DE1601368C - Regler zum Konstanthalten der Dreh zahl einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Regler zum Konstanthalten der Drehzahl einer Brennkraftmaschine, die mit einem Wechselspannungsgeber, insbesondere einem Schwunglichtmagnetzünder, versehen ist und die ein Stellglied für die Kraftstoffzufuhr aufweist,

ίο das einen elektrischen Eingang mit in Abhängigkeit vom Ausmaß des Abweichens der Ist-Drehzahl der Maschine von ihrer Soll-Drehzahl und damit vom Ausmaß des Abweichens der Ist-Frequenz der Wechselspannung von der Soll-Frequenz veränderlicher Stromstärke aufweist.

In vielen Fällen ist es erwünscht, die Drehzahl einer Brennkraftmaschine auf einen konstanten, vorgegebenen Wert zu regeln. Dies gilt besonders bei der Verwendung zum Antrieb eines Wechsel- oder Drehstromgenerators, aber auch für den Antrieb von Maschinen sonstiger Art.

Bei Brennkraftmaschinen größerer Leistung ist es möglich, für die Drehzahlregelung teuere und komplizierte Regler zu verwenden, mit denen selbstverständlich die geforderte Drehzahlkonstanz erreichbar ist. Bei kleineren Brennkraftmaschinen dagegen, z. B. bei Zweitaktmotoren mit Leistungen von wenigen PS, kommen nur einfache und preiswerte Regler in Frage.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen einfachen und preiswerten elektrischen Drehzahlregler zu schaffen, der besonders für Brennkraftmaschinen kleinerer Leistung geeignet ist.

Nach der Erfindung wird dies bei einem eingangs genannten Drehzahlregler dadurch erreicht, daß der Eingang über ein Halbleiterelement mit thyratronartiger Charakteristik an eine Wechselspannung angeschlossen ist, die mit der Ausgangsspannung des Wechselspannungsgebers synchronisiert ist, und daß der Steuerelektrode des Halbleiterelements Steuerimpulse mit möglichst konstanter Frequenz zugeführt werden, deren Phasenverschiebung bezüglich der Ausgangsspannung des Wechselspannungsgebers von der Abweichung der Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine von ihrer Soll-Drehzahl abhängig ist.

Je nach der Abweichung der Ist-Drehzahl von der

Soll-Drehzahl wird demnach der Strom im Stellglied größer oder kleiner, und die Kraftstoffzufuhr wird in entsprechender Weise eingestellt.

Eine besonders einfache Lösung ergibt sich nach einem die Erfindung weiter ausbildenden Merkmal dadurch, daß ein Impulsgeber mit einer Impulsfrequenz vorgesehen ist, die zu der Soll-Frequenz des Wechselspannungsgebers in einem ganzzahligen Verhältnis steht, und daß die Ausgangsimpulse dieses Impulsgebers der Steuerelektrode des Halbleiterelements zugeführt werden. Hierdurch ergibt sich automatisch bei Abweichungen von der gewünschten Frequenz die Phasenverschiebung bezüglich der Ausgangsspannung des Wechselspannungsgebers. Als Wechselspannungsgeber kann im übrigen mit Vorteil eine Wicklung des Schwunglichtmagnetzünders der Brennkraftmaschine dienen.

Als besonders zweckmäßig hat es sich ferner erwiesen, den Drehzahlregler so auszubilden, daß für das Stellglied ein Dämpfungsglied vorgesehen ist. Außerdem ist es zweckmäßig, ein Schwungrad mit großer Drehmasse (GD-) zu verwenden.

Einen besonders temperatur- und alterungsstabien Impulsgeber erhält man nach einem weiteren /orteilhaften Merkmal der Erfindung dadurch, daß lieser als Oszillator mit einem Unijunction-Tran- ;istor ausgebildet ist, dem ein über einen Ladeviderstand aufladbarer Kondensator zugeordnet ist, ■velcher sich bei Erreichen einer bestimmten Ladeipannung über eine Emitter-Basis-Strecke des Unijunction-Transistors entlädt, wobei ein Impuls abgegeben wird.

Den Gegenstand der Erfindung weiter ausbildende Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung einer mit einem erfindungsgemäßen Drehzahlregler zusammenarbeitenden Brennkraftmaschine in schematischer Form,

Fig. 2 ein ausführliches Schaltbild der bei der Anordnung nach Fig. 1 verwendeten elektrischen Schaltung,

Fig. 3 eine Darstellung des Vergasers der Brennkraftmaschine nach Fig. 1 und der zugehörigen Stellorgane und

Fig. 4 Schaubilder zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach den Fig. 1 bis 3.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Zweitakt-Einzylinder-Brennkraftmaschine, die im folgenden als Motor 10 bezeichnet wird und die mit einem Schwunglichtmagnetzünder 11 versehen" ist, dessen in Serie geschaltete Lichtwicklungen in F i g. 2 mit 12 bezeichnet sind. Der Zylinder des Motors 10 ist mit 13 bezeichnet; er ist mit Rippen 14 umgeben. Im Zylinder 13 ist ein Kolben 15 axial verschiebbar angeordnet. An ihm ist in üblicher Weise das eine Ende einer Pleuelstange 16 angelenkt, deren anderes Ende an einem Exzenterzapfen 17 auf einem Schwungrad 18 angelenkt ist, welches seinerseits auf' einer Kurbelwelle 19 angeordnet ist. Diese Kurbelwelle 19 ist mit ihrem einen Ende im Gehäuse 22 des Motors 10 gelagert. An dieses Gehäuse 22 ist ein Gehäuseteil 23 mit dem Schwunglichtmagnetzünder 11 angeflanscht, und dieses Gehäuseteil 23 ist seinerseits durch eine Gehäusekappe 24 abgeschlossen. Zwischen Gehäuseteil 23 und Gehäusekappe 24 befindet sich eine Zwischenplatte 25, in der das andere Ende der Kurbelwelle 19 gelagert ist und auf der das äußere Magnetgestell 26 und die verschiedenen, in Fig. 1 nicht sichtbaren Wicklungen des Schwunglichtmagnetzünders 11 angeordnet sind.

Die Nabe 26 des Schwunglichtmagnetzünders 11 sitzt auf der Kurbelwelle 19 und trägt dessen Rotor 27, auf dem in bekannter Weise Permanentmagnete angeordnet sind, die auch zum Erzeugen der Zündenergie für eine Zündkerze 31 dienen, welche im Kopf des Zylinders 13 angeordnet ist. Die Zündspule ist in F i g. 1 nicht sichtbar.

An dem Zylinder 13 ist ein Ansaugrohr 28 angeschlossen, in dessen Verlauf ein Vergaser 29, eine Drosselklappe 30 und ein Luftfilter 34 hintereinander angeordnet sind. Eine Rückstellfeder 35 ist bestrebt, die Drosselklappe 30 in ihre Schließtsellung zu bewegen. Ihr wirkt ein Stellmagnet 36 entgegen, der in Fig. 3 im Detail dargestellt ist. Fließt ein Strom durch den Stellmagneten 36, so wird entgegen der Kraft der Rückstellfeder 35 die Drosselklappe 30 geöffnet, und zwar um so mehr, je höher dieser Strom ist. Entsprechend steigt dabei die Drehzahl des Motors 10 und damit auch die Ausgangsfrequenz eines von der Kurbelwelle 19 angetriebenen Wechselstromgenerators 37. Diese Ausgangsfrequenz soll auf einer konstanten Höhe /₀ von z. B. 50 Hz gehalten werden. — Der Stellmagnet 36 ist mit einem Dämpfglied 38 in Form eines in einem mit Silikonöl gefüllten Zylinder 40 axial verschiebbaren, mit einer Drossel 41 versehenen Dämpfkolbens 39 ausgestattet (vgl. F i g. 3). Zusammen mit der Drosselklappe 30 bildet der Stellmagnet 36 ein Stellglied für die Kraftstoffzufuhr zum Motor 10. Die Kraftstoffzufuhr zum Vergaser 29 ist durch einen Pfeil 44 angedeutet.

Der eine elektrische Anschluß des Stellmagneten 36 ist mit der Kathode einer Diode 46 und mit dem einen Anschluß der Lichtwicklungen 12 des Schwunglichtmagnetzünders 11 verbunden, deren anderer Anschluß an Masse liegt. Der andere elektrische Anschluß des Stellmagneten 36 ist mit der Anode eine's Thyristors 45 und der Anode der Diode 46 verbunden, zu der ein Kondensator 47 (z. B. 50 /iF) parallel geschaltet ist. Die Kathode des Thyristors 45 ist mit Masse verbunden, und seine Steuerelektrode 48 ist mit dem Ausgang eines Impulsgebers 49 verbunden, der Nadelimpulse 50 mit der Frequenz /₀ liefert, z.B. mit der Frequenz/,, = 50Hz. Diese Nadelimpulse 50 werden in den F i g. 2 und 4 mit u_iS bezeichnet.

Die Anode einer Diode 54 ist mit der Kathode der Diode 46 verbunden. Die Kathode der Diode 54 ist mit der einen Elektrode eines Glättungskondensators 55 und über einen Widerstand 56 mit der Kathode einer Zenerdiode 57 und einem Anschluß des Impulsgebers 49 verbunden. Ein dritter Anschluß des Impulsgebers 49 ist ebenso wie die Anode der Zenerdiode 57 und die andere Elektrode des Kondensators 55 mit Masse verbunden.

In Serie mit dem Thyristor 45 liegt ein normal geschlossener Kontakt 58, der geöffnet wird, wenn der Luftstrom im Saugrohr 28 zu groß wird. Hierfür ist am Saugrohr 28 eine Windklappe 59 angelenkt. Bei zu hoher Drehzahl η wird diese Windklappe 59 gegen den Uhrzeigersinn um ihre Drehachse 60 gedreht, und der Kontakt 58 wird geöffnet. Dadurch wird der Stellmagnet 36 stromlos, und die Drosselklappe 30 wird durch die Rückstellfeder 35 geschlossen, so daß die Drehzahl η wieder sinkt.

F i g. 2 zeigt eine Schaltung des Impulsgebers 49, die sich als sehr temperatur- und alterungsstabil erwiesen hat. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in F i g. 1 und werden deshalb nicht nochmals beschrieben.

Der Impulsgeber 49 weist einen Unijunction-Transistor 63 (ζ. B. TI 651 B) auf, dessen erste Basis B 1 mit der Steuerelektrode 48 und, über einen Widerstand 64 (z. B. 22 Ohm) mit Masse verbunden ist. Seine zweite Basis B 2 ist über einen Widerstand 65 (z. B. 200 Ohm) mit der Kathode der Zenerdiode 57 verbunden, mit der auch sein Emitter E über einen Widerstand 66 (z. B. 27 kOhm) verbunden ist. Ein Kondensator 67 (z. B. 0,33 /(F) liegt zwischen dem Emitter E und Masse.

Wirkungsweise

Wenn der Motor 10 läuft, wird in den Lichtwicklungen 12 eine Spannung U₁., induziert, deren Kurvenform in der mittleren Reihe von F i g. 4 darge-

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stellt ist und deren Frequenz direkt der Motordreh- z. B. den in Fig. 4 mit strichpunktierten Linien

zahl η proportional ist, z. B. in der Weise, daß bei ausgezogenen Kurvenzug. Hierbei erfolgt die Zün-

n = 3000 U/min die Frequenz / den gewünschten dung des Thyristors 45 ständig früher, so daß der

Wert von /₀ = 50 Hz hat. Strom /45 mit jeder Periode zunimmt und dieDrossel-

Durch die Diode 54 wird diese Spannung H₁₂ 5 klappe 30 entsprechend stärker geöffnet wird, wo-

gleichgerichtet, durch den Kondensator 55 und den durch sich Drehzahl η und Frequenz / wieder er-

Widerstand 56 geglättet, und an der Zenerdiode 57 höhen, und zwar bis zum Sollwert (Isodromcharak-

erhält man eine konstante Gleichspannung von z. B. teristik).

8 V. Bei dieser Spannung und den als Beispiel an- Steigt umgekehrt die Drehzahl η über den gegegebenen Werten gibt der Impulsgeber 49 Nadel- 10 wünschten Wert hinaus an, so steigt auch die Freimpulse50 (oberste Reihe von Fig. 4) mit einer quenz der SpannungM₁₂, und man erhält z.B. das in Frequenz von 50 Hz ab. Dies geht in der Weise vor F i g. 4 mit gestrichelten Linien gezeichnete Schausich, daß der Kondensator 67 über den Ladewider- bild. Hierbei verschiebt sich die Zündung des Thystand 66 so lange aufgeladen wird, bis die Lade- ristors 45 ständig nach spät, wodurch der Strom /45 spannung zwischen dem Emitter E und der Basis Bl 15 abnimmt und durch die Rückstellfeder 35 die Dresden Wert der Durchbruchsspannung erreicht, bei der selklappe 30 stärker geschlossen wird. Der Motor 10 diese Strecke E bis B 1 schlagartig leitend wird. Der erhält also weniger Kraftstoff, und seine Drehzahl η Kondensator 67 wird dann schlagartig über den sinkt, bis sie wieder den gewünschten Sollwert er-Widerstand 64 entladen, und an diesem entsteht reicht hat.

kurzzeitig eine Spannung u& in Form eines Nadel- 20 Steigt beim plötzlichen Abschalten einer Last die

impulses 50. Dieser Vorgang wiederholt sich mit Frequenz / stark an, so öffnet der Kontakt 58, die

schöner Regelmäßigkeit, und zwar ergeben sich bei Drosselklappe 30 wird geschlossen, und die Dreh-

den als Beispiel angegebenen Werten im Tempera- zahl η sinkt wieder ab.

turbereich von — 20 bis + 80° C nur Frequenz- Das Dämpfglied 38 verhindert rasche Änderungen

abweichungen von ± 2 %. 25 in der Stellung der Drosselklappe 30 und erhöht die

Ist die Frequenz der Spannung «₁₂ gleich der Fre- Stabilität des Reglers.. Auch ist es wünschenswert,

quenz der Nadelimpulse 50, so erhält man das in daß das Schwungrad 18 ein möglichst hohes axiales

Fig. 4 mit dicken Linien ausgezogene Schaubild. Trägheitsmoment (GD²) aufweist, ebenso der ange-

Der Thyrister 45 wird jeweils gezündet, wenn die schlossene Generator 37. Dies gilt besonders bei

Spannung W₁₂ im positiven Bereich ist und ihren 30 Zweitaktmotoren kleiner Leistung, da diese sehr

Spitzenwert erreicht hat. Entsprechend fließt ständig unruhig laufen.

derselbe Strom /45 durch den Stellmagneten 36 (vgl. Als Stellmagnet 36 hat sich besonders gut ein die unterste Reihe von Fig. 4, dick ausgezogene Drehmagnet bewährt. Er sollte ein lameliiertes Blech-Kurven), so daß die Drosselklappe 30 eine stationäre paket aufweisen, um eine möglichst geringe Hysterese Lage einnimmt, die einer mittleren Kraftstoff zufuhr 35 der Drosselklappeneinstellung zu erhalten. — Die entspricht. beschriebene Einrichtung eignet sich selbstverständ-

Sinkt die Drehzahl η unter den gewünschten Wert, lieh in gleicher Weise auch für andere Stellglieder,

z. B. durch Belastung des Generators 37, so sinkt z. B. bei einem Dieselmotor zur Verstellung der

auch die Frequenz der Spannung M₁₂, und man erhält Regelstange der Einspritzpumpe.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Regler zum Konstanthalten der Drehzahl einer Brennkraftmaschine, die mit einem Wechselspannungsgeber, insbesondere einem Schwunglichtmagnetzünder, versehen ist und die ein Stellglied für die Kraftstoffzufuhr aufweist, das einen elektrischen Eingang mit Abhängigkeit vom Ausmaß des Abweichens der Ist-Drehzahl der Maschine von ihrer Soll-Drehzahl und damit vom Ausmaß des Abweichens der Ist-Frequenz der Wechselspannung von der Soll-Frequenz veränderlicher Stromstärke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang über ein Halbleiterelement (45) mit thyratronartiger Charakteristik an eine Wechselspannung angeschlossen ist, die mit der Ausgangsspannung des Wechselspannungsgebers (11, 12) synchronisiert ist, und daß der Steuerelektrode des Halbleiterelements (45) Steuerimpulse mit möglichst konstanter Frequenz zugeführt werden, deren Phasenverschiebung bezüglich der Ausgangsspannung des Wechselspannungsgebers (11, 12) von der Abweichung der Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine (10) von ihrer Soll-Drehzahl abhängig ist.

2. Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgeber (49) mit einer Impulsfrequenz (/,,) vorgesehen ist, die zu der Soll-Frequenz (/,,) des Wechselspannungsgebers (11, 12) in einem ganzzahligen Verhältnis steht, und daß die Ausgangsimpulse (50) dieses Impulsgebers (49) der Steuerelektrode (48) des Halbleiterelements (45) zugeführt werden.

3. Drehzahlregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Stellglied (30, 36) ein Dämpfungsglied (38), vorzugsweise ein an einer Drosselklappe (30) angeordneter Dämpfungskolben (31, 40), vorgesehen ist.

4. Drehzahlregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (30, 36) mit einer Rückstellfeder (35) versehen ist, die bei stromlosem elektrischem Eingang die Kraftstoffzufuhr unterbindet.

5. Drehzahlregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (49) als Oszillator mit einem Unijunction-Transistor (63) ausgebildet ist, dem ein über einen Ladewiderstand (66) aufladbarer Kondensator (67) zugeordnet ist, welcher sich bei Erreichen einer bestimmten Ladespannung über eine Emitter-Basis-Strecke (E bis B1) des Unijunction-Transistors (63) entlädt, wobei ein Impuls (50) abgegeben wird.

6. Drehzahlregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (49) an einer vom Wechselspannungsgeber (11, .12) abgeleiteten und vorzugsweise durch eine Zenerdiode (57) stabilisierten Gleichspannung liegt.

7. Drehzahlregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (30, 36) einen Elektromagneten (36), vorzugsweise einen Drehmagneten, aufweist, dessen Magnetwicklung über das Halbleiterelement (45) an den Ausgang des Wechselspannungsgebers (11, 12) angeschlossen ist.

8. Drehzahlregler nach Anspruch 7, dadurch

gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (36) ein lamelliertes Blechpaket aufweist.