CH461136A - Einrichtung zur Überwachung der mechanischen und thermischen Beanspruchung von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

  
 



  Einrichtung zur Überwachung der mechanischen und thermischen Beanspruchung von   Brennkraftmaschinen   
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung der mechanischen und thermischen Beanspruchung von Brennkraftmaschinen und der gleichmässigen Lastverteilung auf deren Zylinder.



   Eine laufende   Überwachung    von Mehrzylindermotoren, insbesondere Dieselmotoren und Gasmaschinen, ist erstrebenswert, um während des Betriebes auftretende Gebrechen möglichst schon feststellen zu können, bevor noch grössere Schäden an der Maschine auftreten. Darüber hinaus soll überwacht werden, ob die mechanische und thermische Belastung sich in zulässigen Grenzen bewegt bzw. in den einzelnen Zylindern annähernd gleich ist und ob, z. B. bei Gasmaschinen, unzulässige Spitzendrücke, durch Klopfen in den Zylindern, auftreten. Ferner ist es erwünscht, laufend zu beobachten, ob die Last auf die einzelnen Zylinder des Motors   gleichmässig    verteilt ist, insbesondere, ob einer der Zylinder ausgefallen ist oder nur einen Teil seiner normalen Leistung abgibt.



   Bisher ist eine zuverlässige und dabei wirtschaftlich vertretbare Überwachung an der Vielzahl der in Betracht gezogenen Messwerte und an den Mängeln der Kontrollgeräte vielfach gescheitert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, deren Herstellung und Anwendung wirtschaftlich vertretbar ist und die zufolge ihres Aufbaues einen Dauerbetrieb gestattet.



   Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sowohl die Überwachung der mechanischen und thermischen Belastung der Maschine als auch die gleichmässige Lastverteilung auf die einzelnen Zylinder durch Messung der Abgastemperaturen der einzelnen Zylinder und Vergleich dieser Temperaturen untereinander oder mit einem Mittelwert möglich ist. Dabei fallen alle von der Last der Maschinen abhängigen Einflüsse auf die Abgastemperatur heraus und Unterschiede in der Abgastemperatur der einzelnen Zylinder weisen auf eine abnormalemechanische   oder thermische Belastung    oder eine abweichende Lastverteilung des Zylinders hin.

   Die Erfindung besteht demgemäss darin, dass die   Uberwa-    chungseinrichtung je Zylinder einen oder mehrere in der Auspuffleitung angeordnete Temperaturfühler und eine Vergleichsschaltung aufweist, welche die Temperatur jedes einzelnen Zylinders gegen alle übrigen, oder gegen die mittlere Temperatur vergleicht und bei einer Abweichung der Temperatur der Auspuffgase eines oder mehrerer Zylinder unabhängig von dem absoluten Wert der Temperatur der Auspuffgase eine Anzeige-, Warn- und/oder Abstelleinrichtung betätigt.



   Nähere Einzelheiten gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Fig. 1 und Fig. 2 zeigen Blockschaltbilder zweier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung für eine Sechszylindermaschine; die Erfindung kann jedoch sinngemäss für jede beliebige Zylinderzahl abgewandelt werden.



   Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist in die Auspuffleitung jedes Zylinders je ein Thermoelement 1 bis 6 eingebaut, deren Anschlüsse jeweils abwechselnd mit gleicher Polarität zusammengeschlossen sind, das heisst also, der negative Pol des ersten Thermoelementes ist mit dem negativen Pol des folgenden, zweiten Thermoelementes 2 und dessen positiver Pol mit dem positiven Pol des nächstfolgenden dritten Thermoelementes 3 usf., immer in der Polarität abwechselnd verbunden.



   Der positive Pol des ersten Thermoelementes 1 und der positive Pol des zweiten Thermoelementes 2 ist mit den beiden Eingängen eines Spannungskomperators 712 im Differenzbetrieb angeschlossen. Dementsprechend ist der negative Pol des zweiten Thermoelementes 2 und der negative Pol des dritten Thermoelementes 3 mit den beiden Eingängen des zweiten Spannungskomperators   722    verbunden. Es sind abwechselnd die positiven und negativen Pole der Thermoelemente 1 bis 6 an die analogen Eingänge der Spannungskomperatoren   724    bis   76t    angeschlossen. Die Ausgänge der Spannungskomperatoren sind einerseits mit den Eingängen von sechs zugeordneten UND-Gattern   111    bis 116, die jeweils zwei Eingänge aufweisen, andererseits mit den sechs Eingängen eines ODER Gatters 13 verbunden.

   Die einzelnen Pole der Thermo  elemente sind ferner noch an eine Umschalteinrichtung 8 angeschlossen, über die wahlweise je ein Thermoelement an den Eingang eines Messverstärkers 9 geschaltet werden kann, wodurch eine Anzeige der Temperatur des jeweiligen Zylinders mit dem Anzeigeinstrument 10 ermöglicht wird.



   Solange die Temperaturen der einzelnen Messstellen 1 bis 6 gleich sind, tritt am Ausgang der Spannungskomperatoren   7t2    bis   76l    kein Ausgangssignal auf. Die Thermospannung der, wie oben beschrieben, gegeneinander geschalteten Thermoelemente hebt sich am Eingang des Spannungskomperators auf. Weicht jedoch eine, oder mehrere Temperaturen um einen bestimmten Betrag, der grösser als die Schwellspannung des Spannungskomperators sein muss, ab, so tritt am Ausgang zweier oder mehrerer Spannungskomparatoren ein Ausgangsignal auf.



   Ein Eingang jedes UND-Gatters ist mit dem Eingang des nachfolgenden und der andere Eingang mit dem Eingang des vorhergehenden UND-Gatters verbunden, das heisst also, der erste Eingang des UND Gatters 111 ist mit einem Eingang des vorhergehenden UND-Gatters   116    und der zweite Eingang des UND Gatters 111 ist mit dem einen Eingang des nachfolgenden UND-Gatters 112 verbunden.



   Tritt nun eine Abweichung einer Thermospannung, z. B. der des Thermoelementes 2 auf, so wird beispielsweise der Spannungskomparator   722    und der Spannungskomparator   7l2    ein Ausgangs signal aufweisen.



  Damit erscheint an beiden Eingängen des UND-Gatters 112 ein Signal und am Ausgang des UND-Gatters 112 steht ein Ausgangssignal 122 zur Verfügung. Dieses kann einerseits zur Auslösung einer akustischen oder optischen Warneinrichtung und andererseits auch direkt zum Abstellen der zu überwachenden Maschine benützt werden.



   Sämtliche Ausgänge der Spannungskomparatoren 712 bis 761 sind mit den sechs Eingängen eines ODER-Gatters 13 verbunden, so dass ganz gleich an welcher Stelle eine Abweichung aufgetreten ist, am Ausgang des ODER-Gatters 13 ein Signal 14 aufscheint. Dieses kann zur Summenmeldung oder auch zur Abstellung der Maschine benützt werden. Ein Entscheid, welcher Zylinder die Ursache der Auslösung war, kann dabei jedoch nicht getroffen werden. Prinzipiell können somit, soferne die Anzeige des fehlerhaften Zylinders nicht gefordert wird, die UND-Gatter 111 bis   116    entfallen. Soferne die Schwellspannung der Differenz-Komparatoren   7t2    bis   76t    zu hoch liegt, können diese Verstärker zur Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit vorgeschaltet werden.



   An Stelle der Thermoelemente 1 bis 6 können auch Widerstands-Temperaturfühler verwendet werden, wobei jedes Element an einer eigenen Speisespannung liegen muss. Sonst bleibt die Schaltungsanordnung vollkommen gleich, wie oben beschrieben.



   Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind in jeder Auspuffleitung je zwei Thermoelemente   15t    bis 156 und 161 bis   166    angeordnet. Diese Anordnung erfüllt ebenfalls die eingangs aufgestellten Bedingungen und benötigt zwar je Zylinder zwei Thermoelemente, jedoch ist der Aufwand an nachfolgenden Schaltungsmitteln geringer als bei der Anordnung nach Fig. 1.



   Die Signale der Thermoelemente 161 bis 166 werden über eine Umschalteinrichtung 17 einem Messverstärker 18 zugeführt, dort verstärkt und einerseits mit einem Messinstrument 20 zur Anzeige gebracht und andererseits einer Vergleichs schaltung 21 zugeführt.



  Die Thermoelemente 151 bis 156 liegen elektrisch in Serie und die beiden Enden sind an einem Messverstärker 19 angeschlossen, dessen Verstärkung so eingestellt ist, dass sie nur ein Sechstel (für vorliegendes Beispiel einer Sechszylindermaschine, sonst gleich Eins durch die Zylinderanzahl) der Verstärkung des Messverstärkers 18 beträgt und damit am Ausgang dieses Verstärkers 19 das Summensignal, das gleich der mittleren Auspufftemperatur ist, auftritt. Es kann jedoch auch ein Verstärker 19, dessen Verstärkung gleich der des Verstärkers 18 ist, verwendet werden und am Ausgang des Verstärkers 19 eine Spannungsteilung über Widerstände auf den Wert Eins gebrochen durch die Zylinderanzahl, erfolgen.

   Dieses Signal wird ebenfalls der Vergleichsschaltung 21 zugeführt, dort jeweils mit der Temperatur jedes Zylinders verglichen, und, sofern eine Abweichung vorhanden ist, ein Signal 22 am Ausgang abgegeben. Dieses kann zur optischen oder akustischen Warnung, bzw. zur Abstellung der Maschine herangezogen werden. Die Vergleichsschaltung 21 ist zweckmässigerweise eine Spannungskomparatorschaltung in Differenzausführung.



   Auch bei dieser Anordnung ist es möglich, Widerstands-Temperaturfühler zu verwenden, wenn entsprechende Speisespannungsquellen vorhanden sind.



   Die Umschalteinrichtung 17 kann entweder vollautomatisch nach jeder Umdrehung der zu überwachenden Maschine über ein Schieberegister, dessen Stufenanzahl gleich der Zylinderanzahl ist, durchgeführt werden, oder aber durch einen Umschalter, der über einen Synchronmotor oder ein Schrittschaltwerk betätigt wird.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Überwachung der mechanischen und thermischen Beanspruchung von Brennkraftmaschinen und der gleichmässigen Lastverteilung auf deren Zylinder, dadurch gekennzeichnet, dass sie je Zylinder einen oder mehrere in der Auspuffleitung angeordnete Temperaturfühler und eine Vergleichsschaltung aufweist, welche die Temperatur jedes einzelnen Zylinders gegen alle übrigen, oder gegen die mittlere Temperatur vergleicht und bei einer Abweichung der Temperatur der Auspuffgase eines oder mehrerer Zylinder unabhängig von dem absoluten Wert der Temperatur der Auspuffgase eine Anzeige-, Warnund/oder Abstelleinrichtung betätigt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Auspuffleitung ein Thermoelement (1 bis 6) angeordnet ist, deren Anschlüsse gleicher Polarität jeweils abwechselnd verbunden sind und entweder direkt oder über einen Verstärker mit einem Spannungskomparator (712, 722, 754, 745, 7,,, 76t) verbunden sind, deren Ausgänge einerseits an einem ODER-Gatter (13), an dessen Ausgang bei Auftreten eines oder mehrerer Fehler ein Signal (14) auftritt, das zur Warnung und/oder zur Abstellung der Maschine dient, und anderseits je an einem UND-Gatter (111 bis all6) angeschlossen sind, die je zwei Eingänge aufweisen,

   wobei ein Eingang jeweils mit dem Eingang des darauffolgenden und der andere Eingang mit dem Eingang des vorhergehenden UND-Gatters (111 bis 116) verbunden sind und an den Ausgängen der UND-Gatter (11, bis 116) bei Abweichen der Temperatur der Auspuffgase eines oder mehrerer Zylinder ein oder mehrere Signale (121 bis 126) auftreten, die einerseits den Zylinder aufzeigen, dessen Auspufftemperatur vom Mittelwert abweicht und anderseits zur Abstellung benützt werden können (Fig. 1).

   2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse jedes Thermoelementes (1 bis 6) über eine Umschaltvorrichtung (8) an einem Messverstärker (9) angeschlossen sind und ein Messinstrument (10) die Temperatur des über den Umschalter (8) vorgewählten Zylinders anzeigt.

   3. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Widerstandstemperaturfühler verwendet werden und je Messtelle eine Quelle konstanter Spannung für die Speisung dieser Widerstandtemperaturfühler vorgesehen ist.

   4. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Auspuffleitung zwei Thermoelemente (151 bis 15 und (161 bis 166) angeordnet sind, wovon jeweils ein Thermoelement über eine Umschaltvorrichtung (17) an einen Messverstärker (18) angeschlossen ist, dessen Ausgang an dem Eingang einer Spannungsvergleichsschaltung (21) angeschlossen ist und die zweiten Thermoelemente (15, bis 156) jeder Auspuffleitung elektrisch in Serie geschaltet und die beiden Enden mit einem Messverstärker (19) verbunden sind, dessen Verstärkung auf den Betrag gleich Eins gebrochen durch die Zylinderanzahl eingestellt ist und der Ausgang dieses Messverstärkers (19) an dem zweiten Eingang der Spannungsvergleichsschaltung (21)

   angeschlossen ist und damit bei Abweichen einer oder mehrerer Temperaturen vom Mittelwert am Ausgang der Spannungsvergleichsschaltung (21) ein Signal (22) auftritt, das zur Warnung und/oder zur Abstellung der Maschine dient (Fig. 2).

   5. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass je Auspuff der zu überwachenden Maschine zwei Widerstands-Temperaturfühler angeordnet sind, die jeweils von einer eigenen Quelle konstanter Spannung gespeist werden.

   6. Einrichtung nach Unteranspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (17) selbsttätig, nach jeder Umdrehung der zu überwachenden Maschine, über einen Ringzähler, dessen Stufenanzahl gleich der Zylinderanzahl ist, oder durch einen Umschalter, der über einen Synchronmotor oder ein Schrittschaltwerk betätigt ist, weiterschaltet.