fuel adjustment. The consequence of which is that at the moment when the machine to be synchronized has the pacemaker speed has reached again, the fuel supply has already exceeded the required level is adjusted. The machine to be synchronized then exceeds or falls below depending on the direction of the control process, the pacemaker speed, whereupon the Control process repeated in the opposite direction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese unerwünschten Drehzahlpendelungen zu vermeiden. Sie besteht darin, daß die bisher nur in :-#.bhängigl:eit von der Größe und Richtung der Drehwinkelabweichung zwischen der Schrittmacherwelle und der Kraftmaschinenwelle verstellte Brennstoffzufuhr zusätzlich und in gleicher Richtung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der die Drehwinkelabweichung erfolgt, verstellt wird. Diese zusätzliche Verstellung wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß das die Vergleichsbewegung ausführende, am Brennstoffverstellglied der Kraftmaschine angreifende Glied des Vergleichsgetriebes zusätzlich am Kolben einer Drosselvorrichtung angreift, deren verschiebbarer Zylinder durch eine Rückholfeder nachgiebig in einer bestimmten Mittellage gehalten wird, und daß die Bewegung des Drosselzylinders und die Bewegung des die Vergleichsbewegung ausführenden Gliedes des Vergleichsgetriebes mittels eines Additionshebels auf das Kraftstoffverstellglied der Kraftmaschine übertragen werden.The invention is based on the object of this undesirable speed fluctuations to avoid. It consists in the fact that so far only in: - #. Dependent on the Size and direction of the angular deviation between the pacemaker shaft and the engine shaft adjusted fuel supply in addition and in the same direction depending on the speed at which the angle of rotation deviation occurs, is adjusted. This additional adjustment is in a further embodiment of the Invention achieved in that the comparative movement executing, on the fuel adjusting member the engine engaging member of the comparison gear additionally on the piston engages a throttle device, the displaceable cylinder by a return spring is held resiliently in a certain central position, and that the movement of the Throttle cylinder and the movement of the member executing the comparison movement the comparison transmission by means of an addition lever on the fuel adjusting element the prime mover.

Die zusätzliche, durch die Drosselvorrichtung bewirkte Verstellung der Brennstoffzufuhr ist von der Geschwindigkeit abhängig, mit der die Drehwinkelabweichung zwischen Schrittmacher und Kraftmaschine erfolgt; denn der Ausschlag des Zylinders der Drosselvorrichtung ist um so größer, je größer die Geschwindigkeit des die Vergleichsbewegung ausführenden Gliedes des Vergleichsgetriebes ist. Diese zusätzliche Verstellung wirkt der Massenträgheit der Kraftmaschine entgegen. Während des Zurückbleibens der Kraftmaschine vergrößert sie die Kraftstoffzufuhr zusätzlich und vorübergehend um so mehr, je größer die Geschwindigkeit des die Vergleichsbetvegung ausführenden Gliedes des Vergleichsgetriebes ist, je größer also die Gesch-Vindigkeit ist, mit der die Drehwinkelabweichung zwischen dem Schrittmacher und der Kraftmaschine erfolgt. Beim Voreilen der Kraftmaschine dagegen verkleinert sie die Kraftstoffzufuhr zusätzlich und vorübergehend. Durch Anpassen der Drosselöffnung im Kolben der Drosselvorrichtung läßt sich die zusätzliche und vorübergehende Verstellung der Kraftstoffzufuhr in ihrer Größenordnung so einstellen, daß sie das durch die Massenträgheit der Kraftmaschine verursachte Nachhinken der Drehzahl derselben hinter der durch die Drehwinkelabweichung verursachten Brennstoffverstellung aufhebt und damit die Drehzahlpendelungen der Kraftmaschine verhindert.The additional adjustment brought about by the throttle device the fuel supply depends on the speed with which the angle of rotation deviation occurs between pacemaker and engine; because the deflection of the cylinder the throttle device is the greater, the greater the speed of the comparison movement executing member of the comparison gear. This additional adjustment counteracts the inertia of the engine. While staying behind of the engine, it increases the fuel supply additionally and temporarily the more, the greater the speed of the comparative movement The link of the comparison gear is, the greater the speed is, with which is the rotational angle deviation between the pacemaker and the prime mover. When the engine leads, on the other hand, it additionally reduces the fuel supply and temporarily. By adjusting the throttle opening in the piston of the throttle device the additional and temporary adjustment of the fuel supply can be done in adjust their order of magnitude so that they do this by the inertia of the engine caused the speed of the same to lag behind that caused by the angle of rotation deviation caused fuel adjustment and thus the speed fluctuations of the Engine prevented.

Aus Kolben und Zylinder bestehende Drosselvorrichtungen sind bei Regeleinrichtungen an sich bekannt. So weisen z. B. Isodromregler eine solche Drosselvorrichtung in ihrem Rückführgestänge auf, wo dieselbe jedoch lediglich eine selbsttätige Veränderung der Gestängelänge nach Beendigung des Regelvorganges herbeiführt und dadurch Regler und Motor genau auf die eingestellte Winkelgeschwindigkeit zurückbringt. Ferner ist vorgeschlagen worden, bei Isodromreglern, deren Reglerfeder dem Regler den L'ngleichförmigkeitsgrad o verleiht, über eine aus Kolben und Zylinder bestehende Drosselvorrichtung eine Zusatzfeder an den Regler anzuschließen, welche sich bei plötzlichen Belastungsänderungen durch die dann wirksame Drosselvorrichtung zu der Reglerfeder hinzuschaltet und den Regelvorgang stabil macht.Throttle devices consisting of pistons and cylinders are used in regulating devices known per se. So show z. B. Isodrome regulator such a throttle device in their return linkage, but where the same only an automatic change brings about the rod length after the end of the control process and thus controller and brings the motor back exactly to the set angular speed. Further has been proposed for Isodrome regulators, the regulator spring of which gives the regulator the degree of uniformity o gives a throttle device consisting of a piston and cylinder To connect additional spring to the regulator, which is in the event of sudden changes in load by the then effective throttle device to the governor spring and makes the control process stable.

Bei Beharrungsreglern ist es bekannt, die Massenkraft der Beharrungsmasse und die Verstellkraft des Fliehkraftreglers zur Verstellung der Brennstoffzufuhr zu benutzen. Eine Addition der Verstellwege der Beharrungsmasse und des Fliehkraftreglers findet dabei jedoch nicht statt.In the case of inertia controllers, it is known that the inertia force of the inertia mass and the adjusting force of the governor to adjust the fuel supply to use. An addition of the adjustment paths of the inertia mass and the centrifugal governor does not take place, however.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Gleichartige Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Several exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing shown schematically. Identical parts are provided with the same reference numerals.

In Abb. z ist 2 die Welle des Schrittmachers und 3 eine `'Vene der zü regelnden Maschine, die zugleich die Antriebswelle der Brennstoffeinspritzpumpe d. eines Dieselmotors darstellt. Über die beiden Wellenenden, von denen das eine ein Gewinde und das andere achsparallele Keilnuten besitzt, ist eine der Art nach bekannte Schiebemuffe 5 mit entsprechendem Innengewinde und Keilnuten geschoben. Wenn eine Belastungsänderung und damit eine Drehwinkelverschiebung zwischen den umlaufenden Wellen :2 und 3 auftritt, so wird die Muffe 5 je nachdem, ob die Welle 3 gegenüber der Welle 2 voreilt oder zurückbleibt, nach rechts oder links verschoben. Diese Bewegung wird einerseits mittels des Hebels 7 und der Stange 6 auf das eine Ende 9 des Additionshebels io übertragen, der am Brennstoffverstellglied i i der Brennstoffeinspritzpumpe q. angreift. Anderseits wird die Bewegung der Muffe 5 mittels des Hebels 7' und der Stange 6' auf den mit einer Drosselbohrung 8 -versehenen Kolben 12 einer Drosselvorrichtung übertragen, deren Zylinder 13 am anderen freien. Ende 14 des Additionshebels io angreift und durch eine in beiden Richtungen. wirksame Feder 15 nachgiebig in einer bestimmten Mittellage gehalten wird. Die Drosselbohrung 8 im Kolben 12 der Drosselvorrichtung hat zur Folge, daß der Zylinder 13 einen um so größeren Ausschlag ausführt, je größer die Geschwindigkeit ist, mit der sich die Muffe 5 bewegt, je größer also die Geschwindigkeit ist, mit der die Drehwinkelabweichung der Welle 3 von der Schrittmacherwelle 2 erfolgt. Der Ausschlag des Zylinders 13 wird durch die Feder 15 wieder rückgängig gemacht. Durch den Additionshebel io wird somit auf das Verstellglied i i der Brennstoffpumpe der von dem Hebel 7 herrührende bleibende Ausschlag a und der von dem Hebel 7' und der Drosselvorrichtung 13 herrührende vorübergehende Ausschlag b übertragen, von denen der Ausschlag a der Größe und Richtung der Drehwinkelabweichung zwischen den Wellen 2, 3 und damit der tatsächlichen Belastungsänderung der Kraftmaschine entspricht, während der Ausschlag b der Geschwindigkeit, mit der diese Drehwinkelabweichung bzw. Belastungsänderung erfolgt, direkt proportional ist. Bei richtiger Bemessung der Drosselbohrung 8 bewirkt die zusätzliche vorübergehende Brennstoffverstellung b, je nachdem die Kraftmaschine gegenüber dem Schrittmacher zurückbleibt oder voreilt, eine zusätzliche Beschleunigung bzw. Verzögerung der Kraftmaschine, welche der Massenträgheit derselben entgegenwirkt und die Kraftmaschine dazu zwingt, bei Belastungsänderung schnell und ohne Drehzahlpendelungen die Schrittmacherdrehzahl wieder anzunehmen. Abb.2 stellt diesen Vorgang über dem Zeitablauf im Schaubild dar. Die Welle 3 der geregelten Maschine besitzt vor der Belastungsänderung beispielsweise die Winkelstellung cpi gegenüber der Welle 2 des Schrittmachers. Beim Auftreten der Belastungsänderung findet eine gegenseitige Verschiebung um den Winkel 992-99i in der durch die Kurve angedeuteten Weise statt. Die anfänglich auftretende Pendelung wird durch die zusätzliche vorübergehende Brennstoffverstellung b (Abb. i) sofort gedämpft. Sobald die Kraftmaschine die Schrittmacherdrehzahl wieder erreicht hat, besteht nur noch der Ausschlag a des Brennstoffverstellgliedes i i, der genügt, um die Kraftmaschine bei der veränderten Belastung auf der Schrittmacherdrehzahl zu halten.In Fig.z, 2 is the shaft of the pacemaker and 3 is a '' vein of the Ignition regulating machine, which is also the drive shaft of the fuel injection pump d. of a diesel engine. Over the two shaft ends, from one of which has a thread and the other axially parallel keyways is one the type of known sliding sleeve 5 with a corresponding internal thread and keyways pushed. If there is a change in load and thus a shift in the angle of rotation between the rotating shafts: 2 and 3 occurs, the sleeve 5 depending on whether the Wave 3 leads or lags behind wave 2, to the right or left postponed. This movement is carried out on the one hand by means of the lever 7 and the rod 6 transferred to one end 9 of the addition lever io on the fuel adjusting member i i of the fuel injection pump q. attacks. On the other hand, the movement of the sleeve 5 by means of the lever 7 'and the rod 6' on the one provided with a throttle bore 8 Piston 12 transferred to a throttle device, the cylinder 13 of which is free on the other. Attacking end 14 of the addition lever io and through one in both directions. effective Spring 15 is resiliently held in a certain central position. The throttle bore 8 in the piston 12 of the throttle device has the consequence that the cylinder 13 is a the greater the deflection, the greater the speed at which it moves the sleeve 5 moves, so the greater the speed with which the angle of rotation deviation of the wave 3 is carried out by the pacemaker wave 2. The deflection of the cylinder 13 is reversed by the spring 15. The addition lever io thus the adjustment element i i of the fuel pump resulting from the lever 7 permanent deflection a and that resulting from the lever 7 'and the throttle device 13 temporary rash b transferred, of which the rash a of size and direction the angle of rotation deviation between shafts 2, 3 and thus the actual change in load corresponds to the prime mover, while deflection b corresponds to the speed with which this angle of rotation deviation or change in load occurs in a directly proportional manner is. With the correct dimensioning of the throttle bore 8, the additional causes a temporary one Fuel adjustment b, depending on the engine versus the pacemaker lags behind or leads, an additional acceleration or deceleration of the Power machine, which counteracts the inertia of the same and the power machine this forces the pacemaker speed to change quickly and without fluctuations in speed when the load changes to accept again. Fig.2 shows this process over time in the diagram The shaft 3 of the controlled machine has, for example, before the change in load the angular position cpi with respect to shaft 2 of the pacemaker. When occurring the change in load finds a mutual shift by the angle 992-99i in the manner indicated by the curve. The oscillation that occurs initially is immediately activated by the additional temporary fuel adjustment b (Fig. i) muffled. As soon as the prime mover has reached the pacemaker speed again, there is only deflection a of the fuel adjusting element i i, which is sufficient around the engine at the changed load on the pacemaker speed to keep.

Abb.3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Gleichilaufregeleinrichtung, die in ihrer Wirkung der Einrichtung nach Abb. i vollkommen gleichwertig ist. Die Winkelverschiebung zwischen den Wellen 2 und 3 wird statt durch eine Gewindemuffe durch das Gehäuse 16 eines füg ähnliche Zwecke bekannten Differentialgetriebes 17 auf die Regelstange i i der Brennstoffpumpe q. übertragen. Das Differentialgehäuse 16 bleibt so lange in Ruhe, wie beide Wellen eine gleichbleibende Drehwinkelstellung zueinander besitzen. Das Gestänge ist etwas anders angeordnet als in Abb. i.Figure 3 shows another embodiment of a synchronization control device, which in its effect is completely equivalent to the device according to Fig. i. the Angular displacement between shafts 2 and 3 is held by a threaded socket through the housing 16 of a differential gear 17 known for similar purposes on the control rod i i of the fuel pump q. transfer. The differential case 16 remains at rest as long as both shafts have a constant angular position own each other. The linkage is arranged a little differently than in Fig. I.

Abb. q. zeigt eine Regeleinrichtung, bei der eine selbsttätige Rückstellung der für die Reglung erforderlichen Winkelverschiebung vorgenommen wird. Das mit i8 bezeichnete Rechteck bedeutet eine vollständige Regeleinrichtung nach Abb. i oder 3. Die bei Belastungsänderungen auftretende Winkelverschiebung (992-99i in Abb. 2) zwischen der Welle 2 des Schrittmachers und einer Zwischenwelle i9 wird mit Hilfe des an sich bekannten Flüssigkeitsservomotors 2o und eines Differentialgetriebes 21 zwischen der Welle i9 und der Kraftmaschinenwelle 3 wieder rückgängig gemacht. Die Steuerbewegung für die Rückstellung wird von der Schiebemuffe 5 (Abb. i) oder dem Differential 16 (Abb. 3) abgeleitet und auf den Steuerschieber 22 übertragen. Der Kolben 23 des Servomotors wird dadurch verschoben und nimmt die Rückstellung über ein Gestänge vor. Das Rückführgestänge 24. sorgt für eine stabile _Einstellung. Um die Drehwinkellage der Kraftmaschinenwelle gegenüber der Schrittmacherwelle, bei synchronisierten Schiffsmaschinen ist der Schrittmacher z. B. auch eine Hauptmaschine, noch von außen beliebig durch Hand verändern zu können, trägt das Differentialgehäuse 25 noch ein Schneckenrad 26. Neben der selbsttätigen Verstellung des Differentialgehäuses 25 kann eine zusätzliche Verstellung von Hand durch Drehen der Schnecke 27 mittels der Handkurbel 28 erfolgen. Die Drehwinkeleinstelhing von Hand könnte auch an einer anderen Stelle des Wellenzuges -2, 19, 3 vorgesehen sein.Fig.q. shows a control device in which an automatic reset the angular shift required for regulation is carried out. That with The rectangle marked i8 means a complete control device according to Fig. i or 3. The angular displacement (992-99i in Fig. 2) between shaft 2 of the pacemaker and an intermediate shaft i9 with the help of the known liquid servo motor 2o and a differential gear 21 between the shaft i9 and the engine shaft 3 is reversed. The control movement for the reset is carried out by the sliding sleeve 5 (Fig. I) or derived from the differential 16 (Fig. 3) and transferred to the control slide 22. The piston 23 of the servomotor is thereby displaced and resets via a linkage. The return linkage 24. ensures a stable adjustment. To determine the angular position of the engine shaft in relation to the pacemaker shaft, in synchronized ship engines, the pacemaker is z. B. also a main engine, The differential housing can still be changed by hand from the outside 25 another worm wheel 26. In addition to the automatic adjustment of the differential housing 25 can be an additional adjustment by hand by turning the worm 27 by means of the hand crank 28 take place. The rotation angle adjustment by hand could also be provided at another point on the wave train -2, 19, 3.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Control method for prime movers, in which the fuel supply to the engine to be controlled as a function of the size the rotational angle deviation between a shaft of the prime mover and that of a pacemaker takes place, characterized in that the fuel supply to the engine in addition and in the same direction as a function of the speed with which the angle of rotation diverges takes place, is adjusted.

2. V orrichtttng for performing the method according to claim i, consisting of a comparison gear driven by the pacemaker and the engine, whose member executing the comparison movement engages the fuel adjusting member, characterized in that the member (5) executing the comparison movement is additionally acts on the piston (12) of a throttle device, the displaceable cylinder of which (13) is held resiliently in a certain central position by a spring (15), and that the movement corresponding to the speed of the angle of rotation deviation of the cylinder (13) and the movement corresponding to the size of the angle of rotation deviation of the member (5) by means of an addition lever (io) on the fuel adjusting member (ii) transmitted to the prime mover.

3. Apparatus according to claim i and 2 for Synchronizing prime movers, e.g. B. marine machines or machines for special purposes, characterized in that the Angular displacement between the shafts of the prime mover with the help of a servo motor (2o) is reversed, the one on the housing (25) between the control device (iS ') and the engine switched differential (21) engages and the through the angular displacement is controlled by itself. Device according to claim 3, characterized marked. that the differential housing (-25) by means of a worm gear (27, 28) is four-rotatable by hand to the rotational angle position of the engine shaft to be able to change at will compared to the pacemaker wave. For demarcation of the subject matter of the invention from the prior art are the following in the grant procedure Publications have been considered: German Patent Specifications No. 137 196, 1: 1.1238, 64o234, 6`1.2677, 65o839: Swiss patents N o. 68 55o, 99 846; Austrian patent \ r. 100 o32.