WO1991000956A1 - Verfahren und vorrichtung zur drehzahlregelung eines langsamlaufenden, mehrzylindrischen dieselmotors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur drehzahlregelung eines langsamlaufenden, mehrzylindrischen dieselmotors Download PDF

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Jürgen STROP
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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 regulating the speed 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.
  • crankshaft 10 marks attached to the crankshaft each generate a reference pulse when one of the cylinders is in its top dead center.
  • the angle of rotation of the crankshaft is divided into angular ranges. In stationary operation, the crankshaft needs to run through every angular
  • 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, of eliminating them so quickly detect that the control or regulation of the engine can be corrected in a suitable manner.
  • Such a speed detection is therefore also an object of the invention.
  • Angular positions of the crankshaft are defined for each of the cylinders, 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 one of these defined angular positions is passed.
  • the sluggish average speed " n is compared with the setpoint speed n * and fed to a sluggish controller, which determines a first setpoint for the control of the injection pumps and thus specifies the pre-setting of the filling level of all cylinders.
  • the output signal of this sluggish controller changes practically not, and even short-term disturbances hardly cause any 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 fault 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 degree of filling, which therefore corrects this malfunction immediately.
  • the method described in the European application 120 730 mentioned can also advantageously be used to symmetrize the operation.
  • the intervention described to correct the disturbances or asymmetries is all the more effective the shorter the time between the disturbance detection and the correction of the fill level 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 the 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.
  • FIGS. 3 and 4 is a schematic representation of two vorteilha f t comparable employed control devices
  • the invention is explained using the example of a 4-cylinder two-stroke engine, the 4 cylinders of which ZI, Z2, Z3 and Z4 are symbolically represented in FIG.
  • Fuel is injected into the displacement of each cylinder during the compression phase of injection pumps Pl,... 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 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 rod of all injection pumps and adjusts all injection pumps together.
  • the cylinder ZI In the position shown in FIG. 1, the cylinder ZI is at its top dead center, which initiates its first work stroke, the expansion stroke, while the cylinder Z3 is at the bottom dead center, at which its expansion stroke completed and the second work cycle, the compression cycle is initiated. Accordingly, the cylinder Z2 is still in the middle of its second working 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 the rotation angle of the crankshaft to be detected here, 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 slippage, or another digital or analog detector circuit coupled to the crankshaft.
  • a measuring disk is attached to the crankshaft directly or via a gearbox with the ratio 1: 1 and bears a number ml of marks M.
  • M a number of marks
  • 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 a zero pulse detector DN is passed.
  • Another pulse generator DN ' is offset from the zero pulse generator DN or the detector DET, 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 it passes the initial position 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.
  • a rotation angle range -_ 360 * / z is defined in accordance with the number z of the cylinders igniting one after the other, which indicates that a cylinder (for example Z2) assumes the position after each rotation by this angle ⁇ _, which the previous cylinder (e.g. ZI) previously assumed.
  • Each of the z angular ranges is assigned to a cylinder and is defined by reference positions which indicate the start angle and end angle. In four-stroke engines, each cylinder passes through its top dead center twice in one engine cycle.
  • the detector DET and a counter CT with an output signal describing the instantaneous angle of rotation y 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 given reference positions (for example, the first top dead center of a cylinder during an engine cycle) each emits a reference pulse.
  • a measuring and control device MR which operates partly software-controlled and digitally and partly for safety reasons partly mechanically, hydraulically etc., forms a first mean ri, which indicates the average speed with which a each over an entire work cycle or rich o (comprehensive Transmit through a large angular range -TJTeser mean n can be detected, for example, as a reciprocal value of the time interval between two reference pulses of the zero pulse transmitter DN.
  • n ⁇ is formed in the measuring and control device MR, which indicates the speed at which the crankshaft each has an angular range K (or another small angular range, each assigned to one of the cylinders, which by corresponding reference positions of the crankshaft or of the cylinder in question).
  • 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 , in which mainly the last expansion stroke of a cylinder and its influence '-. - .. f the shaft enters.
  • the measuring and regulating device MR contains an inert controller which compares the mean value n ⁇ with a speed setpoint n * and specifies a setpoint for presetting the degree of filling of the cylinders.
  • a rapid control for the di f ference n * - n *. 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 the detection of 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 Motor torque M r i * ? Ese ⁇ regulates without constantly adjusting the controller setting.
  • the mean n ⁇ allows rapid intervention 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. Because the filling rods and If the injection pump requires a certain time to regulate the degree of filling, the determination of the mean value n ⁇ is controlled as a function of speed.
  • 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 current speed of rotation, ie the time derivative of the angle of rotation v of the motor shaft. Compared to the long-term mean n, this actual value shows significant drops at times t1 ... t4 at which the cylinders each reach their top dead center.
  • tl which coincides with a zero pulse of the m n Nullimpuls ⁇ detector DN, increases the combustion in the Zylin ⁇ ZI axis of the thrust on the Dre ⁇ and therefore the Drehgeschwin ⁇ speed, said Geschw- ⁇ - J accuracy but because of the decrease expansion pressure un ⁇ decreases because of the work required for compression in the 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 rotational speed arises.
  • a first counter CT1 counts the time pulses clk between the occurrence of two zero pulses m n . At every zero impulse, the counter reading ctl in a corresponding
  • Memory M1 is given, at the output of which the reciprocal of the count, multiplied by the output signal n "of the direction of rotation detector SIGN, is then available as a corresponding long-term average " n for the duration of the next revolution of the crankshaft.
  • 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 Referenzstel- lung £ 2 is opposite to the upper "dead center of the Zylin ⁇ DERS Z2 (time t2) dd by the shift angle defines vorver ⁇ .
  • time t2 ' the averaging in the angular range ot has already been completed and the counter Z2 reads its counter reading into the memory M2.
  • the value proportional to n ⁇ sign 77. (l / ct2) the filling linkage for cylinder Z2 will be adjusted via the fast controller before this cylinder reaches its 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 et set at a reference position to the value m ⁇ and counted down w; - * d. When the value reaches zero, 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 means of education, e.g. a somewhat shorter angular range can certainly be assigned to a cylinder, the time required to pass through this angular range also being shortened.
  • the averaging can also take place over angular ranges -X, which are each smaller than the distance between the top dead centers. While in FIG. 2 each a reference position specifies the end value of an angular range and at the same time the initial value of the next angular range, separate start and end positions can also be defined, in which case there are pauses which do not form the mean value n ⁇ be used. As long as the speed remains the same, these pauses are of equal 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. Likewise, it is also possible to select the measurement intervals for the mean value formation is greater than the distance between the top dead centers for 'so that these angular ranges overlap with each other. A permanent change in speed then causes a temporary change in the overlap.
  • the angular ranges are selected in such a way that their sum at the same speed results in the full cycle of the motor. 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 shift 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 by the fact that at a zero pulse m ⁇ or the associated time t ' the counter reading et of the counter CT is not set to the value 7, as is usually provided in 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 dot or. d 'via the synchronization of the counter CT as a function of the speed r ⁇ .
  • the mean value n ⁇ is more sensitive to the torque pulsations of the drive than the mean value Ti. In the event of asymmetries in the drive, there is therefore no adjustment of a slow controller ⁇ R that results from the speed deviation provides a setpoint F ⁇ " for the presetting of the degree of filling. In addition, a controller R ⁇ is provided which is fed by the control deviation n * - n ⁇ .
  • Its output signal F ⁇ * which serves to correct the presetting and, for example, on a Addition element AD with F * is superimposed additively, the injection pumps can constantly adjust, since torque pulsations are unavoidable anyway, the regulator R ⁇ can be considerably calmed down if speed deviations n * - n ⁇ do not occur within a predetermined fluctuation range 3, provision is made in FIG. 3 for a dead element to be connected upstream of the controller R ⁇ , which only activates a corresponding control signal when the predetermined limit values for n * -n 0 are exceeded ( the controller R ⁇ . 16.
  • the inertia of the controller is preferably achieved in that an integral regulator or a proportional-integral controller is used with the 'esentlichen integral behavior. For the fast controller R *, however, a purely proportional or predominantly proportional behavior is preferred.
  • FIG. 4 An arrangement suitable for this is shown in FIG. 4.
  • this angular division which is specified as a function of the speed n " by a function memory FKT, is shown in FIG. 5.
  • angular positions p ⁇ are specified as reference positions, which can be counted by a cyclical counter running in a decoder DECOD.
  • j (i + l) / Z
  • an uneven count i indicates the cylinder to which the angular range jL belongs
  • the angular position p i specifies the reference angle at which the angular range &. begins (top dead center of Z,) and the angular range (L_ ⁇ of the previous counter ends.
  • the angular range oC, is assigned and the angular position p indicates the reference angle at which the angular range u *. ends (before the top dead center of Z.,) and the next angle range o ⁇ . , +1 begins.
  • the distance ⁇ .n) from the top dead center is given by the function memory in each case with a zero pulse depending on the speed after a stored function, which means that the width of the area o can also change.
  • the counter CT is reset in each case at the position p, and thus, by counting the incremental angle steps dv, supplies an angle related to p *, 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 p 3 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 n .
  • the width tl., 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.

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Abstract

Beim Betrieb eines langsamlaufenden, mehrzylindrischen Dieselmotors wird ein erster, praktisch über den ganzen Motorzyklus gemittelter Drehzahl-Mittelwert n^¨B7 und ein zweiter Mittelwert nα gebildet, wobei nα nur über einen Winkelbereich gemittelt ist, der dem Abstand zwischen zwei oberen Totpunkten entspricht. Dieser Winkelbereich ist gegenüber dem oberen Totpunkt um einen drehzahlabhängigen Winkel vorverschoben. Die Drehzahlabweichung n* - n^¨B7 wird von einem trägen Regler und die Drehzahlabweichung n* - nα von einem schnellen Regler ausgeregelt. Beide Regler arbeiten auf die Füllung der Zylinder. Der träge Regler bewirkt nur schwache Füllgrad-Änderungen, der schnelle Regler erlaubt bei Störungen einen schnellen Eingriff.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines langsamlaufenden, mehrzylindrischen Dieselmotors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines langsamlaufenden, mehrzylindri¬ schen Dieselmotors. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfah¬ ren und eine Vorrichtung zur Drehzahlerfassung bei der Rege¬ lung eines langsamlaufenden, mehrzylindrischen Dieselmotors.
GroGdieselmotoren, wie sie z.B. zum Antreiben von Schiffspro¬ pellern, Synchrongeneratoren oder anderen Großanlagen verwen¬ det 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 Pul- sationen des Antriebsmoments und zu entsprechend starken Än¬ derungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle während eines Arbeitstaktes.
Wird in den zur Regelung eingesetzten Drehzahlreglern eine kleine Zeitkonstante eingestellt, so verstellen diese Regler wegen des pulsierenden Drehzahlistwertes ständig das Fül¬ lungsgestänge, das den Einspritzpumpen der Zylinder und den Zylinder-Füllgrad vorgibt. Abgesehen von Stabilitätsproblemen bedingt die ständige mechanische Verstellung der Einspritzpum- pen einen unerwünscht hohen Verschleiß am Füllungsgestänge und eine unnötig große mechanische Verstellarbeit.
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 tr ge eingestellt sein.
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2
1 Die auf dem Markt kommerziell angebotenen Anlagen arbeiten daher vor allem bei Drehzahlen unter 20 U/min schlechter als ein harrdverstelltes 'Füllungsgestänge. Maschinen mit 4 bis 6 Zylindern sind unter etwa 15 U/min gegenwärtig überhaupt
5 nicht befriedigend maschinell regelbar.
Für schnelldrehende Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, ist in der europäischen Patentanmeldung 120 730 eine Regelung beschrieben, bei der ein Sensor für
10 an der Kurbelwelle angebrachte Marken jeweils einen Referenz¬ impuls erzeugt, wenn sich einer der Zylinder in seinem obe¬ ren Totpunkt befindet. Dadurch wird der Drehwinkel der Kur¬ belwelle in Winkelbereiche unterteilt. Im stationären Be¬ trieb benötigt die Kurbelwelle zum Durchlaufen jedes Winkel-
15 bereiches die gleiche Zeit, bei Unregelmäßigkeiten jedoch weicht diese Zeit von dem über mehrere Winkelbereiche gemit- telten Mittelwert ab. Um eine Unsym etrie beim Betrieb der verschiedenen Zylinder auszuregeln, werden für jeden der Zy¬ linder die in mehreren Arbeitstakten gemessenen Abweichungen
20 integriert und eine allen Zylindern gemeinsame Voreinstellung des Füllgrades wird mit einer aus diesem Integral gebildeten Korrekturgröße korrigiert.
Dies entspricht einer integralen Regelung, die periodische 25 Unregelmäßigkeiten, wie sie durch unsymmetrischen Betrieb der Zylinder entstehen, ausgeregelt. Die erwähnten kurzzei¬ tigen Störungen (Zündaussetzer oder Austauchen des Propel¬ lers) können dabei aber nicht schnell genug ausgeregelt werden. 30
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelung von langsamlaufenden, mehrzylindrischen Dieselmotoren zu schaf¬ fen, die auch vorübergehende Störungen auszuregeln gestattet. Dabei entsteht insbesondere das Problem, derartige kurzfri- 35 stige Störungen zu identifizieren und ggf. so rasch zu erfassen, daß die Steuerung oder Regelung des Motors auf ge¬ eignete Weise korrigiert werden kann. Eine derartige Dreh- zahlerfässung liegt daher der Erfindung ebenfalls als eine Aufgabe zugrunde.
Zur Lösung ist in den Ansprüchen 1 und 15 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Drehzahlregelung an¬ gegeben. Die Ansprüche 10 und 12 enthalten die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung zur Dreh- zahlerfassung.
Dabei werden für jeden der Zylinder Winkelstellungen der Kurbelwelle definiert, die den Anfangswinkel und Endwinkel eines vor dem oberen Totpunkt des Zylinders liegenden Winkel- bereiches darstellen. Dies kann durch einen Sensor für ent¬ sprechende mit der Kurbelwelle rotierende Marken oder einen anderen Referenzim ulsgeber geschehen, der jeweils beim Durchlaufen einer dieser definierten Winkelstellungen einen Referenzimpuls abgibt.
Für diese Winkelbereiche wird nun fortlaufend ein Istwert n^ gemessen, der die mittlere Geschwindigkeit angibt, mit der die Kurbelwelle diesen Winkelbereich durchläuft. Ferner wird auch die über mehrere ; eser Winkelbereiche gemittelte Geschwindigkeit H der Kurbelwelle ermessen. Es liegt also ein erster, träger Geschwincigkeits-Istwert n" und ein zwei¬ ter, nur über einen Teil des Arbeitstaktes gemittelter Ge¬ schwindigkeits-Istwert n^vor.
Im stationären Betrieb, bei dem das Antriebsmoment aller Zylinder gleichmäßig zur Aufrechterhaltung einer Solldreh¬ zahl n* beitragen, sind diese beiden Mittelwerte ungefähr gleich: nΛ = "n = n*. Auch bei unsymmetrischem Betrieb *-*er Zylinder gilt immer noch ungefähr r = n*. Dies ist sofort ersichtlich, wenn "n die über einen gesamten Arbeitstakt gemittelte Geschwindigkeit ist, d.h. wenn im stationären Zu¬ stand die Summe der Winkelbereiche den ganzen Arbeitstakt ergeben) also ein Winkelbereich gerade dem Drehwinkel der Kurbelwelle zwischen zwei benachbarten oberen Totpunkten der Zylinder entspricht.
Daher wird der träge Geschwindigkeitsmittelwert "n mit dem Geschwindigkeits-Sollwert n* verglichen und einem trägen Regler zugeführt, der einen ersten Sollwert für die Steuerung der Einspritzpumpen bestimmt und damit die Voreinstellung des Füllgrades aller Zylinder vorgibt. Bei Unsymmetrien verändert sich das Ausgangssignal dieses trägen Reglers also praktisch nicht und auch kurzfristige Störungen bewirken kaum eine Ver¬ änderung.
Die fortlaufend gemessenen Geschwindigkeits-Istwerte n ^ wer¬ den 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 n ^ und daher auch ein zweiter Sollwert, der vom Aus¬ gangssignal dieses schnellen Reglers bereitgestellt wird, rasch auf diese Änderung an. Der Winkelbereich, in dem dieser gestörte Istwert n^ 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 Geschwindig¬ keits-Istwerte n^, die in darauffolgenden Winkelbereichen gemessen werden, bereits nicht mehr vom Sollwert n* abwei¬ chen, so erfolgt auch keine Korrektur des voreingestellten Füllgrades der weiteren Zylinder.
Vorteilhaft kann außerdem auch das in der erwähnten europä- sehen Anmeldung 120 730 beschriebene Verfahren zur Symmetrie- rung des Betriebes angewendet werden. Der beschriebene Eingriff zum Ausregeln der Störungen bzw. Unsymmetrien ist umso wirkungsvoller, je kürzer die Zeit zwischen der Störungserfassung und der Korrektur des Füllgra¬ des des nächsten Zylinders ist. Der Endwinkel des Winkelbe- reichs soll also möglichst nahe am oberen Totpunkt des zuge¬ ordneten Zylinders liegen. Andererseits soll aber die Ver¬ stellung des Füllgrades, die über das Füllungsgestänge der entsprechenden Einspritzpumpe erfolgt, vor Erreichen des obe¬ ren 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.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin¬ dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Anhand zweier Ausführungsbeispieles und 5 Figuren wird die Erfindung näher erläutert.
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 ver- wendeten Regeleinrichtungen und
Fig. 5 die dabei auftretenden Referenz-Winkelstellungen der
Kurbelwelle.
Die Erfindung sei am Beispiel ei s 4-Zylinder-Zweitakt-Mo- tors erläutert, dessen 4 Z lindem ZI, Z2, Z3 und Z4 in Fig.l symbolisch dargestellt sind. In den Hubraum jedes Zylinders wild während der Verdichtungsphase von Einspritzpumpen Pl, ...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 Ist¬ wert F in den Füllgradregler rückgeführt wird. Dabei kann vorgesehen sein, daß der Füllgradregler auf das Füllungsge- stänge aller Einspritzpumpen gemeinsam wirkt und alle Ein¬ spritzpumpen gemeinsam verstellt. Vorzugsweise sind aber ein¬ zeln verstellbare Einspritzpumpen oder einzeln justierbare Einspritzpumpen vorhanden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet sich der Zy¬ linder ZI in seinem oberen Totpunkt, der seinen ersten Ar¬ beitstakt, den Expansionstakt, einleitet, während der Zylin¬ der Z3 sich im unteren Totpunkt befindet, bei dem sein Ex¬ pansionstakt abgeschlossen und der zweite Arbeitstakt, der Kompressionstakt eingeleitet wird. Entsprechend befindet sich der Zylinder Z2 noch in der Mitte seines zweiten Ar¬ beitstaktes (Kompression), während Z4 bereits im Expansions¬ takt ist.
Um bei Motoren mit elektrischer Zündung im Expansionstakt eine ordnungsgemäße Verbrennung sicherzustellen, muß der Zündzeitpunkt auf die Zylinderstellung und damit die Rota¬ tionsbewegung 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 er¬ reicht wird. Dabei kann es sich um einen Winkel-Detektor handeln, der nach Art eines berührungslosen Näherungsschal- ters, eines schlupflos angetriebenen inkrementalen Winkel¬ gebers oder eines anderen digital oder analog arbeitenden, an die Kurbelwelle gekoppelten Detektorschaltung handeln.
Im dargestellten Fall ist mit der Kurbelwelle direkt oder über ein Getriebe mit der Übersetzung 1:1 eine Meßscheibe an¬ gebracht, die eine Anzahl ml von Marken M trägt. Definiert 7 man eine bestimmte Ausgangsstellung der Kurbelwelle als Null¬ punkt, so erzeugt der Detektor DET also jeweils nach einer Drehung um d "= 360"/ml einen Impuls, so daß die Anzahl m der Impulse, die seit Durchlaufen einer Ausgangsstellung erzeugt werden, die Winkelstellung vr = m . d Y* erfaßt werden kann.
Die Ausgangsstellung kann bei jeder Umdrehung erfaßt werden durch einen Nullimpuls-Geber, z.B. eine Marke N, die bei Pas¬ sieren 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 Detek¬ tors DET erforderlichen Zähler jeweils bei Passieren der Aus¬ gangsstellung zu synchronisieren und ggf. von Stδrimpulsen verursachte Zählfehler zu korrigieren. Ist eine derartige Korrektur nicht erforderlich, so kann die Erfassung der Aus- gangsstellung auch softwaremäßig mittels des Zählers für die Impulse von DET erfolgen.
Im einfachsten Fall ist entsprechend der Zahl z der nacheinan¬ der zündenden Zylinder ein Drehwinkelbereich -_ 360*/z de- fiπiert, der angibt, daß jeweils nach einer Umdrehung um die¬ sen Winkel ϋ_ ein Zylinder (z.B. Z2) die Stellung annimmt, die zuvor der vorangegangene Zylinder (z.B. ZI) angenommen hat. Dieser Winkel et bzw. die entsprechende Zahl m = m^ der Impulse des Detektors DET teilt also den ganzen Arbeits- zyklus in einzelne Winkelbereiche ein. Jeder der z Winkelbe¬ reiche ist einem Zylinder zugeordnet und ist durch Referenz¬ stellungen, die den Anfangswinkel und Endwinkel angeben, festgelegt. Bei Viertakt-Motoren durchläuft jeder Zylinder in einem Mo¬ torzyklus zwei mal seinen oberen Totpunkt. Um jeweils einen ganzen Arbeitstakt zu erfassen, müssen also jeweils zwei Um- rehungen der Kurbelwelle zu einem Motorzyklus zusammengefaßt werden. Die Zahl ml der einem Winkelbereich o< zugeordneten Winkelinkremente d " verdoppelt sich also und die jeweils dem ersten oberen Totpunkt des Zylinders ZI in einem Arbeitstakt zugeordnete Ausgangsstellung wird nur jeweils nach zweimali¬ gem Passieren der Marke N am Detektor DN erreicht. Im allge- meinen Fall lautet also die Zuordnung der Winkelbereichszahl m^ zu den Winkelbereichen o nach der Formel ^ = ml/Z, wobei ml die Zahl der pro Zyklus den Detektor DET passieren¬ den Marken M ist. Sind die Marken über ein Getriebe mit dem m*_? Übersetzungsverhältnis : 1 an die Kurbelwelle gekoppelt, wobei m2 die Zahl der Arbeitstakte pro Motorzyklus ("Takt- zahl" m2 = 2 für 1 β ioktmotoren, m2 = 4 für Vier¬ taktmotoren) bezeichnet, so ist m-^ die Zahl der Marken auf der Impulsscheibe, während bei einer direkten Ankopplung g ~ilt: π m. mι = 2 • i * m* = T
Der Detektor DET und ein Zähler CT mit einem, den momentanen Drehwinkel y der Kurbelwelle beschreibenden Ausgangssignal sowie ggf. der Nullimpulsgeber DN und der entsprechende Vor¬ zeichendetektor SIGN für das Vorzeichen der Drehrichtung mit seinem Hilfsdetektor DN' stellen also einen Referenzimpulsge¬ ber dar, der bei vorgegebenen Referenzstellungen (also z.B. jeweils dem ersten oberen Totpunkt eines' Zylinders während eines Motorzyklus) jeweils einen Referenzimpuls abgibt. Aus diesen Referenz*impulsen bildet eine Meß- und Regeleinrichtung MR, die teils softwaregesteuert und digital und aus Sicher¬ heitsgründen teils auch mechanisch, hydraulisch etc. arbei¬ tet, einen ersten Mittelwert ri, der die mittlere Geschwindig- keit angibt, mit der ein jeweils über einen ganzen Arbeits- zyklus ode reiche o( umfas-
Figure imgf000011_0001
sender, großer Winkelbereich durchlaufen -TJTeser Mittelwert n kann z.B. als reziproker Wert des Zeitintervalles zwischen zwei Refereπzimpulsen des Nullimpuls-Gebers DN erfaßt werden.
Außerdem wird in der Meß- und Regeleinrichtung MR ein zweiter Mittelwert n^ gebildet, der die Geschwindigkeit angibt, mit der die Kurbelwelle jeweils einen Winkelbereich K (oder einen anderen, kleinen, jeweils einem der Zylinder zugeordneten Winkelbereich, der durch entsprec ide Referenzstellungen der Kurbelwelle oder des betreffenden Zylinders bestimmt ist) durchläuft. Der Geschwindigkeitswert "n stellt also einen mit einer großen Zeitkonstante gemittelten Istwert dar, der praktisch von dem von allen Zylindern aufgebrachten echa- nischen Moment in gleicher Weise beeinflußt ist. Der zweite Mittelwert n^ dagegen stellt einen mit einer kleinen Zeit¬ konstante gemittelten Wert dar, in den hauptsächlich der letzte Expansionstakt eines Zylinders und dessen Einfluß '-. -.. f die Welle eingeht.
Wie noch erläutert werden wird, enthält die Meß- und Regel¬ einrichtung MR einen trägen Regler, der den Mittelwert n~ mit einem Geschwindigkeits-Sollwert n* vergleicht und daraus einen Sollwert für die Voreinstellung des Füllgrades der Zy- linder vorgibt. Zusätzlich ist ein schneller Regler für die Differenz n* - n *. vorgesehen, dessen Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal des trägen Reglers überlagert wird und somit jederzeit schnell vor dem nächsten Expansionstakt eines Zy¬ linders den Füllgrad verstellen kann.
Ein Vorteil der Erfassung zweier mit unterschiedlichen Zeit¬ konstanten gemittelter Geschwindigkeitswerte ist z.B., daß eine Regelung des trägen Mittelwertes möglich ist, die den pulsförmigen Verlauf des von den Zylindern aufgebrachten Motormoments Mri*?eseι ohne ständiges Verstellen der Regler¬ einstellung regelt. Der Mittelwert n ^ hingegen erlaubt, bei Störungen rasch einzugreifen. So können z.B. häufigere Fehl¬ zündungen eines Zylinders erkannt und durch geeignete Eingrif- fe auf diesen Zylinder beseitigt und/oder jeweils bei der Fül¬ lung 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, tr ge Regelung ansprechen kann. Insbesondere können die den einzelnen Zylin¬ dern zugeordneten Winkelbereiche und die darin gemessenen Mittelwerte nÄ angezeigt und dokumentiert werden, was im Hinblick auf den weiteren Service der Anlage wertvolle Rück¬ schlüsse liefert.
Die bisher geschilderte Erfassung der Winkelgeschwindigkeit n ^ ist im wesentlichen aus der bereits genannten europä¬ ischen Patentanmeldung 120 730 für schnellaufende, elektrisch gezündete Verbrennungsmotoren bekannt und ermöglicht, durch einen Ausgleich von unregelmäßigen Verbrennungen in den Zy¬ lindern den Rundlauf des Motors zu erhöhen. Dabei ist aller¬ dings jeweils der obere Totpunkt eines Zylinders die Anfangs¬ stellung des zugeordneten Zylinders, damit im Winkelbereich möglichst nur der Einfluß dieses Zylinders auf M Hiesel er~ faßt wird.
Um allerdings vereinzelt auftretende Störungen geeignet aus¬ regeln zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Erfassung und der Eingriff zur Beseitigung dieser Störung bereits ab- geschlossen sind, bevor wieder die Füllung eines Zylinders vor dessen Expansionstakt erfolgt. Der Endwinkel des zur n -Mes¬ sung erforderlichen Winkelbereichs muß also ausreichend weit vor dem oberen Totpunkt des zugeordneten Zylinders liegen.
Andererseits sollte diese Störungsmeldung möglichst nahe vor dem Einspritzzeitpunkt liegen. Da das Füllungsgestänge und die Einspritzpumpe zur Regelung des Füllgrades eine bestimm¬ te Zeit benötigt, wird die Bestimmung des Mittelwertes nΛ drehzahlabhängig gesteuert.
Dies bedeutet z.B. für den Zylinder ZI, daß ihm durch Vor¬ gabe eines Anfangswinkels und eines Endwinkels für die Stel¬ lung der Kurbelwelle ein Winkelbereich o( zugeordnet wird, dessen Endpunkt bei niedrigen Drehzahlen kurz vor der Stel¬ lung liegt, bei der dieser Zylinder ZI seinen oberen Tot- punkt erreicht. Bei hohen Drehzahlen jedoch wird dieser End¬ winkel weiter vorverlegt.
Dazu enthält die Meß- und Regeleinrichtung eine von der mitt¬ leren Geschwindigkeit gesteuerte Steuereinrichtung, wie im folgenden anhand der Signale in Fig. 2 und einer schemati¬ schen Schaltung in Fig. 3 näher erläutert wird.
In Fig. 2 ist zunächst das Ausgangssignal eines mit konstan¬ ter Frequenz arbeitenden Zeitimpuls-Gebers clk da: gestellt. Die Kurve n(t) gibt die momentane Drehgeschwindigkeit, d.h. die zeitliche Ableitung
Figure imgf000013_0001
des Drehwinkels v der Motorwelle. Gegenüber dem langfristigen Mittelwert n zeigt dieser Ist¬ wert jeweils erhebliche Einbrüche an den Zeitpunkten tl...t4, an denen jeweils die Zylinder ihren oberen Totpunkt erreichen. Zum Zeitpunkt tl, der mit einem Nullimpuls mn des Nullimpuls¬ detektors DN zusammenfällt, erhöht die Verbrennung im Zylin¬ der ZI den Schub auf die Dreκachse und damit die Drehgeschwin¬ digkeit, wobei diese Geschw- ~-Jigkeit aber wegen des nachlas¬ senden Expansionsdruckes unα wegen der zum Komprimieren im Zylinder Z2 erforderlichen Arbeit nachläßt. In Fig. 2 ist übertrieben dargestellt, daß der Expansionsdruck in den ein¬ zelnen Zylindern jeweils nach Durchlaufen ihres oberen Tot¬ punktes unterschiedliche Werte annimmt und daher ein unregel¬ mäßiger Verlauf der Drehzahl entsteht.
Ein erster Zähler CT1 zählt die Zeitimpulse clk jeweils zwi¬ schen dem Auftreten zweier Nullimpulse mn. Bei jedem Null- impuls wird der Zählerstand ctl in einen entsprechenden
Speicher Ml gegeben, an dessen Ausgang dann für die Dauer der nächsten Umdrehung der Kurbelwelle der Reziprokwert des Zäh¬ lerstandes, multipliziert mit dem Ausgangssignal sign n" des Drehrichtungs-Detektors SIGN, als entsprechender, langfristiger Mittelwert "n zur Verfügung steht.
Die Impulse m des Referenzimpulsgebers geben jeweils das Er¬ reichen 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.
So ist z.B. dem Zylinder Z2 die Referenzstellung y2 der Zylinderachse als Endpunkt seines zugeordneten Winkelbe¬ reiches und der entsprechende Zeitpunkt t2' zugeordnet, wäh¬ rend der Zeitpunkt tl1 und die Referenzstellung yl = v-2 -*t den Anfang dieses Winkelbereiches angeben. Die Referenzstel- lung £ 2 ist dabei gegenüber dem oberen' Totpunkt des Zylin¬ ders Z2 (Zeitpunkt t2) um den Verschiebungswinkel dd vorver¬ legt. Zum Zeitpunkt t2' ist also die Mittelwertbildung im Winkelbereich ot bereits abgeschlossen und der Zähler Z2 liest seinen Zählerstand in den Speicher M2 ein. Der zu n^ propor- tionale Wert sign 77 . (l/ct2) wird über den schnellen Regler das Füllungsgestänge für den Zylinder Z2 verstellen, bevor dieser Zylinder seinen oberen Totpunkt erreicht.
In Fig. 2 ist angenommen, daß mΛ= 9 gilt, d.h. zwischen den oberen Totpunkten zweier benachbarter Zylinder liegen neun inkrementelle Winkelschritte d γ . Die entsprechenden Steuer¬ impulse, die den Referenz-Winkelstellungen ^1 und γ2 entspre¬ chen, werden vom Referenzimpulsgeber aus der Impulsfolge des Detektors DET dadurch gebildet, daß diese Impulsfolge dem er- wähnten Zähler CT zugeführt wird, dessen Zählerstand et jeweils bei einer Refe^enzstellung auf den Wert mÄ gesetzt und heruntergezählt w;-*d. Beim Erreichen des Wertes Null wird der nächste Referenzimpuls abgegeben und der Zähler erneut gesetzt.
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 et = 7, gesetzt wird. Die Endstellung y*2 für den dem Zylinder C2 zu- geordneten Winkelbereich ot ist also dann stets nach 7 inkre- .ϊentellen Winkelschritten ό γ erreicht und gegenüber dem ent¬ sprechenden oberen Totpunkt des Zylinders Z2 um dχ= 2 . dv* vorverschoben.
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 ent¬ entsprechen. Da es sich nur um eine Mittelbildung handelt, kann z.B. einem Zylinder durchaus ein etwas kürzerer Winkel¬ bereich zugeordnet sein, wobei sich auch die zum Durchlaufen dieses Winkelbereiches erforderliche Zeit verkürzt. Die mitt- die gegeben ist als
Figure imgf000015_0001
gemessenen Zeit T zwischen den Re¬ ferenzimpulsen gebildet wird, ändert sich nur unwesentlich, wenn der Zähler CT2 jeweils auf den einem veränderten Winkel- bereich « ' entsprechenden Zählerstand ^. gesetzt wird. Dies ist in F*"*, 2 zum Zeitpunkt t3' dargestellt, bei dem der Zäh- lerstanc = 10 vorc -eben wird. Dadurch ist für den Zylinder Z4 ein WiπKelbereicl- = 10.dy besti t, so Jaß sich für die Referenzstellung v-\ dieses dem Zylinder Z4 zugeordneten In- tervalls der Wert 4 = ^3 + W = Υ3+10.d^ ergibt. Im Speicher M2, der durch den Endzustand des Zählers beim Referenzimpuls r- die Zeit T erfaßt, wird dann der Mittelwert
Figure imgf000016_0001
ge¬ bildet, indem der im Zähler stehende, veränderte Wert des Winkelbereichs d berücksichtigt wird.
Die Mittelwertbildung kann auch über Winkelbereiche -X erfol¬ gen, die jeweils kleiner sind als der Abstand der oberen Totpunkte. Während in Fig. 2 jeweils eine Referenzstellung den Endwert eines Winkelbereichs und gleichzeitig den An- fangswert des nächsten Winkelbereichs angibt, können also auch eigene Anfangs- und Endstellungen definiert werden, wo¬ bei dann Pausen entstehen, die nicht zur Bildung des Mittel¬ werts n^ herangezogen werden. Solange die Drehzahl gleich¬ bleibt, sind diese Pausen gleich lang, soll aber bei einer Drehzahländerung die relative Lage der Winkelbereiche zu den oberen Totpunkten verändert werden, so ergibt die ent¬ sprechende Verschiebung der Anfangs- und Endwerte eine vorü¬ bergehende 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.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel sind jedoch die Winkel¬ bereiche 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 vorange- gangenen Meßintervalles und den Startwert des nächsten Meß- intervalles an. Die drehzahlabhängige Verschiebung der Rela¬ tivlage zwischen Meßbereich und oberen Totpunkt kann dabei durch eine vorübergehende Veränderung des Meßbereichs er¬ reicht werden. Dies ist in Fig. 2 dadurch dargestellt, daß bei einem Nullimpuls m^, bzw. dem zugehörigen Zeitpunkt t' der Zählerstand et 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 = 9 gesetzt wurde und zum Zeitpunkt t' daher den Zähler¬ stand 7 erreicht hätte, wird dann bereits nach 8 Zählschrit¬ ten wieder rückgesetzt und beendet somit das Zählintervall vorzeitig. Diese einmalige Veränderung des Winkelbereichs <X und des Zählers im Drehzahlsignal n^ = «/T des Speichers M2, kann wieder auf die bereits besprochene Weise berücksichtigt werden.
Für diese drehzahlabhängige Lageverschiebung des Winkelbe¬ reichs oi , die also in diesem Fall über den Zähler CT im Refe- renzimpulsgeber erfolgt, ist in Fig. 2 ein entsprechender Funktionsbildner FKT vorgesehen, der die entsprechende Lage¬ verschiebung dotbzw. d ' über die Synchronisierung des Zäh¬ lers CT als Funktion der Drehzahl rϊ vorgibt.
Der Mittelwert n ^ reagiert empfindlicher auf die Momenten- pulsationen des Antriebs als der Mittelwert Ti. Bei Unsym e- trien im Antrieb kommt es daher nicht zu Verstellungen eines trägen Reglers ~R, der aus der Drehzahlabweichung
Figure imgf000017_0001
einen Sollwert F~" für die Voreinstellung des Füllgrades liefert. Zusätzlich ist ein Regler R^ vorgesehen, der von der Regelab¬ weichung n* - n^ gespeist ist. Sein Ausgangssignal FÄ*, das zur Korrektur der Voreinstellung dient und z.B. an einem Ad¬ ditionsglied AD mit F* additiv überlagert wird, kann die Ein¬ spritzpumpen ständig verstellen. Da ohnehin Momentenpulsa- tionen unvermeidlich sind, kann der Regler R^ wesentlich be¬ ruhigt werden, wenn Drehzahlabweichungen n* - n^ innerhalb einer vorgegebenen Schwankungsbreite nicht ausgeregelt werden, Dazu ist in Fig. 3 vorgesehen, dem Regler RÄein Totglied vorzuschalten, das erst bei Überschreiten vorgegebener Grenz- werte für n*-n0( dem Regler R^ein entsprechendes Regelsignal aufschaltet. 16 Die Trägheit des Reglers wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß ein Integral-Regler oder ein Proportional-Integral-Regler mit dem' esentlichen integralen Verhalten verwendet wird. Für den schnellen Regler R* dagegen wird ein rein-proportional oder überwiegend proportionales Verhalten bevorzugt.
Insbesondere für den Fall, daß der Füllgrad der einzelnen Einspritzpumpen individuell verstellbar sind, kann die be¬ reits beschriebene Sym etrierung von Zylinder-Unsymmetrien vorteilhaft sein.
Zusätzlich zur gebildeten Erfassung der Drehzahl H über den Zähler CT1 (Zählerendstand T nach jeder Periode), den Spei¬ cher Ml und den Dividierer DIV1 (Ausgangssignal:(sign
Figure imgf000018_0001
) und zu der im Fall der geschilderten Regelung erforderlichen Messung der Drehzahl n , benötigt diese Symmetrierung noch die Erfassung von Drehzahlen n Λ,, die jeweils möglichst nur den Einfluß eines zugeordneten Zylinders T. erfassen.
Eine hierzu geeignete Anordnung zeigt Fig. 4. Dabei ist eine Aufteilung in Winkelbereiche f>; erforderlich, die jeweils un¬ gefähr beim oberen Totpunkt des zugeordneten Zylinders be¬ ginnen. Für einen 6-Zylinder/2-Takt-Motor ist diese Winkel¬ aufteilung, die als Funktion der Drehzahl n" von einem Funk- tionsspeicher FKT vorgegeben wird, in Fig. 5 dargestellt.
Dabei werden zwölf Winkelstellungen p^ als Referenzstellun¬ gen vorgegeben, die von einem in einem Decoder DECOD mit¬ laufenden zyklischen Zähler gezählt werden können. Eine un- gerade Zählzahl i gibt dabei gemäß j = (i+l)/Z den Zylinder an, dem der Winkelbereich jL zugehörig ist, und die Winkel¬ stellung pi gibt dabei den Referenzwinkel an, bei der der Winkelbereich &. beginnt (oberer Totpunkt von Z,) und der Winkelbereich (L_± des vorangegangenen Zählers endet. Diese Referenzwinkel sind im Funktionsgeber drehzahlunabhängig gespeichert. Falls der geschilderte schnelle Regler vorgese¬ hen ist, '•ben gerade Zählzahlen i gemäß j'= i/2+1 den Zylin¬ der an,.' der Winkelbereich oC, , zugeordnet ist und die Win¬ kelstellung p, gibt den Referenzwinkel an, bei dem der Win- kelbereich u* . endet (vor dem oberen Totpunkt von Z.,) und der nä-^ste Winkelbereich o^. ,+1 beginnt. Der Abstand άύ .n ) vom oberen Totpunkt wird vom Funktionsspeicher jeweils bei einem Nullimpuls neu in Abhängigkeit von der Drehzahl nach einer gespeicherten Funktion vorgegeben, wodurch sich also auch die Breite des Bereiches o ändern kann.
Der Zähler CT wird jeweils bei der Stellung p, rückgesetzt und liefert durch Zählung der inkrementellen Winkelschritte dv also einen auf p*, 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 mn ausgelöst werden kann.
Bei jeder geraden Zählzahl i startet der Impuls auf die be¬ schriebene Weise den Zähler CT2 erneut, dessen Zählerendstand T^ in den Speicher M2 eingelesen wurde, um am nachgeschalte¬ ten Dividierer DIV2 die mittlere Geschwindigkeit n^= (de,/T^J.sign H zu bi^jen. Hierzu wurde die Breite tl. , dieses Winkelbereichs mittels dieses Impulses aus dem Funk¬ tionsspeicher abgerufen und am Multiplizierer MP mit dem Sig¬ nal des Drehrichtungsdetektors SIGN multipliziert.
Bei jeder ungeraden Zählzahl i wird der gleiche Vorgang für ttels des Zählers CT3 (Zählerendstand DIV3 wiederhoJt. Der dabei entstehen¬ wird aber ent rechend seiner Zu¬
Figure imgf000019_0001
ordnung zum Zylinder Zj über einen Multlplex-Schalter einer Überwachungseinrichtung (im einfachsten Fall einem Display DIS) zugeführt. Eine Unsymmetrie der Zylinder kann ausgeregelt werden, indem n ^ einer Speichereinrichtung M3 zugeführt wird. Die Abwei¬ chung n*"- n j . kann dabei über mehrere Umdrehungen gemittelt werden, um einen jeweils dem Zylinder Zj zugeordneten Korrek- turwert F*. zu erhalten. Der Füllgrad des Zylinders Zj wird dann mit T* + F* + "Fj*unabhängig von den Einspritzpumpen der anderen Zylinder gesteuert.
Dieser und ähnliche Eingriffe stabilisieren den Betrieb der Regler R* und R«. derart, daß in manchen Fällen auch auf die Verwendung zweier Regler verzichtet werden kann.

Claims

Patentans' iche
1. Verfa; n zur Regelung eines langsamlaufenden, mehrzylin¬ drischen Dieselmotors mit folgenden Merkmalen:
a) Bei definierten Winkelstellungen der Kurbelwelle, die je¬ weils dem oberen Totpunkt von einem der Zylinder zugeordnet sind und die Endwinkel eines vorgegebenen, vor diesem Tot¬ punkt liegenden Winkelbereiches darstellen, wird jeweils ein Istwert n^ für die mittlere Geschwindigkeit, mit der die Kurbelwelle den Winkelbereich durchlaufen hat, gebil¬ det, mit einem Geschwindigkeits-Sollwert verglichen und einem schnellen Regler zugeführt,
b) eine mindestens über mehrere der vorgegebenen Winkelberei¬ che gemittelte Drehzahl n" der Kurbelwelle wird gemessen, mit einem Geschwindigkeits-Sollwert verglichen und einem trägen Regler zugeführt, und
c) mit dem Ausgangssignal des trägen Reglers wird allen Zy¬ lindern eine Voreinstellung ihrer Füllgrade vorgege¬ ben und mittels des Ausgangssignals des schnellen Reglers wird die Voreinstellung dieser Füllgrade verstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der träge Regler im wesent¬ lichen integrales Verhalten, der schnelle Regler im wesent¬ lichen proportionales Verhalten hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Winkelbereich zumindest ungefähr dem Winkelabstand der Kurbelwelle zwischen zwei be¬ nachbarten oberen Totpunkten der Zylinder entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand des Winkelberei¬ ches vom oberen Totpunkt des zugeordneten Zylinders drehzahl¬ abhängig verstellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß bei gleichbleibender Dreh¬ zahl die Summe der Winkelbereiche den ganzen Zyklus des Dieselmotors ergeben und daß zur Veränderung des Abstandes einer der Winkelbereiche vorübergehend verändert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß beim Vergleich des Istwertes n^ mit dem Sollwert Abweichungen unterdrückt werden, die unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Winkelstellung der Kurbel¬ welle fortlaufend erfaßt wird, der Winkelbereich durch Vorga- be eines Anfangswertes und eines Endwertes vorgegeben wird, die Zeit zwischen dem Erreichen des Anfangswertes und des Endwertes gemessen und aus der gemessenen Zeit die Drehge¬ schwindigkeit n^ bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Drehzahl "n durch Messen der für jeweils einen ganzen Zyklus des Dieselmotors benötig¬ ten Zeit bestimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß eine einem der Zylinder zuge¬ ordnete mittlere Drehgeschwindigkeit n^ gemessen wird, mit der die Kurbelwelle einen praktisch beim oberen Totpunkt dieses einen der Zylinder beginnenden Winkelbereich k* durch- läuft, daß die Geschwindigkeit n ., mit einem Sollwert verglichen wird und damit der Füllgrad des dieser Geschwin¬ digkeit zugeordneten Zylinders korrigiert wird.
10. Verfahren zur Geschwindigkeitserfassung einer Kurbel- welle eines langsamlaufenden, mehrzylindrischen Dieselmotors mit folgenden Merkmalen:
a) An der Kurbelwelle wird der momentane Drehwinkel gemessen,
b) durch Messung der Zeit, die von der Kurbelwelle benötigt wird, um einen sich über die oberen Totpunkte mehrerer Zy¬ linder erstreckenden Winkelbereich zu durchlaufen, wird eine erste mittlere Geschwindigkeit der Kurbelwelle gemes¬ sen und
c) für jeden Zylinder wird eine auf eine vorgegebene Referenz¬ stellung bezogene Anfangsstellung und Endstellung der Kur¬ belwelle in Abhängigkeit von der ersten mittleren Ge¬ schwindigkeit vorgegeben und eine diesen Zylindern zugeord- nete zweite mittlere Geschwindigkeit gemessen, mit der die
Kurbelwelle den Winkelbereich zwischen Anfangsstellung und Endstellung durchläuft.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß jede der zweiten mittleren
Geschwindigkeiten einer Kontrolleinrichtung für den zugeord¬ neten Zylinder zugeführt wird.
12. Vorrichtung zur Drehzahlerfassung eines langsamlaufenden, mehrzylindrischen Dieselmotors mit
a) einem an die Kurbelwelle gekoppelten Referenzimpulsgeber, der die Winkelstellung der Kurbelwelle erfaßt und bei vorgegebenen Referenzwinkelstellungen der Kurbelwelle je- weils einen Referenzimpuls abgibt, b) Mitteln zur Messung eines ersten Mittelwertes für die Ge¬ schwindigkeit, mit der die Kurbelwelle einen mehrere Refe¬ renzstellungen umfassenden großen Winkelbereiches durch¬ läuft,
c) einer von der mittleren Geschwindigkeit gesteuerten Steuer¬ einrichtung, die dem Referenzimpulsgeber die Referenzwin¬ kelstellungen vorgibt, und
d) Mitteln zur Messung eines zweiten Mittelwertes für die Ge¬ schwindigkeit, mit der die Kurbelwelle einen durch zwei Referenz-Winkelstellungen gegebenen kleinen Winkelbereich durchläuft.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Steuereinrichtung Mittel enthält, die innerhalb eines Zyklus der Maschine jedem Zylin¬ der einen der kleinen Winkelbereiche zuordnen und den in diesem kleinen Winkelbereich gemessenen zweiten Mittelwert einem dem Zylinder zugeordneten Speicher zuführt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß an die Speicher Kontrollein¬ richtungen angeschlossen sind.
15. Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines langsamlaufenden, mehrzylindrischen Dieselmotors mit
a) einem an die Kurbelwelle gekoppelten Winkelgeber, der die Winkelstellung der Kurbelwelle erfaßt und bei vorgegebenen
Referenzwinkelstellungen der Kurbelwelle jeweils einen Referenzimpuls abgibt,
b) an den Winkelgeber angeschlossener»Mittel zur Bildung eines ersten Mittelwertes der Geschwindigkeit, mit der die Kur¬ belwelle einen mehrere Referenzstellungen umfassenden gro¬ ßen Winkelbereich durchläuft, c) an den Winkelgeber angeschlossenen Mitteln zur Bildung eines zweiten Mittelwertes für die Geschwindigkeit, mit der die Kurbelwelle einen durch zwei Referenzwinkelstellungen gegebenen kleinen Winkelbereich durchläuft,
d) einen vom ersten Mittelwert gespeisten trägen Regler, der ein erstes Regelsignal erzeugt, das von der Differenz des ersten Mittelwertes von einem Sollwert abhängt,
e) einen vom zweiten Mittelwert gespeisten schnellen Regler, der ein zweites Regelsignal erzeugt, das von der Diffe¬ renz des zweiten Mittelwertes von einem Sollwert abhängt, und
f) Mitteln zur Steuerung des Füllgrades der einzelnen Zylin¬ der in Abhängigkeit von der Summe der beiden Regelsignale.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, g e k e n n z e i c h ¬ n e t d u r c h Mittel, die die Lage der kleinen Winkel- bereiche relativ zu den oberen Totpunkten der Zylinder ge- schwindigkeitsabhängig verstellen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, g e k e n n z e i c h ¬ n e t d u r c h ein Totglied zur Unterdrückung kleiner Differenzen am Eingang des schnellen Reglers.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, g e k e n n z e i c h ¬ n e t d u r c h Mittel zur Bildung eines dritten Mit¬ telwertes der Geschwindigkeit, mit der die Kurbelwelle nach dem Durchlaufen des oberen Totpunktes eines Zylinders einen diesem Zylinder zugeordneten weiteren Winkelbereich durchläuft und Mitteln zur Veränderung des Füllgrades dieses Zylinders in Abhängigkeit von diesem dritten Mittelwert.
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