EP0406765B1 - Method and apparatus for regulating the rotational speed of a slow-running multi-cylinder diesel engine - Google Patents
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- EP0406765B1 EP0406765B1 EP19900112597 EP90112597A EP0406765B1 EP 0406765 B1 EP0406765 B1 EP 0406765B1 EP 19900112597 EP19900112597 EP 19900112597 EP 90112597 A EP90112597 A EP 90112597A EP 0406765 B1 EP0406765 B1 EP 0406765B1
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- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F2007/0097—Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines
Definitions
- the invention relates to a method and a device for speed control of a slow-running, multi-cylinder diesel engine.
- the invention further relates to a method and a device for speed detection in the control of a slow-running, multi-cylinder diesel engine.
- a speed control is known from EP-A-140065 for a self-igniting internal combustion engine, in which single-cylinder smoothness controls are superimposed by an idle control.
- the invention has for its object to provide a control of slow-running, multi-cylinder diesel engines, which also allows temporary malfunctions to be corrected.
- the problem arises, in particular, of identifying such short-term faults and, if necessary, quickly detect that the control of the engine can be corrected appropriately.
- Such a speed detection is therefore also an object of the invention.
- angular positions of the crankshaft are defined, which represent the start angle and end angle of an angular range lying before the top dead center of the cylinder. This can be done by a sensor for corresponding marks rotating with the crankshaft or another reference pulse generator, which emits a reference pulse each time it passes through one of these defined angular positions.
- the output signal of this slow controller practically does not change, and even short-term disturbances hardly change.
- the continuously measured actual speed values n ⁇ are also compared with the desired speed value and fed to a fast controller. If a one-off or periodic disturbance occurs in a cylinder, the actual value n ⁇ and therefore also a second setpoint, which is provided by the output signal of this fast controller, responds quickly to this change.
- the angular range in which this disturbed actual value n ⁇ was formed lies before the top dead center of the cylinder to which this angular range is assigned. The quick correction of the presetting therefore affects at least this cylinder and its filling level, which therefore corrects this malfunction immediately.
- the described intervention to correct the disturbances or asymmetries is all the more effective the shorter the time between the disturbance detection and the correction of the degree of filling of the next cylinder.
- the end angle of the angular range should therefore be as close as possible to the top dead center of the assigned cylinder.
- the adjustment of the degree of filling which takes place via the filling linkage of the corresponding injection pump, should be completed before top dead center is reached. Therefore, the position of the angular range, that is to say the reference positions determining its start angle and end angle, is advantageously adjusted as a function of the speed of the crankshaft. This can be done by means of a corresponding control device.
- the invention will be explained using the example of a 4-cylinder two-stroke engine, the 4 cylinders Z1, Z2, Z3 and Z4 are shown symbolically in FIG.
- Fuel is injected into the displacement of each cylinder during the compression phase of injection pumps P1, ... P4, the amount of which in relation to the combustion air is determined by the degree of filling F.
- a target value F * is specified, from which a degree of filling controller FR forms a corresponding target value F **, with which, for example, by means of hydraulic operations
- the filling linkage of the injection pumps is adjusted, the corresponding position of the injection pump being fed back into the filling level controller via the actual value F.
- the degree of filling regulator acts jointly on the filling linkage of all injection pumps and adjusts all injection pumps together.
- the cylinder Z1 In the position shown in Fig. 1, the cylinder Z1 is at its top dead center, which initiates its first work stroke, the expansion stroke, while the cylinder Z3 is at its bottom dead center, at which its expansion stroke is completed and the second work stroke, the compression stroke is initiated. Accordingly, the cylinder Z2 is still in the middle of its second work cycle (compression), while Z4 is already in the expansion cycle.
- the ignition point In order to ensure proper combustion in engines with electrical ignition in the expansion cycle, the ignition point must be synchronized with the cylinder position and thus the rotational movement of the crankshaft.
- the injection nozzle In the case of diesel engines, the injection nozzle is automatically released by the movement of the piston, but the invention also provides for detection of the angle of rotation of the crankshaft, which is achieved by means of a corresponding reference pulse generator.
- This can be an angle detector, which acts in the manner of a contactless proximity switch, an incremental angle sensor which is driven without slip, or another digital or analog working detector circuit coupled to the crankshaft.
- a measuring disk is attached to the crankshaft directly or via a gearbox with the ratio 1: 1, which bears a number m1 of brands M.
- the starting position can be detected with every revolution by a zero pulse transmitter, e.g. a mark N which emits a corresponding zero pulse when it passes a zero pulse detector DN.
- a zero pulse transmitter e.g. a mark N which emits a corresponding zero pulse when it passes a zero pulse detector DN.
- the zero pulse of the detector DN can also be used to synchronize the counter required for counting the pulses of the detector DET each time the initial position is passed, and to correct any counting errors caused by interference pulses. If such a correction is not necessary, the starting position can also be detected in software by means of the counter for the pulses from DET.
- Each of the z angular ranges is assigned to a cylinder and is defined by reference positions that indicate the start angle and end angle.
- each cylinder passes through top dead center twice in one engine cycle.
- two revolutions of the crankshaft must be combined to form an engine cycle.
- the number m1 of the angular increments d ⁇ assigned to an angular range ⁇ thus doubles and the initial position assigned to the first top dead center of the cylinder Z1 in one work cycle is only reached after passing the mark N twice on the detector DN.
- the detector DET and a counter CT with an output signal describing the instantaneous angle of rotation ⁇ of the crankshaft and possibly the zero pulse generator DN and the corresponding sign detector SIGN for the sign of the direction of rotation with its auxiliary detector DN 'thus represent a reference pulse generator which, at predetermined reference positions (for example, each gives a reference pulse to the first top dead center of a cylinder during an engine cycle).
- a measuring and control device MR which is partly software-controlled and digital and partly works mechanically, hydraulically, etc. for safety reasons, forms a first mean value from these reference pulses n , which indicates the average speed at which each cycle spans an entire work cycle or at least one large angular range encompassing several angular ranges ⁇ .
- This mean n can be detected, for example, as the reciprocal value of the time interval between two reference pulses of the zero pulse transmitter DN.
- a second mean value n ⁇ is formed in the measuring and control device MR, which indicates the speed at which the crankshaft each has an angular range ⁇ (or another small angular range, each assigned to one of the cylinders, which is determined by corresponding reference positions of the crankshaft or of the cylinder in question) passes through.
- the speed value n thus represents an actual value averaged with a large time constant, which is practically influenced in the same way by the mechanical moment applied by all cylinders.
- the second mean value n ⁇ represents a value averaged with a small time constant, which mainly includes the last expansion stroke of a cylinder and its influence on the shaft.
- the measuring and regulating device MR contains an inertial controller which measures the mean value n compares with a speed setpoint n * and from this specifies a setpoint for presetting the filling level of the cylinders.
- a fast controller for the difference n * - n ⁇ is provided, the output signal of which is superimposed on the output signal of the slow controller and can therefore quickly adjust the degree of filling at any time before the next expansion stroke of a cylinder.
- One advantage of detecting two speed values averaged with different time constants is, for example, that it is possible to regulate the sluggish mean value, which applies the pulse-shaped course of the cylinder Engine torque M diesel regulates without constant adjustment of the controller setting.
- the mean value n ⁇ makes it possible to intervene quickly in the event of faults. For example, more frequent misfires of a cylinder can be recognized and corrected by appropriate interventions on this cylinder and / or corrected each time the next cylinder is filled. Likewise, short-term exceedances of limit speeds can be reported and suitable protective measures can be triggered before the slow control required for stable engine operation can respond.
- the angular ranges assigned to the individual cylinders and the mean values n ⁇ measured therein can be displayed and documented, which provides valuable conclusions with regard to the further service of the system.
- this fault message should be as close as possible to the time of injection. Since the filling rods and the injection pump needs a certain time to regulate the degree of filling, the determination of the mean value n ⁇ is controlled as a function of the speed.
- an angle range ⁇ is assigned to it by specifying a starting angle and an end angle for the position of the crankshaft, the end point of which at low speeds is just before the position at which this cylinder Z1 reaches its top dead center. At high speeds, however, this end angle is advanced.
- the measuring and regulating device contains a control device controlled by the average speed, as will be explained in more detail below with reference to the signals in FIG. 2 and a schematic circuit in FIG. 3.
- n (t) gives the instantaneous speed of rotation, ie the time derivative d ⁇ / dt of the angle of rotation ⁇ of the motor shaft.
- n av the long-term mean value n av .
- this actual value shows significant drops at times t1 ... t4, at which the cylinders reach their top dead center.
- time t1 which coincides with a zero pulse m D of the zero pulse detector DN
- the combustion in cylinder Z1 increases the thrust on the axis of rotation and thus the speed of rotation, but this speed decreases due to the decreasing expansion pressure and because of the work required for compression in cylinder Z2 .
- 2 shows exaggeratedly that the expansion pressure in the individual cylinders assumes different values after passing through their top dead center, and therefore an irregular course of the speed arises.
- a first counter CT1 counts the time pulses clk between the occurrence of two zero pulses m D. With every zero pulse the counter reading ct1 is put into a corresponding memory M1, at the output of which the reciprocal of the counter reading multiplied by the output signal sign for the duration of the next revolution of the crankshaft n of the direction of rotation detector SIGN, as a corresponding, long-term average n is available.
- the pulses m of the reference pulse generator each indicate that an angular range has been reached and left and are supplied to another counter CT2 for the time pulses clk. They determine the points in time at which the counter reading ct2 of the counter CT2 shown in FIG. 2 is in each case read into a memory M2 and reset.
- the reference position ⁇ 2 is advanced from the top dead center of the cylinder Z2 (time t2) by the displacement angle d ⁇ .
- time t2 ' the averaging in the angular range ⁇ has thus already been completed and the counter Z2 reads its counter reading into the memory M2.
- the value proportional to n ⁇ n ⁇ (1 / ct2) will use the fast controller to adjust the filling linkage for cylinder Z2 before this cylinder reaches top dead center.
- m ⁇ 9, ie there are nine incremental angular steps d ⁇ between the top dead centers of two adjacent cylinders.
- the corresponding control pulses which correspond to the reference angular positions ⁇ 1 and ⁇ 2, are formed by the reference pulse generator from the pulse train of the detector DET in that this pulse train is fed to the counter CT mentioned, whose counter reading ct is set at a reference position to the value m ⁇ and counted down. When the value zero is reached, the next reference pulse is given and the counter is set again.
- the top dead centers of the cylinders are not always reached exactly with pulses from the pulse generator DET or with a zero pulse.
- the angular range ⁇ which is assigned to the cylinders one after the other, does not have to be exactly the same or correspond to the angular distance between the top dead centers of the cylinders. Since it is only a matter of averaging, a somewhat shorter angular range can be assigned to a cylinder, for example, and the time required to pass through this angular range is also shortened.
- the averaging can also take place over angular ranges ⁇ , which are each smaller than the distance between the top dead centers. While in FIG. 2 each a reference position indicates the end value of an angular range and at the same time the start value of the next angular range, separate start and end positions can also be defined, pauses then occurring which are not used to form the mean value n ⁇ . As long as the speed remains the same, these pauses are of the same length, but if the relative position of the angular ranges to the top dead centers is to be changed when the speed changes, the corresponding shift in the start and end values results in a temporary change in these pauses. It is also possible to select the measurement intervals for averaging larger than the distance between the top dead centers, so that these angular ranges overlap one another. A permanent change in speed then causes a temporary change in the overlap.
- the angular ranges are chosen such that their sum at the same speed just give the full cycle of the engine. There are therefore no overlaps or pauses, and a reference position simultaneously indicates the end value of the previous measurement interval and the start value of the next measurement interval.
- the speed-dependent displacement of the relative position between the measuring range and top dead center can be achieved by temporarily changing the measuring range. This is shown in Fig. 2 in that at a zero pulse m D ' or the associated time t' the counter reading ct of the counter CT is not set to the value 7, as is usually provided for the synchronization, but is set to the value 6, for example.
- a corresponding function generator FKT is provided in FIG. 2, which performs the corresponding position shift d ⁇ or d ⁇ 'via the synchronization of the counter CT as a function of rotational speed n pretends.
- the mean value n ⁇ is more sensitive to the torque pulsations of the drive than the mean value n .
- a controller R ⁇ is provided, which is fed by the control deviation n * - n ⁇ .
- Its output signal F ⁇ * which is used to correct the presetting and, for example, with an adder AD F * is superimposed additively, the injection pumps can constantly adjust.
- FIG. 3 provides for a dead element to be connected upstream of the regulator R ⁇ , which only applies a corresponding control signal to the regulator R ⁇ when predetermined limit values for n * - n ⁇ are exceeded.
- the sluggishness of the regulator R is preferably achieved by using an integral controller or a proportional integral controller with the essential integral behavior.
- an integral controller or a proportional integral controller with the essential integral behavior.
- a purely proportional or predominantly proportional behavior is preferred.
- this symmetrization In addition to the speed detection n via the counter CT1 (final counter T after each period), the memory M1 and the divider DIV1 (output signal: (sign n ) m1 T ) and for the measurement of the speed n ⁇ required in the case of the regulation described, this symmetrization also requires the detection of speeds n ⁇ j , each of which, if possible, only records the influence of an assigned cylinder T j .
- FIG. 4 An arrangement suitable for this is shown in FIG. 4.
- a division into angular ranges ⁇ j is required, each beginning approximately at the top dead center of the assigned cylinder.
- this angular division is a function of the speed n is specified by a function memory FKT, shown in Fig. 5.
- Twelve angular positions p i are specified as reference positions, which can be counted by a cyclical counter running in a decoder DECOD.
- the distance d ⁇ ( n ) from top dead center is given by the function memory each time with a zero pulse depending on the speed after a stored function, which means that the width of the range can also change ⁇ 2.
- the counter CT is reset in each case at the position p 1 and thus delivers a counting of the incremental angle steps d ⁇ an angle related to p 1, which is compared in the decoder DECOD with the read reference angle p 2. If this angle is reached, the second pulse is generated by DECOD and the reference angle p3 is read in until a new cycle begins after the twelfth count pulse, the first pulse of which can be triggered by the zero pulse m D.
- the width ⁇ j ' this angular range was called up from the function memory by means of this pulse and multiplied at the multiplier MP by the signal of the direction of rotation detector SIGN.
- An asymmetry of the cylinders can be corrected by feeding n ⁇ i to a storage device M3.
- the deviation n * - n ⁇ j can be averaged over several revolutions in order to obtain a correction value F * j assigned to the cylinder Zj.
- the degree of filling of the cylinder Zj is then with F * + F * ⁇ + Fj * controlled independently of the injection pumps of the other cylinders.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines langsamlaufenden, mehrzylindrischen Dieselmotors. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehzahlerfassung bei der Regelung eines langsamlaufenden, mehrzylindrischen Dieselmotors.The invention relates to a method and a device for speed control of a slow-running, multi-cylinder diesel engine. The invention further relates to a method and a device for speed detection in the control of a slow-running, multi-cylinder diesel engine.
Großdieselmotoren, wie sie z.B. zum Antreiben von Schiffspropellern, Synchrongeneratoren oder anderen Großanlagen verwendet werden, enthalten meist nur wenige, auf eine gemeinsame Welle arbeitende Zylinder, die mit niedrigen Drehzahlen (z.B. weniger als 100 U/min) laufen. Daher kommt es zu großen Pulsationen des Antriebsmoments und zu entsprechend starken Änderungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle während eines Arbeitstaktes.Large diesel engines, such as those used to drive ship propellers, synchronous generators or other large systems usually contain only a few cylinders that work on a common shaft and run at low speeds (e.g. less than 100 rpm). This leads to large pulsations of the drive torque and correspondingly strong changes in the angular velocity of the crankshaft during a work cycle.
Wird in den zur Regelung eingesetzten Drehzahlreglern eine kleine Zeitkonstante eingestellt, so verstellen diese Regler wegen des pulsierenden Drehzahlistwertes ständig das Füllungsgestänge, das den Einspritzpumpen der Zylinder und den Zylinder-Füllgrad vorgibt. Abgesehen von Stabilitätsproblemen bedingt die ständige mechanische Verstellung der Einspritzpumpen einen unerwünscht hohen Verschleiß am Füllungsgestänge und eine unnötig große mechanische Verstellarbeit.If a small time constant is set in the speed controllers used for control, these controllers constantly adjust the filling linkage, which specifies the injection pumps of the cylinders and the degree of filling, due to the pulsating actual speed value. Apart from stability problems, the constant mechanical adjustment of the injection pumps causes an undesirably high wear on the filling linkage and an unnecessarily large amount of mechanical adjustment work.
Andererseits können Sprünge im aufgebrachten Motormoment (z.B. bei Zündaussetzern oder anderen Unregelmäßigkeiten in der Verbrennung) oder im mechanischen Lastmoment (z.B. wenn bei rauhem Seegang der Schiffspropeller aus dem Wasser austaucht) zu Drehzahlschwankungen führen, die rechtzeitig abgefangen werden müssen, um einen Stillstand oder ein Überdrehen des Motors zu vermeiden. Der Drehzahlregler darf daher nicht zu träge eingestellt sein.On the other hand, jumps in the applied engine torque (e.g. in the event of misfires or other irregularities in combustion) or in the mechanical load torque (e.g. when the ship's propeller emerges from the water in rough sea conditions) can lead to fluctuations in speed, which must be absorbed in good time in order to stop or overturn to avoid the engine. The speed controller must therefore not be set too slowly.
Die auf dem Markt kommerziell angebotenen Anlagen arbeiten daher vor allem bei Drehzahlen unter 20 U/min schlechter als ein handverstelltes Füllungsgestänge. Maschinen mit 4 bis 6 Zylindern sind unter etwa 15 U/min gegenwärtig überhaupt nicht befriedigend maschinell regelbar.The systems commercially available on the market therefore work worse than a manually adjusted filling rod, especially at speeds below 20 rpm. Machines with 4 to 6 cylinders are currently not satisfactorily mechanically controllable at around 15 rpm.
Für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, ist in der europäischen Patentanmeldung 120730 eine Regelung beschrieben, bei der ein Sensor für an der Kurbelwelle angebrachte Marken jeweils einen Referenzimpuls erzeugt, wenn sich einer der Zylinder in seinem oberen Totpunkt befindet. Dadurch wird der Drehwinkel der Kurbelwelle in Winkelbereiche unterteilt. Im stationären Betrieb benötigt die Kurbelwelle zum Durchlaufen jedes Winkelbereiches die gleiche Zeit, bei Unregelmäßigkeiten jedoch weicht diese Zeit von dem über mehrere Winkelbereiche gemittelten Mittelwert ab. Um eine Unsymmetrie beim Betrieb der verschiedenen Zylinder auszuregeln, werden für jeden der Zylinder die in mehreren Arbeitstakten gemessenen Abweichungen integriert und eine allen Zylindern gemeinsame Voreinstellung des Füllgrades wird mit einer aus diesem Integral gebildeten Korrekturgröße korrigiert.For internal combustion engines, in particular in motor vehicles, a regulation is described in European patent application 120730, in which a sensor for marks attached to the crankshaft generates a reference pulse each time one of the cylinders is at its top dead center. This divides the angle of rotation of the crankshaft into angular ranges. In stationary operation, the crankshaft takes the same time to run through each angular range, but in the case of irregularities, this time deviates from the mean value averaged over several angular ranges. In order to correct an asymmetry in the operation of the various cylinders, the deviations measured in several work cycles are integrated for each cylinder and a pre-setting of the degree of filling common to all cylinders is corrected with a correction variable formed from this integral.
Dies entspricht einer integralen Regelung, die periodische Unregelmäßigkeiten, wie sie durch unsymmetrischen Betrieb der Zylinder entstehen, ausgeregelt. Die erwähnten kurzzeitigen Störungen (Zündaussetzer oder Austauchen des Propellers) können dabei aber nicht schnell genug ausgeregelt werden.This corresponds to an integral control that corrects periodic irregularities, such as those caused by asymmetrical operation of the cylinders. The short-term faults mentioned (misfiring or replacement of the propeller) cannot be corrected quickly enough.
Daneben ist aus der EP-A-140065 bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine eine Drehzahlvegelung bekannt, bei der Einzel zylinder laufruhe vegelungen von einer Leer laufregelung über lagert sind.In addition, a speed control is known from EP-A-140065 for a self-igniting internal combustion engine, in which single-cylinder smoothness controls are superimposed by an idle control.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelung von langsamlaufenden, mehrzylindrischen Dieselmotoren zu schaffen, die auch vorübergehende Störungen auszuregeln gestattet. Dabei entsteht insbesondere das Problem, derartige kurzfristige Störungen zu identifizieren und ggf. so rasch zu erfassen, daß die Steuerung oder Regelung des Motors auf geeignete Weise korrigiert werden kann. Eine derartige Drehzahlerfassung liegt daher der Erfindung ebenfalls als eine Aufgabe zugrunde.The invention has for its object to provide a control of slow-running, multi-cylinder diesel engines, which also allows temporary malfunctions to be corrected. The problem arises, in particular, of identifying such short-term faults and, if necessary, quickly detect that the control of the engine can be corrected appropriately. Such a speed detection is therefore also an object of the invention.
Zur Lösung ist in den Ansprüchen 1 und 10 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Drehzahlregelung angegeben.To solve this, a method and a device for speed control according to the invention is specified in
Dabei werden für jeden der Zylinder Winkelstellungen der Kurbelwelle definiert, die den Anfangswinkel und Endwinkel eines vor dem oberen Totpunkt des Zylinders liegenden Winkelbereiches darstellen. Dies kann durch einen Sensor für entsprechende mit der Kurbelwelle rotierende Marken oder einen anderen Referenzimpulsgeber geschehen, der jeweils beim Durchlaufen einer dieser definierten Winkelstellungen einen Referenzimpuls abgibt.For each of the cylinders, angular positions of the crankshaft are defined, which represent the start angle and end angle of an angular range lying before the top dead center of the cylinder. This can be done by a sensor for corresponding marks rotating with the crankshaft or another reference pulse generator, which emits a reference pulse each time it passes through one of these defined angular positions.
Für diese Winkelbereiche wird nun fortlaufend ein Istwert nα gemessen, der die mittlere Geschwindigkeit angibt, mit der die Kurbelwelle diesen Winkelbereich durchläuft. Ferner wird auch die über mehrere dieser Winkelbereiche gemittelte Geschwindigkeit
Im stationären Betrieb, bei dem das Antriebsmoment aller Zylinder gleichmäßig zur Aufrechterhaltung einer Solldrehzahl n* beitragen, sind diese beiden Mittelwerte ungefähr gleich: nα =
Daher wird der träge Geschwindigkeitsmittelwert
Die fortlaufend gemessenen Geschwindigkeits-Istwerte nα werden ebenfalls mit dem Geschwindigkeits-Sollwert verglichen und einem schnellen Regler zugeführt. Tritt in einem Zylinder eine einmalige oder periodische Störung auf, so spricht der Istwert nα und daher auch ein zweiter Sollwert, der vom Ausgangssignal dieses schnellen Reglers bereitgestellt wird, rasch auf diese Änderung an. Der Winkelbereich, in dem dieser gestörte Istwert nα gebildet wurde, liegt vor dem oberen Totpunkt des Zylinders, dem dieser Winkelbereich zugeordnet ist. Die schnelle Korrektur der Voreinstellung wirkt daher zumindest auf diesen Zylinder und dessen Füllgrad, der daher diese aufgetretene Störung sofort korrigiert. Klingt infolge dieses Eingriffs diese Störung so rasch ab, daß Geschwindigkeits-Istwerte nα, die in darauffolgenden Winkelbereichen gemessen werden, bereits nicht mehr vom Sollwert n* abweichen, so erfolgt auch keine Korrektur des voreingestellten Füllgrades der weiteren Zylinder.The continuously measured actual speed values n α are also compared with the desired speed value and fed to a fast controller. If a one-off or periodic disturbance occurs in a cylinder, the actual value n α and therefore also a second setpoint, which is provided by the output signal of this fast controller, responds quickly to this change. The angular range in which this disturbed actual value n α was formed lies before the top dead center of the cylinder to which this angular range is assigned. The quick correction of the presetting therefore affects at least this cylinder and its filling level, which therefore corrects this malfunction immediately. If, as a result of this intervention, this disturbance subsides so quickly that actual speed values n α , which are measured in subsequent angular ranges, no longer deviate from the target value n *, the preset degree of filling of the other cylinders is not corrected either.
Vorteilhaft kann außerdem auch das in der erwähnten europäschen Anmeldung 120730 beschriebene Verfahren zur Symmetrierung des Betriebes angewendet werden.The method for symmetrizing the operation described in the European application 120730 mentioned can also advantageously be used.
Der beschriebene Eingriff zum Ausregeln der Störungen bzw. Unsymmetrien ist umso wirkungsvoller, je kürzer die Zeit zwischen der Störungserfassung und der Korrektur des Füllgrades des nächsten Zylinders ist. Der Endwinkel des Winkelbereichs soll also möglichst nahe am oberen Totpunkt des zugeordneten Zylinders liegen. Andererseits soll aber die Verstellung des Füllgrades, die über das Füllungsgestänge der entsprechenden Einspritzpumpe erfolgt, vor Erreichen des oberen Totpunktes abgeschlossen sein. Daher wird vorteilhaft die Lage des Winkelbereichs, also die dessen Anfangswinkel und Endwinkel bestimmenden Referenzstellungen, in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle verstellt. Dies kann mittels einer entsprechenden Steuereinrichtung geschehen.The described intervention to correct the disturbances or asymmetries is all the more effective the shorter the time between the disturbance detection and the correction of the degree of filling of the next cylinder. The end angle of the angular range should therefore be as close as possible to the top dead center of the assigned cylinder. On the other hand, however, the adjustment of the degree of filling, which takes place via the filling linkage of the corresponding injection pump, should be completed before top dead center is reached. Therefore, the position of the angular range, that is to say the reference positions determining its start angle and end angle, is advantageously adjusted as a function of the speed of the crankshaft. This can be done by means of a corresponding control device.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Anhand zweier Ausführungsbeispieles und 5 Figuren wird die Erfindung näher erläutert.Advantageous refinements and developments of the invention are characterized in the subclaims. The invention is explained in more detail using two exemplary embodiments and five figures.
Es zeigt:
- Fig. 1 die Hardware-Teile einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- Fig. 2 dabei auftretende Impulse und Meßgrößen,
- Fig. 3 und 4 eine Prinzipdarstellung zweier vorteilhaft verwendeten Regeleinrichtungen und
- Fig. 5 die dabei auftretenden Referenz-Winkelstellungen der Kurbelwelle.
- 1 shows the hardware parts of a preferred embodiment of the invention,
- 2 occurring impulses and measured quantities,
- 3 and 4 a schematic diagram of two advantageously used control devices and
- Fig. 5 shows the resulting reference angular positions of the crankshaft.
Die Erfindung sei am Beispiel eines 4-Zylinder-Zweitakt-Motors erläutert, dessen 4 Zylinder Z1, Z2, Z3 und Z4 in Fig.1 symbolisch dargestellt sind. In den Hubraum jedes Zylinders wird während der Verdichtungsphase von Einspritzpumpen P1, ... P4 Brennstoff eingespritzt, dessen Menge im Verhältnis zur Verbrennungsluft durch den Füllgrad F bestimmt ist. Für diesen Füllgrad wird ein Sollwert F* vorgegeben, aus dem ein Füllgradregler FR einen entsprechenden Sollwert F** bildet, mit dem z.B. mittels hydraulischer Betriebe das Füllungsgestänge der Einspritzpumpen verstellt wird, wobei die entsprechende Stellung der Einspritzpumpe über den Istwert F in den Füllgradregler rückgeführt wird. Dabei kann vorgesehen sein, daß der Füllgradregler auf das Füllungsgestänge aller Einspritzpumpen gemeinsam wirkt und alle Einspritzpumpen gemeinsam verstellt. Vorzugsweise sind aber einzeln verstellbare Einspritzpumpen oder einzeln justierbare Einspritzpumpen vorhanden.The invention will be explained using the example of a 4-cylinder two-stroke engine, the 4 cylinders Z1, Z2, Z3 and Z4 are shown symbolically in FIG. Fuel is injected into the displacement of each cylinder during the compression phase of injection pumps P1, ... P4, the amount of which in relation to the combustion air is determined by the degree of filling F. For this degree of filling, a target value F * is specified, from which a degree of filling controller FR forms a corresponding target value F **, with which, for example, by means of hydraulic operations The filling linkage of the injection pumps is adjusted, the corresponding position of the injection pump being fed back into the filling level controller via the actual value F. It can be provided that the degree of filling regulator acts jointly on the filling linkage of all injection pumps and adjusts all injection pumps together. However, there are preferably individually adjustable injection pumps or individually adjustable injection pumps.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet sich der Zylinder Z1 in seinem oberen Totpunkt, der seinen ersten Arbeitstakt, den Expansionstakt, einleitet, während der Zylinder Z3 sich im unteren Totpunkt befindet, bei dem sein Expansionstakt abgeschlossen und der zweite Arbeitstakt, der Kompressionstakt eingeleitet wird. Entsprechend befindet sich der Zylinder Z2 noch in der Mitte seines zweiten Arbeitstaktes (Kompression), während Z4 bereits im Expansionstakt ist.In the position shown in Fig. 1, the cylinder Z1 is at its top dead center, which initiates its first work stroke, the expansion stroke, while the cylinder Z3 is at its bottom dead center, at which its expansion stroke is completed and the second work stroke, the compression stroke is initiated. Accordingly, the cylinder Z2 is still in the middle of its second work cycle (compression), while Z4 is already in the expansion cycle.
Um bei Motoren mit elektrischer Zündung im Expansionstakt eine ordnungsgemäße Verbrennung sicherzustellen, muß der Zündzeitpunkt auf die Zylinderstellung und damit die Rotationsbewegung der Kurbelwelle synchronisiert werden. Bei Dieselmotoren wird die Einspritzdüse durch die Bewegung des Kolbens automatisch freigegeben, jedoch sieht die Erfindung auch hier eine Erfassung des Drehwinkels der Kurbelwelle vor, was durch einen entsprechenden Referenzimpulsgeber erreicht wird. Dabei kann es sich um einen Winkel-Detektor handeln, der nach Art eines berührungslosen Näherungsschalters, eines schlupflos angetriebenen inkrementalen Winkelgebers oder eines anderen digital oder analog arbeitenden, an die Kurbelwelle gekoppelten Detektorschaltung handeln.In order to ensure proper combustion in engines with electrical ignition in the expansion cycle, the ignition point must be synchronized with the cylinder position and thus the rotational movement of the crankshaft. In the case of diesel engines, the injection nozzle is automatically released by the movement of the piston, but the invention also provides for detection of the angle of rotation of the crankshaft, which is achieved by means of a corresponding reference pulse generator. This can be an angle detector, which acts in the manner of a contactless proximity switch, an incremental angle sensor which is driven without slip, or another digital or analog working detector circuit coupled to the crankshaft.
Im dargestellten Fall ist mit der Kurbelwelle direkt oder über ein Getriebe mit der Übersetzung 1: 1 eine Meßscheibe angebracht, die eine Anzahl m1 von Marken M trägt. Definiert man eine bestimmte Ausgangsstellung der Kurbelwelle als Nullpunkt, so erzeugt der Detektor DET also jeweils nach einer Drehung um dγ = 360°/ml einen Impuls, so daß die Anzahl m der Impulse, die seit Durchlaufen einer Ausgangsstellung erzeugt werden, die Winkelstellung γ = m · dγ erfaßt werden kann.In the case shown, a measuring disk is attached to the crankshaft directly or via a gearbox with the ratio 1: 1, which bears a number m1 of brands M. Are defined If a certain initial position of the crankshaft is used as the zero point, the detector DET therefore generates a pulse after each rotation by dγ = 360 ° / ml, so that the number m of pulses which have been generated since the initial position was passed through the angular position γ = m · Dγ can be detected.
Die Ausgangsstellung kann bei jeder Umdrehung erfaßt werden durch einen Nullimpuls-Geber, z.B. eine Marke N, die bei Passieren eines Nullimpuls-Detektors DN einen entsprechenden Nullimpuls abgibt. Versetzt zum Nullimpulsgeber DN oder zum Detektor DET ist ein weiterer Impulsgeber DN′, um auf bekannte Weise die Drehrichtung der Welle festzustellen und damit das Vorzeichen bei der Zählung der Impulse des Detektors DET festzulegen. Der Nullimpuls des Detektors DN kann auch dazu verwendet werden, den für die Zählung der Impulse des Detektors DET erforderlichen Zähler jeweils bei Passieren der Ausgangsstellung zu synchronisieren und ggf. von Störimpulsen verursachte Zählfehler zu korrigieren. Ist eine derartige Korrektur nicht erforderlich, so kann die Erfassung der Ausgangsstellung auch softwaremäßig mittels des Zählers für die Impulse von DET erfolgen.The starting position can be detected with every revolution by a zero pulse transmitter, e.g. a mark N which emits a corresponding zero pulse when it passes a zero pulse detector DN. Offset to the zero pulse generator DN or to the detector DET is a further pulse generator DN 'in order to determine the direction of rotation of the shaft in a known manner and thus to determine the sign when counting the pulses of the detector DET. The zero pulse of the detector DN can also be used to synchronize the counter required for counting the pulses of the detector DET each time the initial position is passed, and to correct any counting errors caused by interference pulses. If such a correction is not necessary, the starting position can also be detected in software by means of the counter for the pulses from DET.
Im einfachsten Fall ist entsprechend der Zahl z der nacheinander zündenden Zylinder ein Drehwinkelbereich α = 360°/z definiert, der angibt, daß jeweils nach einer Umdrehung um diesen Winkel α ein Zylinder (z.B. Z2) die Stellung annimmt, die zuvor der vorangegangene Zylinder (z.B. Z1) angenommen hat. Dieser Winkel α bzw. die entsprechende Zahl m = mα der Impulse des Detektors DET teilt also den ganzen Arbeitszyklus in einzelne Winkelbereiche ein. Jeder der z Winkelbereiche ist einem Zylinder zugeordnet und ist durch Referenzstellungen, die den Anfangswinkel und Endwinkel angeben, festgelegt.In the simplest case, an angle of rotation range α = 360 ° / z is defined in accordance with the number z of cylinders firing one after the other, which indicates that after each revolution by this angle α a cylinder (e.g. Z2) assumes the position previously assumed by the previous cylinder ( eg Z1) has accepted. This angle α or the corresponding number m = m α of the pulses of the detector DET thus divides the entire working cycle into individual angular ranges. Each of the z angular ranges is assigned to a cylinder and is defined by reference positions that indicate the start angle and end angle.
Bei Viertakt-Motoren durchläuft jeder Zylinder in einem Motorzyklus zwei mal seinen oberen Totpunkt. Um jeweils einen ganzen Arbeitstakt zu erfassen, müssen also jeweils zwei Umrehungen der Kurbelwelle zu einem Motorzyklus zusammengefaßt werden. Die Zahl m1 der einem Winkelbereich α zugeordneten Winkelinkremente dγ verdoppelt sich also und die jeweils dem ersten oberen Totpunkt des Zylinders Z1 in einem Arbeitstakt zugeordnete Ausgangsstellung wird nur jeweils nach zweimaligem Passieren der Marke N am Detektor DN erreicht. Im allgemeinen Fall lautet also die Zuordnung der Winkelbereichszahl mα zu den Winkelbereichen α nach der Formel
wobei m1 die Zahl der pro Zyklus den Detektor DET passierenden Marken M ist. Sind die Marken über ein Getriebe mit dem Übersetzungsverhältnis
With four-stroke engines, each cylinder passes through top dead center twice in one engine cycle. In order to record an entire work cycle, two revolutions of the crankshaft must be combined to form an engine cycle. The number m1 of the angular increments dγ assigned to an angular range α thus doubles and the initial position assigned to the first top dead center of the cylinder Z1 in one work cycle is only reached after passing the mark N twice on the detector DN. In the general case, the assignment of the angular range number m α to the angular ranges α is according to the formula
where m1 is the number of marks M passing the detector DET per cycle. Are the brands about a gearbox with the gear ratio
Der Detektor DET und ein Zähler CT mit einem, den momentanen Drehwinkel γ der Kurbelwelle beschreibenden Ausgangssignal sowie ggf. der Nullimpulsgeber DN und der entsprechende Vorzeichendetektor SIGN für das Vorzeichen der Drehrichtung mit seinem Hilfsdetektor DN′ stellen also einen Referenzimpulsgeber dar, der bei vorgegebenen Referenzstellungen (also z.B. jeweils dem ersten oberen Totpunkt eines Zylinders während eines Motorzyklus) jeweils einen Referenzimpuls abgibt. Aus diesen Referenzimpulsen bildet eine Meß- und Regeleinrichtung MR, die teils softwaregesteuert und digital und aus Sicherheitsgründen teils auch mechanisch, hydraulisch etc. arbeitet, einen ersten Mittelwert
Außerdem wird in der Meß- und Regeleinrichtung MR ein zweiter Mittelwert nα gebildet, der die Geschwindigkeit angibt, mit der die Kurbelwelle jeweils einen Winkelbereich α (oder einen anderen, kleinen, jeweils einem der Zylinder zugeordneten Winkelbereich, der durch entsprechende Referenzstellungen der Kurbelwelle oder des betreffenden Zylinders bestimmt ist) durchläuft. Der Geschwindigkeitswert
Wie noch erläutert werden wird, enthält die Meß- und Regeleinrichtung MR einen trägen Regler, der den Mittelwert
Ein Vorteil der Erfassung zweier mit unterschiedlichen Zeitkonstanten gemittelter Geschwindigkeitswerte ist z.B., daß eine Regelung des trägen Mittelwertes möglich ist, die den pulsförmigen Verlauf des von den Zylindern aufgebrachten Motormoments Mdiesel ohne ständiges Verstellen der Reglereinstellung regelt. Der Mittelwert nα hingegen erlaubt, bei Störungen rasch einzugreifen. So können z.B. häufigere Fehlzündungen eines Zylinders erkannt und durch geeignete Eingriffe auf diesen Zylinder beseitigt und/oder jeweils bei der Füllung des nächsten Zylinders korrigiert werden. Ebenso können kurzfristige Überschreitungen von Grenzdrehzahlen gemeldet werden und geeignete Schutzmaßnahmen bereits auslösen, bevor die für den stabilen Betrieb des Motors nötige, träge Regelung ansprechen kann. Insbesondere können die den einzelnen Zylindern zugeordneten Winkelbereiche und die darin gemessenen Mittelwerte nα angezeigt und dokumentiert werden, was im Hinblick auf den weiteren Service der Anlage wertvolle Rückschlüsse liefert.One advantage of detecting two speed values averaged with different time constants is, for example, that it is possible to regulate the sluggish mean value, which applies the pulse-shaped course of the cylinder Engine torque M diesel regulates without constant adjustment of the controller setting. The mean value n α, on the other hand, makes it possible to intervene quickly in the event of faults. For example, more frequent misfires of a cylinder can be recognized and corrected by appropriate interventions on this cylinder and / or corrected each time the next cylinder is filled. Likewise, short-term exceedances of limit speeds can be reported and suitable protective measures can be triggered before the slow control required for stable engine operation can respond. In particular, the angular ranges assigned to the individual cylinders and the mean values n α measured therein can be displayed and documented, which provides valuable conclusions with regard to the further service of the system.
Die bisher geschilderte Erfassung der Winkelgeschwindigkeit nα ist im wesentlichen aus der bereits genannten europäischen Patentanmeldung 120730 für Verbrennungsmotoren bekannt und ermöglicht, durch einen Ausgleich von unregelmäßigen Verbrennungen in den Zylindern den Rundlauf des Motors zu erhöhen. Dabei ist allerdings jeweils der obere Totpunkt eines Zylinders die Anfangsstellung des zugeordneten Zylinders, damit im Winkelbereich möglichst nur der Einfluß dieses Zylinders auf Mdiesel erfaßt wird.The previously described detection of the angular velocity n α is essentially known from the already mentioned European patent application 120730 for internal combustion engines and makes it possible to increase the concentricity of the engine by compensating for irregular combustion in the cylinders. However, the top dead center of a cylinder is the starting position of the associated cylinder, so that in the angular range only the influence of this cylinder on M diesel is recorded as far as possible.
Um allerdings vereinzelt auftretende Störungen geeignet ausregeln zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Erfassung und der Eingriff zur Beseitigung dieser Störung bereits abgeschlossen sind, bevor wieder die Füllung eines Zylinders vor dessen Expansionstakt erfolgt. Der Endwinkel des zur nα-Messung erforderlichen Winkelbereichs muß also ausreichend weit vor dem oberen Totpunkt des zugeordneten Zylinders liegen.However, in order to be able to adequately correct individual faults that occur, it is advantageous if the detection and the intervention to eliminate this fault have already been completed before a cylinder is again filled before its expansion cycle. The end angle of the angular range required for the n α measurement must therefore be sufficiently far before the top dead center of the assigned cylinder.
Andererseits sollte diese Störungsmeldung möglichst nahe vor dem Einspritzzeitpunkt liegen. Da das Füllungsgestänge und die Einspritzpumpe zur Regelung des Füllgrades eine bestimmte Zeit benötigt, wird die Bestimmung des Mittelwertes nα drehzahlabhängig gesteuert.On the other hand, this fault message should be as close as possible to the time of injection. Since the filling rods and the injection pump needs a certain time to regulate the degree of filling, the determination of the mean value n α is controlled as a function of the speed.
Dies bedeutet z.B. für den Zylinder Z1, daß ihm durch Vorgabe eines Anfangswinkels und eines Endwinkels für die Stellung der Kurbelwelle ein Winkelbereich α zugeordnet wird, dessen Endpunkt bei niedrigen Drehzahlen kurz vor der Stellung liegt, bei der dieser Zylinder Z1 seinen oberen Totpunkt erreicht. Bei hohen Drehzahlen jedoch wird dieser Endwinkel weiter vorverlegt.This means e.g. for the cylinder Z1 that an angle range α is assigned to it by specifying a starting angle and an end angle for the position of the crankshaft, the end point of which at low speeds is just before the position at which this cylinder Z1 reaches its top dead center. At high speeds, however, this end angle is advanced.
Dazu enthält die Meß- und Regeleinrichtung eine von der mittleren Geschwindigkeit gesteuerte Steuereinrichtung, wie im folgenden anhand der Signale in Fig. 2 und einer schematischen Schaltung in Fig. 3 näher erläutert wird.For this purpose, the measuring and regulating device contains a control device controlled by the average speed, as will be explained in more detail below with reference to the signals in FIG. 2 and a schematic circuit in FIG. 3.
In Fig. 2 ist zunächst das Ausgangssignal eines mit konstanter Frequenz arbeitenden Zeitimpuls-Gebers clk dargestellt. Die Kurve n(t) gibt die momentane Drehgeschwindigkeit, d.h. die zeitliche Ableitung dγ/dt des Drehwinkels γ der Motorwelle. Gegenüber dem langfristigen Mittelwert nav zeigt dieser Istwert jeweils erhebliche Einbrüche an den Zeitpunkten t1... t4, an denen jeweils die Zylinder ihren oberen Totpunkt erreichen. Zum Zeitpunkt t1, der mit einem Nullimpuls mD des Nullimpulsdetektors DN zusammenfällt, erhöht die Verbrennung im Zylinder Z1 den Schub auf die Drehachse und damit die Drehgeschwindigkeit, wobei diese Geschwindigkeit aber wegen des nachlassenden Expansionsdruckes und wegen der zum Komprimieren im Zylinder Z2 erforderlichen Arbeit nachläßt. In Fig. 2 ist übertrieben dargestellt, daß der Expansionsdruck in den einzelnen Zylindern jeweils nach Durchlaufen ihres oberen Totpunktes unterschiedliche Werte annimmt und daher ein unregelmäßiger Verlauf der Drehzahl entsteht.2 shows the output signal of a time pulse generator clk operating at a constant frequency. The curve n (t) gives the instantaneous speed of rotation, ie the time derivative dγ / dt of the angle of rotation γ of the motor shaft. Compared to the long-term mean value n av , this actual value shows significant drops at times t1 ... t4, at which the cylinders reach their top dead center. At time t1, which coincides with a zero pulse m D of the zero pulse detector DN, the combustion in cylinder Z1 increases the thrust on the axis of rotation and thus the speed of rotation, but this speed decreases due to the decreasing expansion pressure and because of the work required for compression in cylinder Z2 . 2 shows exaggeratedly that the expansion pressure in the individual cylinders assumes different values after passing through their top dead center, and therefore an irregular course of the speed arises.
Ein erster Zähler CT1 zählt die Zeitimpulse clk jeweils zwischen dem Auftreten zweier Nullimpulse mD. Bei jedem Nullimpuls wird der Zählerstand ct1 in einen entsprechenden Speicher M1 gegeben, an dessen Ausgang dann für die Dauer der nächsten Umdrehung der Kurbelwelle der Reziprokwert des Zählerstandes, multipliziert mit dem Ausgangssignal sign
Die Impulse m des Referenzimpulsgebers geben jeweils das Erreichen und Verlassen eines Winkelbereiches an und werden einem anderen Zähler CT2 für die Zeitimpulse clk zugeführt. Sie bestimmen die Zeitpunkte, zu denen der in Fig. 2 gezeigte Zählerstand ct2 des Zählers CT2 jeweils in einen Speicher M2 eingelesen und rückgesetzt wird.The pulses m of the reference pulse generator each indicate that an angular range has been reached and left and are supplied to another counter CT2 for the time pulses clk. They determine the points in time at which the counter reading ct2 of the counter CT2 shown in FIG. 2 is in each case read into a memory M2 and reset.
So ist z.B. dem Zylinder Z2 die Referenzstellung γ2 der Zylinderachse als Endpunkt seines zugeordneten Winkelbereiches und der entsprechende Zeitpunkt t2′ zugeordnet, während der Zeitpunkt t1′ und die Referenzstellung γ1 = γ2 - α den Anfang dieses Winkelbereiches angeben. Die Referenzstellung γ2 ist dabei gegenüber dem oberen Totpunkt des Zylinders Z2 (Zeitpunkt t2) um den Verschiebungswinkel dα vorverlegt. Zum Zeitpunkt t2′ ist also die Mittelwertbildung im Winkelbereich α bereits abgeschlossen und der Zähler Z2 liest seinen Zählerstand in den Speicher M2 ein. Der zu nα proportionale Wert sign
In Fig. 2 ist angenommen, daß mα= 9 gilt, d.h. zwischen den oberen Totpunkten zweier benachbarter Zylinder liegen neun inkrementelle Winkelschritte dγ. Die entsprechenden Steuerimpulse, die den Referenz-Winkelstellungen γ1 und γ2 entsprechen, werden vom Referenzimpulsgeber aus der Impulsfolge des Detektors DET dadurch gebildet, daß diese Impulsfolge dem erwähnten Zähler CT zugeführt wird, dessen Zählerstand ct jeweils bei einer Referenzstellung auf den Wert mα gesetzt und heruntergezählt wird. Beim Erreichen des Wertes Null wird der nächste Referenzimpuls abgegeben und der Zähler erneut gesetzt.In Fig. 2 it is assumed that m α = 9, ie there are nine incremental angular steps dγ between the top dead centers of two adjacent cylinders. The corresponding control pulses, which correspond to the reference angular positions γ1 and γ2, are formed by the reference pulse generator from the pulse train of the detector DET in that this pulse train is fed to the counter CT mentioned, whose counter reading ct is set at a reference position to the value m α and counted down. When the value zero is reached, the next reference pulse is given and the counter is set again.
Die Synchronisierung auf den Nullimpuls mD kann z.B. dadurch erfolgen, daß jeweils bei einem Nullimpuls der Zählerstand auf einen entsprechenden Wert, in Fig. 2 auf den Wert ct = 7, gesetzt wird. Die Endstellung γ2 für den dem Zylinder C2 zugeordneten Winkelbereich α ist also dann stets nach 7 inkrementellen Winkelschritten dγ erreicht und gegenüber dem entsprechenden oberen Totpunkt des Zylinders Z2 um dα = 2 · dγ vorverschoben.The synchronization to the zero pulse m D can take place, for example, in that the counter reading is set to a corresponding value in each case with a zero pulse, in FIG. 2 to the value ct = 7. The end position γ2 for the angular range α assigned to the cylinder C2 is then always reached after 7 incremental angular steps dγ and advanced by dα = 2 · dγ relative to the corresponding top dead center of the cylinder Z2.
In der Praxis werden die oberen Totpunkte der Zylinder nicht immer exakt bei Impulsen des Impulsgebers DET bzw. bei einem Nullimpuls erreicht. Dies ist aber auch nicht erforderlich und ebenso muß der Winkelbereich α, der jeweils nacheinander den Zylindern zugeordnet wird, weder exakt gleich noch dem Winkelabstand zwischen den oberen Totpunkten der Zylinder ententsprechen. Da es sich nur um eine Mittelbildung handelt, kann z.B. einem Zylinder durchaus ein etwas kürzerer Winkelbereich zugeordnet sein, wobei sich auch die zum Durchlaufen dieses Winkelbereiches erforderliche Zeit verkürzt. Die mittlere Geschwindigkeit nα, die gegeben ist als
und aus der im Zähler CT2 gemessenen Zeit T zwischen den Referenzimpulsen gebildet wird, ändert sich nur unwesentlich, wenn der Zähler CT2 jeweils auf den einem veränderten Winkelbereich α′ entsprechenden Zählerstand mα′ gesetzt wird. Dies ist in Fig. 2 zum Zeitpunkt t3′ dargestellt, bei dem der Zählerstand m = 10 vorgegeben wird. Dadurch ist für den Zylinder Z4 ein Winkelbereich α′ = 10 · dγ bestimmt, so daß sich für die Referenzstellung γ4 dieses dem Zylinder Z4 zugeordneten Intervalls der Wert γ4 = γ3 + α′ = γ3 + 10 · dγ ergibt. Im Speicher M2, der durch den Endzustand des Zählers beim Referenzimpuls γ4 die Zeit T erfaßt, wird dann der Mittelwert nα =α′/T gebildet, indem der im Zähler stehende, veränderte Wert des Winkelbereichs α′ berücksichtigt wird.In practice, the top dead centers of the cylinders are not always reached exactly with pulses from the pulse generator DET or with a zero pulse. However, this is also not necessary and likewise the angular range α, which is assigned to the cylinders one after the other, does not have to be exactly the same or correspond to the angular distance between the top dead centers of the cylinders. Since it is only a matter of averaging, a somewhat shorter angular range can be assigned to a cylinder, for example, and the time required to pass through this angular range is also shortened. The average speed n α , which is given as
and is formed from the time T measured in the counter CT2 between the reference pulses changes only insignificantly when the counter CT2 is set to the counter reading m α ' corresponding to a changed angular range α'. This is shown in Fig. 2 at time t3 ', at which the counter reading m = 10 is specified. As a result, an angle range α ′ = 10 · dγ is determined for the cylinder Z4, so that the value γ4 = γ3 + α ′ = γ3 + 10 · dγ results for the reference position γ4 of this interval assigned to the cylinder Z4. In the storage room M2, which detects the time T by the final state of the counter at the reference pulse γ4, the mean value n α = α ′ / T is then formed by taking into account the changed value of the angular range α ′ in the counter.
Die Mittelwertbildung kann auch über Winkelbereiche α erfolgen, die jeweils kleiner sind als der Abstand der oberen Totpunkte. Während in Fig. 2 jeweils eine Referenzstellung den Endwert eines Winkelbereichs und gleichzeitig den Anfangswert des nächsten Winkelbereichs angibt, können also auch eigene Anfangs- und Endstellungen definiert werden, wobei dann Pausen entstehen, die nicht zur Bildung des Mittelwerts nα herangezogen werden. Solange die Drehzahl gleichbleibt, sind diese Pausen gleich lang, soll aber bei einer Drehzahländerung die relative Lage der Winkelbereiche zu den oberen Totpunkten verändert werden, so ergibt die entsprechende Verschiebung der Anfangs- und Endwerte eine vorübergehende Veränderung dieser Pausen. Ebenso ist es auch möglich, die Meßintervalle für die Mittelwertbildung größer als den Abstand der oberen Totpunkte zu wählen, so daß sich diese Winkelbereiche gegenseitig überlappen. Eine bleibende Drehzahländerung bewirkt dann eine vorübergehende Änderung der Überlappung.The averaging can also take place over angular ranges α, which are each smaller than the distance between the top dead centers. While in FIG. 2 each a reference position indicates the end value of an angular range and at the same time the start value of the next angular range, separate start and end positions can also be defined, pauses then occurring which are not used to form the mean value n α . As long as the speed remains the same, these pauses are of the same length, but if the relative position of the angular ranges to the top dead centers is to be changed when the speed changes, the corresponding shift in the start and end values results in a temporary change in these pauses. It is also possible to select the measurement intervals for averaging larger than the distance between the top dead centers, so that these angular ranges overlap one another. A permanent change in speed then causes a temporary change in the overlap.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel sind jedoch die Winkelbereiche derart gewählt, daß ihre Summe bei gleichbleibender Geschwindigkeit gerade den vollen Zyklus des Motors ergeben. Es entstehen also keine Überlappungen oder Pausen und eine Referenzstellung gibt gleichzeitig den Endwert des vorangegangenen Meßintervalles und den Startwert des nächsten Meßintervalles an. Die drehzahlabhängige Verschiebung der Relativlage zwischen Meßbereich und oberen Totpunkt kann dabei durch eine vorübergehende Veränderung des Meßbereichs erreicht werden. Dies ist in Fig. 2 dadurch dargestellt, daß bei einem Nullimpuls mD′ bzw. dem zugehörigen Zeitpunkt t′ der Zählerstand ct des Zählers CT nicht auf den Wert 7, wie üblicherweise bei der Synchronisation vorgesehen, sondern z.B. auf den Wert 6 gesetzt wird. Der Zähler CT, der bei der vorangegangenen Referenzstellung wie üblich auf den Wert m = 9 gesetzt wurde und zum Zeitpunkt t′ daher den Zählerstand 7 erreicht hätte, wird dann bereits nach 8 Zählschritten wieder rückgesetzt und beendet somit das Zählintervall vorzeitig. Diese einmalige Veränderung des Winkelbereichs α und des Zählers im Drehzahlsignal nα = α/T des Speichers M2, kann wieder auf die bereits besprochene Weise berücksichtigt werden.In the example shown in Fig. 2, however, the angular ranges are chosen such that their sum at the same speed just give the full cycle of the engine. There are therefore no overlaps or pauses, and a reference position simultaneously indicates the end value of the previous measurement interval and the start value of the next measurement interval. The speed-dependent displacement of the relative position between the measuring range and top dead center can be achieved by temporarily changing the measuring range. This is shown in Fig. 2 in that at a zero pulse m D ' or the associated time t' the counter reading ct of the counter CT is not set to the value 7, as is usually provided for the synchronization, but is set to the
Für diese drehzahlabhängige Lageverschiebung des Winkelbereichs α, die also in diesem Fall über den Zähler CT im Referenzimpulsgeber erfolgt, ist in Fig. 2 ein entsprechender Funktionsbildner FKT vorgesehen, der die entsprechende Lageverschiebung dα bzw. dα′ über die Synchronisierung des Zählers CT als Funktion der Drehzahl
Der Mittelwert nα reagiert empfindlicher auf die Momentenpulsationen des Antriebs als der Mittelwert
Die Trägheit des Reglers
Insbesondere für den Fall, daß der Füllgrad der einzelnen Einspritzpumpen individuell verstellbar sind, kann die bereits beschriebene Symmetrierung von Zylinder-Unsymmetrien vorteilhaft sein.In particular in the event that the degree of filling of the individual injection pumps can be individually adjusted, the symmetry of cylinder asymmetries already described can be advantageous.
Zusätzlich zur gebildeten Erfassung der Drehzahl
Eine hierzu geeignete Anordnung zeigt Fig. 4. Dabei ist eine Aufteilung in Winkelbereiche βj erforderlich, die jeweils ungefähr beim oberen Totpunkt des zugeordneten Zylinders beginnen. Für einen 6-Zylinder/2-Takt-Motor ist diese Winkelaufteilung, die als Funktion der Drehzahl
Dabei werden zwölf Winkelstellungen pi als Referenzstellungen vorgegeben, die von einem in einem Decoder DECOD mitlaufenden zyklischen Zähler gezählt werden können. Eine ungerade Zählzahl i gibt dabei gemäß j = (i + 1)/Z den Zylinder an, dem der Winkelbereich βj zugehörig ist, und die Winkelstellung pi gibt dabei den Referenzwinkel an, bei der der Winkelbereich βj beginnt (oberer Totpunkt von Zj) und der Winkelbereich βj-1 des vorangegangenen Zählers endet. Diese Referenzwinkel sind im Funktionsgeber drehzahlunabhängig gespeichert. Falls der geschilderte schnelle Regler vorgesehen ist, geben gerade Zählzahlen i gemäß j′= i/2 + 1 den Zylinder an, dem der Winkelbereich αj′ zugeordnet ist und die Winkelstellung pi gibt den Referenzwinkel an, bei dem der Winkelbereich αj, endet (vor dem oberen Totpunkt von Zj,) und der nächste Winkelbereich αj′+1 beginnt. Der Abstand dα(
Der Zähler CT wird jeweils bei der Stellung p₁ rückgesetzt und liefert durch Zählung der inkrementellen Winkelschritte dγ also einen auf p₁ bezogenen Winkel, der im Dekoder DECOD mit dem ausgelesenen Referenzwinkel p₂ verglichen wird. Ist dieser Winkel erreicht, so wird von DECOD der zweite Impuls erzeugt und der Referenzwinkel p₃ eingelesen, bis nach dem zwölften Zählimpuls ein neuer Zyklus beginnt, dessen erster Impuls vom Nullimpuls mD ausgelöst werden kann.The counter CT is reset in each case at the position p 1 and thus delivers a counting of the incremental angle steps d γ an angle related to p 1, which is compared in the decoder DECOD with the read reference angle p 2. If this angle is reached, the second pulse is generated by DECOD and the reference angle p₃ is read in until a new cycle begins after the twelfth count pulse, the first pulse of which can be triggered by the zero pulse m D.
Bei jeder geraden Zählzahl i startet der Impuls auf die beschriebene Weise den Zähler CT2 erneut, dessen Zählerendstand Tα in den Speicher M2 eingelesen wurde, um am nachgeschalteten Dividierer DIV2 die mittlere Geschwindigkeit nα= (αj′/Tα) · sign
Bei jeder ungeraden Zählzahl i wird der gleiche Vorgang für die Winkelbereiche βj mittels des Zählers CT3 (Zählerendstand Tβ) und des Dividierers DIV3 wiederholt. Der dabei entstehende Mittelwert nβj= βj/Tβ wird aber entsprechend seiner Zuordnung zum Zylinder Zj über einen Multiplex-Schalter einer Überwachungseinrichtung (im einfachsten Fall einem Display DIS) zugeführt.For each odd count i, the same process is repeated for the angular ranges β j by means of the counter CT3 (final counter value T β ) and the divider DIV3. The resulting mean value n βj = βj / T β is, however, supplied to a monitoring device (in the simplest case a display DIS) via a multiplex switch in accordance with its assignment to the cylinder Zj.
Eine Unsymmetrie der Zylinder kann ausgeregelt werden, indem nβi einer Speichereinrichtung M3 zugeführt wird. Die Abweichung n* - nβj kann dabei über mehrere Umdrehungen gemittelt werden, um einen jeweils dem Zylinder Zj zugeordneten Korrekturwert F*j zu erhalten. Der Füllgrad des Zylinders Zj wird dann mit
Dieser und ähnliche Eingriffe stabilisieren den Betrieb der Regler
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