DE102009029559A1

DE102009029559A1 - Verfahren zur Auswahl von Leistungskurven eines Motors

Info

Publication number: DE102009029559A1
Application number: DE102009029559A
Authority: DE
Inventors: Alan D. Moline Sheidler; Rodney A. Schindler; Christopher E. Geneseo Bursiek
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: BRPI0903818B1; US20100076662A1; DE102009029559B4; US7945378B2; BRPI0903818A2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (12) wird die Belastung des Motors (12) erfasst, dann wird in einem Feststellungsschritt festgestellt, ob die Last unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, und schließlich wird der Motor (12) umgeschaltet, auf einer Leistungskurve betrieben zu werden, die abhängig vom Ergebnis des Feststellungsschrittes unter mehreren Leistungskurven ausgewählt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Arbeitsfahrzeuge und insbesondere auf die Auswahl einer Leistungskurve zur Verwendung durch einen Motor einer landwirtschaftlichen Erntemaschine.
Stand der Technik
Eine landwirtschaftliche Erntemaschine, wie ein Mähdrescher, ist eine große Maschine, die verwendet wird, unterschiedliches Erntegut von einem Feld zu ernten. Ein Mähdrescher umfasst einen Erntevorsatz an der Vorderseite des Mähdreschers, um das reife Erntegut vom Feld abzuschneiden. Ein Schrägförderergehäuse, das den Erntevorsatz abstützt, fördert das Erntegut in den Mähdrescher, um es zu dreschen. Die Dresch- und Trennzusammenbauten innerhalb des Mähdreschers entfernen Korn aus dem Erntegut und fördern das saubere Korn in einen Korntank, in dem es temporär gespeichert wird. Das vom Korn befreite Erntegut tritt an der Rückseite des Mähdreschers aus und wird auf dem Feld verteilt. Ein Entladeschneckenförderer oder anderer Förderer verbringt das saubere Korn aus dem Korntank auf ein Transportfahrzeug.
Geländegängige Fahrzeuge, wie beispielsweise Mähdrescher, haben derzeit eine zu Grunde liegende Leistungskurve, um eine abgesenkte Nennleistung bereitzustellen, die näherungsweise 14% unterhalb der Leistungsfähigkeit des Motors liegt. Das ermöglicht die Verwendung einer Leistungssteigerung zum Entladen oder eine Leistungserhöhung zur Bereitstellung einer zusätzlichen Leistung, um langsame Anstiege der Belastung aufzunehmen oder Verstopfungen oder andere Überlastungen im Betrieb handhaben zu können, ohne übermäßige Verluste der Motordrehzahl oder Abwürgen des Motors. Traditionell wurden die Motorleistungskurven für Mähdrescher derart entwickelt, dass dieses hohe Niveau der Leistungsanhebung oberhalb der normalen, abgesenkten Nennleistung verwendet wird, um die Fähigkeit des Antriebsstrangs und des Dreschsystems zu verbessern, die Verstopfungen und vorübergehende Überlastungen während des Erntebetriebs aufzunehmen. Eine derartige Überlastung kann auftreten, wenn Klumpen feuchten Materials plötzlich in das Dreschsystem eintreten und höhere, kurzzeitige Überlastungen bedingen.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass eine 14%-ige Leistungsanhebung (von einer abgesenkten Drehzahl von 2200/min auf eine Leistungsspitze bei 2000/min) eine gute Fähigkeit zum Handhaben von Verstopfungen und verbesserte Fahrbarkeit für den Bediener bereitstellt.
Am unteren Ende des Betriebsleistungsspektrums verbringen Arbeitsmaschinen wie Mähdrescher ebenfalls beträchtliche Zeit bei sehr kleinen Belastungen, wie im Leerlauf oder beim Bergabfahren. In diesem Fallen erbringen die hoch angesetzten Leistungskurven, die hohe Leistungen bereitstellen und beispielsweise eine hohe Aufnahmefähigkeit für Verstopfungen, hohe Dreschlasten und das Entladen von Korn während der Fahrt usw. ermöglichen, keine so gute Betriebsstoffökonomie wie eine Motorleistungskurve, die für einen Betrieb bei geringer Leistung optimiert wurde. Außerdem müssen die Nachbehandlungseinrichtungen, die verwendet werden, um die Anforderungen der Umweltschutzbehörden (Tier 4) zu erfüllen, bei Temperaturen von 300°C oder höher betrieben werden, um die Nachbehandlungseinrichtung zu regenerieren, jedoch werden diese Temperaturen typischerweise nicht erreicht, wenn ein mit einer hohen Leistungskurve betriebener Motor bei kleinen Lasten betrieben wird. Um die hohe Temperatur zu erreichen, wird zusätzlicher Kraftstoff im Ausstoß verbrannt, um die Abgastemperatur zu erhöhen, was das Problem des hohen Kraftstoffverbrauchs verschärft.
Aufgabe der Erfindung
Es besteht daher Bedarf an einem System, das die erwähnten Probleme vermeidet oder vermindert.
Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre der Patentansprüche 1 und 10 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieben eines Motors mit innerer Verbrennung, das die Schritte des Erfassens, Feststellens und Schaltens beinhaltet. Der Schritt des Erfassens detektiert eine Belastung des Motors. Der Schritt des Feststellens stellt fest, ob die Last unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt. Der Schritt des Schaltens schaltet den Motor um, so dass er bei einer aus einer Mehrzahl von Leistungskurven ausgewählten Leistungskurve arbeitet, abhängig vom Ergebnis des Schritts des Feststellens. Die Leistungskurven enthalten eine Information über die Leistung und/oder das Drehmoment des Motors in Abhängigkeit von einem beliebigen Parameter, beispielsweise der Motordrehzahl.
Die Erfindung beinhaltet auch ein Steuersystem für den Betrieb eines Motors mit innerer Verbrennung, das ein Motorbelastungserfassungselement und eine Motorsteuerung umfasst. Das Motorbelastungserfassungselement erzeugt ein Signal, das eine Belastung des Motors repräsentiert. Die Motorsteuerung erhält das Signal und ist konfiguriert zu bestimmen, ob das Signal unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt. Die Motorsteuerung ist außerdem konfiguriert, eine Leistungskurve des Motors auf eine aus einer Vielzahl von Leistungskurven umzuschalten, abhängig davon, ob das Signal unterhalb des vorbestimmten Werts liegt.
Ausführungsbeispiel
In den Zeichnungen sind zwei nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht eines Arbeitsfahrzeugsystems mit einem Verbrennungsmotor, bei dem eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuersystems verwendet wird,
2 Beispiele von Motorleistungskurven,
3 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 eine weitere Darstellung des Verfahrens aus 3,
5 eine weitere Darstellung des Verfahrens aus 3 und 4,
6 eine weitere Darstellung des Verfahrens aus den 3 bis 5,
7 eine weitere Darstellung des Verfahrens aus den 3 bis 6, und
8 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, nach dem das Steuersystem vorgeht.
Es wird nun auf die Zeichnungen verwiesen, und insbesondere auf die 1, in welcher eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Arbeitsfahrzeugsystems 10 für den Betrieb eines Motors 12 mit innerer Verbrennung gezeigt wird. Das System 10 ist Teil eines Geländefahrzeugs, wie ein landwirtschaftlicher Traktor, Mähdrescher, Baumaschine, usw. Der Motor 12 ist als Dieselmotor konfiguriert, könnte aber auch als Ottomotor ausgeführt sein. Der Verbrennungsmotor 12 ist so groß, dass er im Geländefahrzeug aufgenommen werden kann.
Das Arbeitsfahrzeugsystem 10 umfasst weiterhin eine Motorsteuerung 14, eine Bedienersteuerung 16, Sensoren 18, ein Kraftstoffsteuersystem 20, einen Lastdetektor 22 und einen Winkelbeschleunigungsdetektor 24. Die Motorsteuerung 14 ist an Bord des Geländefahrzeugs angeordnet und steuert verschiedene elektronisch steuerbare Funktionen des Fahrzeugs. Wenn das Geländefahrzeug beispielsweise als Mähdrescher ausgeführt ist, kann die Motorsteuerung 14 die Drehzahl des Motors 12 und andere Funktionswerte des Motors 12 kontrollieren. Die Motorsteuerung 14 kann in Kommunikation mit einer Fahrzeugsteuerung (nicht gezeigt) sein, die mit der Bedienersteuerung 16 verbunden ist. Die Eingaben von der Bedienersteuerung 16, die einen Handhebel oder ein Fußpedal umfassen könnte, der oder das von einem Bediener betätigbar ist, stellen der Motorsteuerung 14 ein elektrisches Signal bereit, das die Anforderungen des Bedieners an den Motor 12 anzeigt. Obwohl die Steuerung 14 als Motorsteuerung 14 dargestellt ist, können diese Elemente innerhalb des Motors 12 oder daran aufgenommen und positioniert werden, oder in einer anderen Steuerung aufgenommen werden, wie in der nicht gezeigten Fahrzeugsteuerung. Die Kommunikation zwischen der Motorsteuerung 14 und den mit ihr verbundenen Elementen kann durch elektronische Signale erfolgen, die Adressen enthalten und über Datenbusse übertragen werden. Die Informationsübertragung und die Wechselwirkung der Steuersignale werden durch die Verbindungen zwischen den in der 1 dargestellten Kästen schematisch dargestellt.
Die Motorsteuerung 14 erhält Informationen von Sensoren 18, die sich auf andere Parameter des Arbeitsfahrzeugsystems 10 beziehen, wie Erntegutfluss, Kornfluss, die Höhe des Schneidwerks usw. Das Kraftstoffsteuersystem 20 wird durch die Motorsteuerung 14 gesteuert und ersteres kann auch Informationen an die Motorsteuerung 14 übersenden, wie den Betriebsstofffluss pro Zeiteinheit, der an den Motor 12 übergeben wird. Der Lastdetektor 22 erfasst eine vom Arbeitsfahrzeug aufgenommene Lastanforderung, die durch den Motor 12 bereitgestellt wird. Der Winkelbeschleunigungsdetektor 24 erfasst die Winkelbeschleunigung des Motors 12, die auf die Reaktion des Motors 12 auf die jeweils erfahrene Belastung hinweist. Der Winkelbeschleunigungsdetektor 24 kann durch eine Berechnung realisiert werden, die durch die Motorsteuerung 14 basierend auf Eingaben von den Sensoren 18 durchgeführt wird. Die Steuerung des Verhältnisses zwischen der Verbrennungsluft und dem zugeführten Kraftstoff wird durch die Motorsteuerung 14 durchgeführt, wie durch die ausgewählte Leistungskurve vorgegeben wird.
Es wird nun zusätzlich auf die 2 verwiesen, in der sechs getrennte Leistungskurven gezeigt sind. Jede der Leistungskurven hat einen Drehmomentanhebungsabschnitt für den höheren Drehzahlbereich des Motors 12. Die hier verwendeten Zahlen sind nur beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen, und werden nur verwendet, eine Ausführungsform der Erfindung zu illustrieren, wie sie in den 3 bis 7 weiter dargestellt wird.
Es wird nun zusätzlich auf die 3 bis 7 verwiesen, in der ein erfindungsgemäßes Verfahren schematisch dargestellt ist. Das Verfahren 100 umfasst die Auswahl der Betriebsart des Fahrzeugs 10, das im Schritt 102 erfolgt. Diese Auswahl kann durch einen Bediener oder durch jemand anderen als den Bediener erfolgen und in das System fest eingegeben werden, um zu verhindern, dass der Bediener die Betriebart wechselt. Die zugelassenen Auswahlmöglichkeiten umfassen eine Normalbetriebsart 104, eine intelligente Betriebsart 106 und eine flexible Leistungsanhebungsbetriebsart 108. Wenn die normale Betriebsart ausgewählt wird, geht das Verfahren 100 zum Schritt 110 über, woraufhin eine Entscheidung gemacht wird, mit welchem Arbeitsfahrzeugsystem 10 gearbeitet wird, was hier abstrakt als Maschine X oder Y dargestellt wird und verschiedene Typen von Maschinen aus einer Familie mit unterschiedlichen Motor- und Ausrüstungskonfigurationen repräsentieren kann. Wenn das Verfahren an der Maschine X ausgeführt wird, geht das Verfahren zum Schritt 112 und die Steuerung 14 kann die Arbeitsfahrzeugsteuerung abfragen, ob Korn aus dem Mähdrescher entladen wird, woraus geschlossen werden kann, dass die übrigen Systeme des Mähdreschers ebenfalls noch arbeiten, was zusätzliche Leistung erfordert, um sowohl Korn ordnungsgemäß zu entladen als auch alle Ernte- und Dreschsysteme mit hinreichender Leistung und Geschwindigkeit anzutreiben. Wenn das Entladesystem im Betrieb ist, geht das Verfahren 100 zum Schritt 116 oder zum Schritt 114 über, wenn das Entladesystem nicht im Betrieb ist. Die in den Schritten 114 und 116 dargestellte Auswahl stellt die zwei Leistungskurven dar, die durch die mittlere Linie der 2 mit der abgesenkten 239 kW-Kurve und der angehobenen 264 kW-Kurve dargestellt werden.
Wenn die Maschine des Typs Y ist, geht das Verfahren 100 in einer ähnlichen Weise auf den Schritt 118 über, wo wieder eine Abfrage gemacht wird, ob sich das Entladesystem im Betrieb befindet, und das Verfahren auf den Schritt 120 übergeht, in dem eine abgesenkte 278 kW-Kurve ausgewählt wird, wenn sich das Entladesystem nicht im Betrieb befindet oder anderenfalls im Schritt 122 eine angehobene 303 kW-Kurve ausgewählt wird.
Wenn im Schritt 106 die intelligente Betriebsart ausgewählt wurde, geht das Verfahren 100 auf den Schritt 124 über, wo wieder der Typ der Maschine festgestellt wird und das Verfahren 100 entweder zum Schritt 126 oder Schritt 140 übergeht. Wenn der Typ der Maschine X ist, wird überprüft, ob die Belastung des Motors 12 größer als 180 kW ist, was ein ausgewählter, vorbestimmter Wert ist, der hier beispielhaft mit 180 kW angegeben wird, und wenn die Belastung größer als der vorbestimmte Wert ist, geht das Verfahren 100 auf den Schritt 134 über, sonst auf den Schritt 128. Bei diesem Beispiel wird wiederum in den Schritten 128 und 134 festgestellt, ob das Entladesystem im Betrieb ist und die auf der im Schritt 126 bestimmten Motorbelastung bestimmten Leistungskurven werden nun wahlweise ausgewählt, basieren auf der Kombination aus der Motorbelastung und der Überprüfung, ob das Kornentladesystem sich im Betrieb befindet. Dadurch ergeben sich ausgewählte Leistungskurven von 219 kW im Schritt 130, 244 kW im Schritt 132, 239 kW im Schritt 136 und 264 kW im Schritt 138.
Auf ähnliche Weise geht das Verfahren auf den Schritt 140 über, wenn ein andere Maschinentyp, wie der Typ Y, benutzt wird, in welchem die vorbestimmte Last mit 200 kW festgelegt ist. Wenn die Motorlast unter 200 kW liegt, geht das Verfahren auf den Schritt 142 über und wenn sie über 200 kW liegt, geht das Verfahren auf den Schritt 148 über. Hier wird in den Schritten 142 und 148 wieder festgestellt, ob das Entladesystem eingeschaltet ist oder nicht. Falls nicht, wird in den Schritten 144 und 150 eine Auswahl der Leistungskurve durchgeführt, und wenn das Entladesystem im Betrieb ist, wird in den Schritten 146 und 152 ein andere Leistungskurve ausgewählt.
Wenn im Schritt 108 die flexible Leistungsanhebungsbetriebsart 108 ausgewählt wurde, geht das Verfahren auf den Schritt 154 über, in dem wieder der Typ der Maschine entweder als X oder Y festgestellt wird. Wenn es sich um den Typ X handelt, folgt der Schritt 156. Durch den Winkelbeschleunigungsdetektor 24 wird eine Winkelbeschleunigung des Motors 12 erfasst und wenn die Winkelbeschleunigung kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wie beispielsweise –10 rad/s², oder wenn das Entladesystem im Betrieb ist, geht das Verfahren 100 auf den Schritt 160 über, in dem eine Drehmomenterhöhungskurve bei einem Wert von 264 kW ausgewählt wird. Wenn keine der Bedingungen des Schritts 156 erfüllt wird, geht das Verfahren 100 auf den Schritt 158 über, in dem die abgesenkte 239 kW-Kurve für den Betrieb des Fahrzeugs ausgewählt wird.
Wenn eine Maschine des Typs Y ausgewählt wurde, wird im Schritt 162 in ähnlicher Weise eine Feststellung durchgeführt, ob die Winkelbeschleunigung kleiner als ein vorbestimmter Wert oder das Entladesystem im Betrieb ist, um so die Auswahl der angehobenen 303 kW-Kurve im Schritt 166 zu bedingen. Wenn keine der Bedingungen des Schritts 162 erfüllt ist, wird im Schritt 164 eine abgesenkte 278 kW-Kurve ausgewählt.
Es ist anzumerken, dass das als eingekreistes D dargestellte Element, das auf die 3 zurückverweist, auch einfach auf den Entscheidungspunkt zurückweisen kann, nach dem der Typ der Maschine ausgewählt wurde, so das die innere Schleife des Verfahrens 100 weiter durchgeführt würde. Die für die Leistungskurven verwendeten Leistungsdaten sind vorbestimmte, aber nur beispielhaft ausgewählte Zahlen. In ähnlicher Weise sind die Motorbelastungszahlen nur beispielhafter Natur und stellen vorbestimmte Zahlen dar. Dies gilt auch für die Winkelbeschleunigungsmessung, bei der eine negative Beschleunigung, die auch als Verzögerung bezeichnet wird, zur Bestimmung der Belastung des Motors 12 verwendet wird.
Es wird nun zusätzlich auf die 8 verweisen, in der ein Verfahren gezeigt wird, das zwei im wesentlichen parallel durchgeführte Operationen umfasst und die Auswahl einer Leistungskurve basierend auf Kriterien durchführt, die sich gegenseitig ausschließen, sodass nur jeweils einer der beiden Zweige während des Betriebs des Motors 12 ausgeführt wird. Im Schritt 202 wird durch einen Lastdetektor 22 eine Last erfasst und wenn die Last mit der im Schritt 204 bestimmten Leistungskurve inkonsistent ist, geht das Verfahren 200 auf den Schritt 206 über. Im Schritt 206 wird eine neue Leistungskurve ausgewählt und das Verfahren 200 geht auf den Schritt 208 über, in dem die Motorsteuerung 14 die Leistungskurve umschaltet, die für den Motor 12 verwendet wird. Im Schritt 210 wird der Motor nur mit der neu ausgewählten Leistungskurve betrieben. Wenn im Schritt 204 keine Lastinkonsistenz festgestellt wird, kehrt das Verfahren 200 zum Schritt 202 zurück. Es wird davon ausgegangen, dass diese Serie an Schritten ausgeführt würde, wenn der Motor 12 mit normaler oder niedriger Last betrieben wird, beispielsweise wenn das Arbeitsfahrzeug 10 einen Berg hinab fährt oder im Leerlauf steht. Die Auswahl einer neuen Leistungskurve, wie sie durch die Leistungskurve der 2 mit den abgesenkten 219 kW gegenüber einer 303 kW-Kurve oder sogar einer anderen, nicht in der 2 dargestellten Kurve dargestellt werden könnte, würde in einer den Kraftstoffverbrauch senkenden und die Abgastemperatur hoch haltenden Weise erfolgen, um die Anforderungen nach Tier 4 zu erfüllen. Wenn die vom Lastdetektor 22 erfasst Last geringfügig ansteigt, wird in den Schritten 202 bis 210 eine höhere Leistungskurve ausgewählt, z. B. eine 239 kW-Kurve, und der Motor 12 würde dann bei der neu ausgewählten Leistungskurve betrieben werden.
Die in der 8 rechts gezeigten Elemente stellen ein System dar, das Priorität erhält, wenn durch den Winkelbeschleunigungsdetektor 24 festgestellt wird, dass eine Verzögerung des Motors 12 auftritt, was annahmegemäß daran liegt, dass eine zusätzliche Belastung des Motors 12 vorliegt, wie eine durch das Dreschsystem hindurch laufende Erntegutverstopfung. Dieser Abschnitt der Ausführungsform zeigt eine nachgewiesene Last, wohingegen die in den 4 bis 7 dargestellten Elemente zusätzlich einige vorhergesehene Lasten umfassen, wie ein eingeschaltetes Entladesystem. Hier bestimmt der Winkelbeschleunigungsdetektor 24 im Schritt 220 die Winkelbeschleunigung und im Schritt 222 geht das Verfahren 200 auf den Schritt 224 über, wenn die Winkelbeschleunigung kleiner als ein vorbestimmter Beschleunigungswert ist. Wenn die Winkelbeschleunigung nicht kleiner als der vorbestimmte Wert ist, geht der Schritt 222 zum Schritt 220 zurück. Im Schritt 224 wird eine angehobene Leistungskurve ausgewählt, wie beispielsweise ein angehobenes 264 kW-Niveau, wenn das System 10 bei einer 239 kW-Leistungskurve arbeitet. Im Schritt 226 wird der Motor 12 auf die ausgewählte Kurve umgeschaltet und im Schritt 228 wird der Motor 12 bei der neu ausgewählten Kurve betrieben, bis ein weiteres nachgewiesenes Ereignis auftritt, wie ein Zeitablauf, nach dem im Schritt 230 eine Rückkehr auf eine vorherige oder andere Kurve erfolgt. Nach dem Abschluss von Schritt 230 geht das Verfahren 200 wieder auf den Schritt 220 zurück. Die Rückkehr vom Schritt 230 kann nach einem Zeitablauf im Bereich von 5 bis 10 s liegen, um dem Durchgang einer Verstopfung durch das Dreschsystem Rechnung zu tragen. Es ist auch möglich, dass andere Ereignisse, wie eine Motorgeschwindigkeitserholung, ein Drehmoment, eine Kraftstoffverbrauchsrate, oder ein Ladedrucks eines Turboladers erfasst werden, um die Ausführung des Schritts 230 zu veranlassen.
Das Verfahren 200 verbessert die Kraftstoffeffizienz und hält die Abgastemperatur des Motors 12 aufrecht, wenn die linke Seite des Verfahrens 200 bei den niedrigeren Lastniveaus abgearbeitet wird und durch das auf der rechten Seite arbeitende Verfahren 200 angehobene Leistung bereitgestellt wird. Es ist möglich, die Bestimmung der Winkelbeschleunigung nur durchzuführen, wenn die Motorgeschwindigkeit oberhalb eines bestimmten Niveaus liegt, so dass eine angehobene Leistungskurve nicht ausgewählt wird, wenn der Motor 12 sich in einer Leerlaufbedingung befindet.
Die vorliegende Erfindung stellt in vorteilhafter Weise mehrere Leistungskurven bereit, um einen Bereich an Leistungsniveaus von einem Betrieb bei geringer bis zu hoher Last abzudecken und umfasst eine Motorsteuerung 14, die selbsttätig die Motorlast mittels des Lastdetektors 22 erfasst und zwischen den Leistungskurven umschaltet, um die Leistung und/oder Kraftstoffökonomie zu verbessern. Der Motorlastdetektor 22 kann in der Überwachung der Kraftstoffflussrate, des Drehmoments der Motorausgangswelle, des Ladedrucks des Turboladers oder anderer, lastabhängiger Parameter verwirklicht werden. Wenn die erfasste Last unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt, wird durch die Motorsteuerung 14 eine Leistungskurve mit niedriger Leistung ausgewählt. Mit einem isochronischen Regler wird die Motordrehzahl bei einer Geschwindigkeit gehalten, aber die Kraftstoffökonomie des Motors 12 ist verbessert und die Abgastemperatur (für einen Tier 4-Motor) wird bei einer höheren Temperatur gehalten, um eine Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu ermöglichen. Wenn die Last ansteigt, bestimmt die Motorsteuerung 14 die Notwendigkeit, auf eine höhere Leistungskurve überzugehen und führt das auch aus, vor dem Abbruchpunkt des isochronischen Reglers. Die Motorgeschwindigkeit wird dann aufrechterhalten und die Motorleistung kann ansteigen, um der Belastung leistungsmäßig nachzukommen. Der Bediener würde normalerweise nichts von dieser Verschiebung der Leistungskurvenauswahl bemerken, obwohl sie ihm zur Information angezeigt werden kann.
Die Drehzahl des Motors 12 kann bei der normalen Rate bleiben, die bei einem Mähdrescher typischerweise bei 2200/min liegt. Wenn der Motor 12 nur eine sehr kleine Belastung erfährt, wie beim Transport, im Leerlauf, Bergabfahren, etc., kann die Motorsteuerung 14 eine sehr niedrige Leistungskurve für eine optimierte Kraftstoffökonomie und angehobene Abgastemperatur für die Nachbehandlungsfunktion auswählen. Bei Mähdreschern hat die Felddatensammlung ergeben, dass typischerweise 30% des Betriebs bei einer Belastung von 50% oder darunter stattfindet, was die Nützlichkeit der vorliegenden Erfindung unterstreicht. Wenn anstelle der isochronischen Reglerkurve eine traditionelle absinkende Leistungskurve verwendet wird, können die Funktionen der dargestellten Erfindung noch angewendet werden, insbesondere solange dieselbe Reglerkurve für die unterschiedlichen Leistungskurven verwendet wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die traditionelle Leistungsanhebung von z. B. 14% für Mähdrescher zur Handhabung von Verstopfungen verbessert wird. Wenn beispielsweise eine Verstopfung in das Betriebssystem eines Mähdreschers eintritt, würde die zulässige Drehmomentabgabe des Motors bei dieser vorübergehenden Verstopfungssituation überschritten. Wenn das passiert, wird die Motordrehzahl sehr schnell absinken, derart schnell, dass ein Bediener nicht angemessen auf das Ereignis reagieren kann. In diesem Fall kann die Motorsteuerung 14 die Motordrehzahl überwachen und die Winkelbeschleunigung des Motors berechnen. Bei einem Mähdrescher ist das Massenträgheitsmoment typischerweise 20 kg/m². Während einer Verstopfung kann die vorübergehende Last die Drehmomentabgabe des Motors 12 um 50 bis 100% für 2 bis 4 s überschreiten. Das hätte eine Winkelbeschleunigungsrate von –10 bis –30 rad/s² zur Folge. Die Motorsteuerung 14 erfasst das schnell genug, beispielsweise in weniger als 1/10 s und wählt dann automatisch die geeignete, angehobene Leistungskurve aus, um beispielsweise eine zusätzliche Leistung von 25 kW über die normale, bei 2200/min zur Verfügung stehende Leistung bereitzustellen. Dadurch kann die Leistungsanhebung sehr schnell ausgeführt werden, bevor die Motordrehzahl unter die isochonischen 2200/min abfällt. Es ist auch möglich, die Leistungssteigerung bereitzustellen, bevor die Motordrehzahl unter beispielsweise 2190/min abgefallen ist. An diesem Punkt würde der Motor eine so viel Leistung wie möglich bereitstellen, um die Verstopfung zu beseitigen, bevor die Motordrehzahl unter 2000/min abgefallen ist, was dem Leistungsgipfel für die 14%-ige Leistungsanhebung entsprechen kann. Die vorliegende Erfindung verbessert die Fähigkeit des Mähdreschers dramatisch, vorübergehende Verstopfungen und Überlastungen des Separators zu verarbeiten. Sobald die Verstopfung die Maschine durchlaufen hat, und die vorübergehende Belastung wieder auf einen normalen Wert fällt, erübrigt sich der Bedarf an einer Leistungsanhebung. Dies kann beispielsweise mittels eines Timers gehandhabt werden, der selbsttätig die Motorsteuerung 14 veranlassen kann, nach einer Zeitverzögerung von etwa 5 bis 10 s wieder auf die normale, abgesenkte Leistungskurve herunterzugehen. Alternativ kann die Motorsteuerung 14 auf eine vorherige Kurve zurückgehen, sobald die Motordrehzahl auf 2200/min zurückgeht.
Alternativ kann das Drehmoment des Motors oder die Kraftstoffrate oder der Ladedruck verwendet werden, um zu erfassen, wenn es angemessen ist, die angehobene Leistungskurve wieder abzuschalten. Es ist nicht wünschenswert, während der gesamten Zeit auf der angehobenen Leistungskurve zu arbeiten und die Leistungsanhebung zum Entladen während der Fahrt und zur Ermöglichung eines weichen Anfahrens des Entladesystems zu reservieren. Die Idee liegt darin, die Leistungsanhebung für eine kurze Zeit durchzuführen, um die Handhabung von Verstopfungen zu erleichtern, die eine hohe Winkelverzögerungsrate zur Folge haben, die durch den Winkelbeschleunigungsdetektor 24 nachgewiesen werden kann. Typischerweise existieren keine fortdauernden hohen Leistungsanforderungen. Wenn der Bediener die Maschine beispielsweise zu schnell fährt, was eine hohe Förderrate an Erntegut bedingt, wird die Last am Motor 12 nach und nach ansteigen und seine Kapazität überschreiten. Die Winkelverzögerung ist in dieser Situation viel kleiner als sie bei Aufnahme einer Verstopfung wäre und die Steuerung 14 würde nicht selbsttätig eine angehobene Leistungskurve auswählen, da die Last kontinuierlich und langsam ansteigt. Auf diese Weise arbeitet der Mähdrescher nicht anders und die Leistungssteigerung wäre einer Situation vorbehalten, in der eine Verstopfung aufgenommen wird oder ein Entladen während der Fahrt durchgeführt wird.
Die in der 3 dargestellte Betriebsartenauswahl stellt zusätzliche Betriebsarten dar, die mittels einer Bedienersteuerung 16 ausgewählt werden könnten. In einer normalen Betriebsart 104 sind die Leistungskurven vorbestimmt und konstant für einen spezifischen Typ eines Mähdreschers und die Leistungsanhebung wird nur ausgewählt, wenn das Entladesystem im Betrieb ist. Wird im Schritt 106 die intelligente Betriebsart ausgewählt, wählt die Motorsteuerung 14 niedrigere Kurven für eine verbesserte Kraftstoffökonomie und Abgasnachbehandlungsfunktion aus. In der Betriebsart mit flexibler Leistungssteigerung ist eine kurzzeitige Inbetriebsetzung von Leistungsanhebungen möglich, um Verstopfungen zu verarbeiten. Vorzugsweise besteht die Möglichkeit, den Betrag der Leistungsreserven zu vermindern, wenn die Übergangslastaufnahmefähigkeit des Motors 12 verbessert ist, wie bei der vorliegenden Erfindung, sodass weniger als 14% zusätzliche Leistung erforderlich sind. Wenn das der Fall ist, kann – aufgrund der durch die vorliegende Erfindung ermöglichte Verbesserung der Reaktion auf zeitweilige Leistungsanforderungen – die Leistungseinstufung des Mähdreschers um einige Prozent erhöht werden, z. B. 4 bis 5%.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es der Motorsteuerung 14 die Leistungskurve auszuwählen, die – insofern möglich – eine verbesserte Kraftstoffökonomie bereitstellt und vorübergehende Lasten der Maschine handhabt, was eine verbesserte Fahrbarkeit und Handhabung der Maschine zur Folge hat. Dies wird erreicht, ohne dass der Bediener etwas anderes bemerkt als die verbesserte Leistung und/oder den verminderten Kraftstoffverbrauch, welche die vorliegende Erfindung beim Betrieb des Mähdreschers ermöglicht. Es ist außerdem möglich, eine Leistungskurve auszuwählen, basierend darauf, dass eine außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegende Abgastemperatur erfasst wird. Dies ermöglicht eine effiziente Handhabung der Abgastemperatur um ein Hinzufügen von Kraftstoff in das Abgassystem zu vermeiden, wodurch der Kraftstoffverbrauch vermindert wird.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Motors (12), mit folgenden Schritten: Erfassen einer Belastung des Motors (12), Feststellen, ob die Belastung unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, und abhängig vom Ergebnisses des Schritts des Feststellens, Schalten des Motors (12) auf eine Leistungskurve aus einer Mehrzahl von Leistungskurven.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des zumindest näherungsweise Konstanthaltens der Drehzahl des Motors (12) während die Schritte des Erfassens, des Feststellens und des Schaltens durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Ermöglichens einer Drehzahländerung des Motors (12) während die Schritte des Erfassens, des Feststellens und des Schaltens durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Feststellens weiterhin den Schritt des Feststellens einer Winkelverzögerung des Motors (12) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Schaltens weiterhin die Schritte umfasst: Auswählen einer angehobenen Kurve aus der Mehrzahl von Leistungskurven, wenn die Winkelverzögerung unterhalb einer vorbestimmten Winkelverzögerung liegt, und Schalten des Motors auf die angehobene Kurve.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Winkelverzögerung bei –10 rad/s² liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Schaltens weiterhin die Rückkehr des Motors (12) von der angehobenen Kurve auf eine vorherige Leistungskurve nach der Erfassung eines Ereignisses umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ereignis der Ablauf einer bestimmten Zeit von beispielsweise 5 bis 10 s und/oder ein Erholen der Motorgeschwindigkeit und/oder eine Drehmomenterfassung und/oder eine Kraftstoffverbrauchsrate und/oder ein Ladedruck ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schritt des Schattens den Schritt des Auswählens einer Leistungskurve im Sinne einer Verbesserung der Kraftstoffeffizienz des Motors (12) und/oder einer Aufrechterhaltung der Abgastemperatur des Motors (12) abhängig vom Schritt des Feststellens beinhaltet.
Kontrollsystem (10) zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (12), umfassend: einen Lastdetektor (22) zur Erzeugung eines Signals, das auf die Last eines Motors (12) hinweist, und eine Motorsteuerung (14), die das Signal erhält und eingerichtet ist, festzustellen, ob das Signal unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, wobei die Motorsteuerung (14) weiterhin eingerichtet ist, abhängig davon, ob das Signal unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt, eine Leistungskurve des Motors (12) zwischen einer Mehrzahl von Leistungskurven umzuschalten.
Kontrollsystem (10) nach Anspruch 10, wobei die Motorsteuerung (14) weiterhin eingerichtet ist, die Geschwindigkeit des Motors (12) zumindest näherungsweise konstant zu halten, während die Last variiert.
Kontrollsystem (10) nach Anspruch 10, wobei die Motorsteuerung (14) weiterhin eingerichtet ist, ein Winkelverzögerungssignal zur Auswahl einer Leistungskurve zu verwenden, das eine Winkelverzögerung des Motors (12) repräsentiert.
Kontrollsystem (10) nach Anspruch 12, wobei die Motorsteuerung (14) weiterhin eingerichtet ist, eine angehobene Leistungskurve aus der Mehrzahl der Leistungskurven anzuwenden, wenn die Winkelverzögerung unterhalb einer vorbestimmten Winkelverzögerung von beispielsweise –10 rad/s² liegt.
Kontrollsystem (10) nach Anspruch 13, wobei die Motorsteuerung (14) weiterhin eingerichtet ist, nach der Erfassung eines Ereignisses von der angehobenen Kurve auf eine vorherige Leistungskurve zurückzukehren.
Kontrollsystem (10) nach Anspruch 14, wobei das Ereignis der Ablauf einer bestimmten Zeit von beispielsweise 5 bis 10 s und/oder ein Erholen der Motorgeschwindigkeit und/oder eine Drehmomenterfassung und/oder eine Kraftstoffverbrauchsrate und/oder ein Ladedruck ist.
Kontrollsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Motorsteuerung (14) weiterhin eingerichtet ist, abhängig vom Signal eine Leistungskurve im Sinne einer Verbesserung der Kraftstoffeffizienz des Motors (12) und/oder einer Aufrechterhaltung der Abgastemperatur des Motors (12) auszuwählen.