DE112006001939T5

DE112006001939T5 - Automatischer Start einer Zusatzleistungseinheit

Info

Publication number: DE112006001939T5
Application number: DE112006001939T
Authority: DE
Inventors: David G. Dunlap Marchand; David C. Dunlap Orr; John J. Chillicothe Bernardi; Jon B. Washington Borgeson
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2008-06-26
Also published as: WO2007018674A1; US7290517B2; CN101228350A; US20070022995A1

Abstract

Automatisches Startsystem für eine Zusatzleistungseinheit, welches konfiguriert ist, um bei Start eines Hauptmotors (18) einer Maschine (10) zu helfen, welches Folgendes aufweist:
eine Zusatzleistungseinheit (26); und
eine Steuervorrichtung (28), die konfiguriert ist um
einen Parameter der Maschine zu überwachen;
automatisch die Zusatzleistungseinheit zu starten, wenn der Parameter außerhalb eines ersten vorbestimmten Bereiches ist; und
den Parameter unter Verwendung der Zusatzleistungseinheit in einen zweiten vorbestimmten Bereich zu bringen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Maschinen mit Zusatzleistungseinheiten und insbesondere auf den Start einer Zusatzleistungseinheit einer Maschine.
Hintergrund
Maschinen, wie beispielsweise Straßen- und Geländefahrzeuge, Baumaschinen und Generatorsätze können durch einen Hauptmotor angetrieben sein. Zusätzlich zu dem Hauptmotor kann ebenfalls eine Batterie vorgesehen sein, um bei der Leistungsversorgung der Maschine zu helfen. Oftmals kann die Batterie die anfängliche Ladung liefern, die nötig ist, um den Hauptmotor zu starten, und kann auch andere Einrichtungskomponenten mit elektrischer Leistung versorgen. Diese anderen Komponenten können Zusatzeinrichtungen aufweisen, wie beispielsweise Radios, Fernseher und/oder Heiz- und Kühlvorrichtungen.
Fahrzeugbediener und Fahrzeugfahrer können Einrichtungskomponenten unter Verwendung von Leistung von der Batterie mit Leistung versorgen, wenn der Hauptmotor ausgeschaltet ist. Jedoch kann dies die Batterie schnell entleeren. Der Hauptmotor kann angeschaltet werden, um die notwendige Leistung zu liefern, sodass die Batterieladung für andere Vorgänge bewahrt werden kann, wie beispielsweise zum Starten des Hauptmotors. Somit können Fahrzeugbediener/Fahrzeugfahrer die Hauptmotoren an ihren Fahrzeugen alleine zum Zwecke des Lieferns von Leistung zum Heizen und Kühlen der Bedienerkabine laufen lassen. Der Betrieb des Hauptmotors für diesen einzigen Zweck kann bezüglich des Brennstoffverbrauches ineffizient sein. Die Verwendung einer Zusatzleistungseinheit („APU” = Auxiliary Power Unit) kann eine Lösung für dieses Problem sein. Es sei bemerkt, dass die Zusatzleistungseinheit als ein Generatorsatz („gen-set” = generator set) bezeichnet werden kann. Die Zusatzleistungseinheit kann einen Hilfsmotor getrennt vom Hauptmotor aufweisen, der Leistung liefern kann, wäh rend der Hauptmotor ausgeschaltet ist. Jedoch können immer noch Probleme auftreten, wenn Fahrzeugbediener/Fahrzeugfahrer Leistung über den Kapazitäten der Zusatzleistungseinheit abziehen, was Leistung von der Batterie erfordert, was die Batterie entleeren kann und somit dazu führen kann, dass der Hauptmotor nicht gestartet werden kann.
Zumindest ein System ist entwickelt worden, um dabei zu helfen, sicherzustellen, dass die Batterie ausreichend Leistung für einen Start des Hauptmotors haben wird. Beispielsweise beschreibt die US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2005/0035657A1 von Brummelt u. a. („Brummelt") ein Fahrzeug, welches eine Zusatzleistungseinheit bzw. APU aufweist, um ein Zusatzklimaanlagenund -heizsystem zu betreiben. Bei Brummelt kann ein Spannungsregler der Zusatzleistungseinheit selektiv elektrische Komponenten in dem Fall ausschalten, dass die Spannung einer Hauptbatterie unter ein ausgewähltes Niveau abfällt. Nach dem Ausschalten einer elektrischen Komponente, wenn die Spannung der Hauptbatterie unter eine erste vorgewählte Spannung abfällt, ermöglicht der Spannungsregler die elektrische Komponente wieder mit Leistung zu versorgen, wenn die Spannung der Batterie eine zweite vorgewählte Spannung überschreitet, die höher als die erste vorgewählte Spannung ist. Während das System bei Brummett eine Zusatzleistungseinheit hat, die selektiv die Leistungsversorgung von verschiedenen elektrischen Komponenten ausschalten kann, hat sie keine Zusatzleistungseinheit, die automatisch startet, um die Hauptbatterie erneut aufzuladen, um dabei zu helfen, einen Zustand ohne möglichen Start zu verhindern. Weiterhin berücksichtigte das System von Brummett nicht die Tatsache, dass niedrige Motorkühlmitteltemperaturen auch verhindern können, dass der Motor startet, auch wenn die Batterie ausreichend Leistung für einen Start des Hauptmotors hat.
Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt können die gegenwärtig offenbarten Ausführungsbeispiele auf ein automatisches Startsystem einer Zusatzleistungseinheit gerichtet sein, weiches konfiguriert ist, um beim Start eines Hauptmotors einer Maschine zu helfen. Das automatische Startsystem für die Zusatzleistungseinheit kann eine Zusatzleistungseinheit und eine Steuervorrichtung aufweisen. Die Steuervorrichtung kann einen Parameter der Maschine überwachen, kann automatisch die Zusatzleistungseinheit starten, wenn der Parameter außerhalb eines ersten vorbestimmten Bereiches ist, und kann den Parameter in einen zweiten vorbestimmten Bereich unter Verwendung der Zusatzleistungseinheit bringen.
Gemäß einem weiteren Aspekt können die gegenwärtig offenbarten Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren zum automatischen Start einer Zusatzleistungseinheit gerichtete sein, um bei einem Start eines Hauptmotors einer Maschine zu helfen. Das Verfahren kann aufweisen, einen Parameter der Maschine zu überwachen, automatisch die Zusatzleistungseinheit zu starten, wenn der Parameter außerhalb eines ersten vorbestimmten Bereiches ist, und den Parameter in einen zweiten vorbestimmten Bereich unter Verwendung der Zusatzleistungseinheit zu bringen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt können die gegenwärtig offenbarten Ausführungsbeispiele auf eine Arbeitsmaschine gerichtet sein. Die Arbeitsmaschine kann einen Hauptmotor und ein automatisches Startsystem für eine Zusatzleistungseinheit aufweisen. Das automatische Startsystem für die Zusatzleistungseinheit kann eine Zusatzleistungseinheit aufweisen, die konfiguriert ist, um bei einem Start eines Hauptmotors der Maschine zu helfen, und eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung kann einen Parameter der Maschine überwachen, kann automatisch die Zusatzleistungseinheit starten, wenn der Parameter außerhalb eines ersten vorbestimmten Bereiches ist, und kann den Parameter in einen zweiten vorbestimmten Bereich unter Verwendung der Zusatzleistungseinheit bringen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht einer Arbeitsmaschine gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
2 ist ein Blockdiagramm eines automatischen Startsystems für eine Zusatzleistungseinheit gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
3 ist ein Blockdiagramm einer Systemsteuervorrichtung gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Aktivieren und Deaktivieren einer Zusatzleistungseinheit gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
5 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens zum Aktivieren und Deaktivieren einer Zusatzleistungseinheit gemäß einem weiteren beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel
Detaillierte Beschreibung
1 sieht eine schematische Ansicht einer Arbeitsmaschine 10 gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel vor. Die Arbeitsmaschine 10 kann einen Rahmen 12, eine Kabine 14 und eine oder mehrere Traktionsvorrichtungen 16 aufweisen. Die Arbeitsmaschine 10 kann auch einen Hauptmotor 18 und eine Zusatzleistungseinheit (APU = Auxiliary Power Unit) 26 aufweisen, die geeignet ist, um Leistung zur Arbeitsmaschine 10 und ihren verschiedenen Komponenten zu liefern. Während die Arbeitsmaschine 10 ein Lastwagen sein kann, wird in Betracht gezogen, dass das gegenwärtig offenbarte Ausführungsbeispiel in irgendeiner anderen Arbeitsmaschine 10 vorgesehen sein kann, die einen Motor hat. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 10 Geländefahrzeuge, Passagierfahrzeuge, Baumaschinen und Generatorsätze aufweisen.
Der Hauptmotor 18 kann konfiguriert sein, um Leistung zu Traktions- bzw. Antriebsvorrichtungen 16 zu liefern, und kann auch elektrische Leistung zu Vorrichtungen innerhalb der Kabine 14 durch einen Generator liefern, der vom Hauptmo tor 18 angetrieben wird. Die Vorrichtungen können beispielsweise Kühlschränke, Fernseher, Radios oder irgendwelche anderen Vorrichtungen aufweisen, die ausgelegt sind, um einem in der Kabine 14 sitzenden Bediener Komfort zu bieten. Der Hauptmotor 18 kann einen Verbrennungsmotor aufweisen, der unter Verwendung von Dieselbrennstoff, Benzin, gasförmigen Brennstoffen oder anderen Arten von Brennstoffen arbeitet. 2 zeigt eine schematische Veranschaulichung von funktionellen Beziehungen zwischen dem Hauptmotor 18 und anderen Arbeitsmaschinenkomponenten, die beispielsweise ein Kühlsystem 20, eine Batterie 22, ein Leistungselektronikmodul (PEM = Power Electronics Module) 24, die Zusatzleistungseinheit bzw. APU 26 und eine Systemsteuervorrichtung 28 aufweisen.
Das Kühlsystem 20 kann Kühlmittel durch den Hauptmotor 18 und die Zusatzleistungseinheit 26 zirkulieren. In einem Ausführungsbeispiel können der Hauptmotor 18 und die Zusatzleistungseinheit 26 gemeinsam Kühlmittel verwenden, um Kosten/Gewicht zu minimieren. Das Kühlsystem 20 kann dabei helfen, stabile Temperaturen des Hauptmotors 18 und der Zusatzleistungseinheit 26 unter variierenden Betriebsbedingungen aufrecht zu erhalten. Die Zirkulation des Kühlmittels kann durch die Anwendung von Rohren, Schläuchen und/oder Kühlmittelreservoirs 20 auftreten. Das Kühlmittel kann eine Flüssigkeit sein, und kann beispielsweise Wasser, Äthylenglykol und andere geeignete Lösungen aufweisen. In einem anderen Ausführungsbeispiel können der Hauptmotor 18 und die Zusatzleistungseinheit 26 nicht gemeinsam Kühlmittel verwenden, sondern können vielmehr einzeln mit Kühlmittel versorgt werden. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Kühlsystem 20 auch Pumpen aufweisen, um Wärme durch Reibung zu erzeugen, weiter Heizungen und/oder andere geeignete Vorrichtungen. Die Zusatzleistungseinheit 26 kann die Pumpen, Heizungen und/oder anderen Vorrichtungen mit Leistung versorgen, um die Temperatur des Kühlmittels zu beeinflussen, welches durch den Hauptmotor 18 zirkuliert.
Die Batterie 22 kann irgendeine geeignete Vorrichtung aufweisen, um Elektrizität durch Umwandlung von chemischer Energie zu erzeugen. Die Batterie 22 kann eine Anfangsleistungsquelle zum Anwerfen des Hauptmotors 18 während eines Starts des Hauptmotors liefern. Wenn somit die Spannung der Batterie 22 aus ei nem ersten vorbestimmten Bereich fällt, der die Leistung für einen Hauptmotorstart liefern kann, kann der Bediener der Arbeitsmaschine 10 eventuell nicht den Hauptmotor 18 starten. Die Batterie 22 kann Leistung liefern, um andere elektrische Anforderungen der Arbeitsmaschine 10 zu erfüllen, wie beispielsweise für Radios, Fernseher und/oder Heiz- und Kühlvorrichtungen (nicht gezeigt). Die Batterie 22 kann durch Leistung aufgeladen werden, die vom Hauptmotor 18 und/oder von der Zusatzleistungseinheit 26 erzeugt wird. Wie genauer unten beschrieben wird, kann die Zusatzleistungseinheit 26 automatisch gestartet werden, um Leistung zur Batterie 22 zu liefern, um dabei zu helfen, sicherzustellen, dass die Batterie 22 ausreichend Leistung hat, um den Start des Hauptmotors 18 einzuleiten. Es sei bemerkt, dass die Zusatzleistungseinheit 26 und der Hauptmotor 18 einen (nicht gezeigten) geeigneten Generator aufweisen können oder mit einem solchen gekoppelt sein können, um mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln.
Die Batterie 22 kann betriebsmäßig mit der Zusatzleistungseinheit 26 durch das Leistungselektronikmodul 24 verbunden sein. Wenn der Hauptmotor 18 ausgeschaltet ist, kann die Zusatzleistungseinheit 26 eine Spannung erzeugen, beispielsweise 340 V Gleichstrom, die an das Leistungselektronikmodul 24 durch eine elektrische Verbindung 23 angelegt wird. Das Leistungselektronikmodul 24 kann Leistungswandler aufweisen, welche die Leistung in niedrigere Spannungen umwandeln können, die verwendet werden können, um die Batterie 22 aufzuladen, oder um Komponenten mit Leistung zu versorgen, die nicht die volle Spannung benötigen oder ertragen können. Beispielsweise kann das Leistungselektronikmodul 24 die 340 V Gleichstrom in eine Spannung von 14,2 V Gleichstrom oder auf irgendeinen anderen geeigneten Spannungswert umwandeln, der verwendet werden kann, um die Batterie 22 aufzuladen. Bei Bedingungen mit niedriger Temperatur, wo die Batterie 22 besser ihre Ladung halten kann, jedoch eine Kühlmitteltemperatur unerwünscht niedrig ist, kann das Leistungselektronikmodul 24 die 340 V Gleichstrom in eine niedrigere Spannung von 13,5 V Gleichstrom oder auf irgendeinen anderen geeigneten Spannungswert umwandeln. Die niedrigere Spannung kann sicherstellen, dass die Batterie 22 nicht durch Überladung beschädigt wird, wenn die Zusatzleistungseinheit 26 verwendet wird, um das Kühlmittel aufzuheizen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Zusatzleistungseinheit 26 betriebsmäßig mit der Batterie 22 durch eine elektrische Verbindung 25 verbunden sein. Die elektrische Verbindung 25 kann einen riemengetriebenen Niederspannungsgenerator aufweisen, der mit der Zusatzleistungseinheit 26 verbunden ist. Der riemengetriebene Niederspannungsgenerator kann eine geeignete Spannung zum Aufladen der Batterie 22 liefern, ohne das nötig ist, das Leistungselektronikmodul 24 als Zwischenstation zu verwenden.
Zusätzlich zum erneuten Aufladen der Batterie 22 kann die Zusatzleistungseinheit 26 Komponenten mit Leistung versorgen, wie beispielsweise (nicht gezeigte) HVAC-Systeme, um eine komfortable Kabinenumgebung für einen Arbeitsmaschinenbediener zu erzeugen. Die Zusatzleistungseinheit 26 kann auf oder in der Arbeitsmaschine 10 montiert sein und kann einen Hilfs- bzw. Zusatzmotor aufweisen, der einen kleineren Verbrennungsmotor getrennt vom Hauptmotor 18 aufweisen kann, der unter Verwendung von Dieselbrennstoff, Benzin, gasförmigen Brennstoffen oder anderen Arten von Brennstoffarten arbeiten kann. Die anfängliche Leistungsquelle zum Start der Zusatzleistungseinheit 26 kann von der Batterie 22 kommen (die Zusatzleistungseinheit 26 kann weniger Spannung zum Starten erfordern als der Hauptmotor 18), von einer (nicht gezeigten) wiederaufladbaren Zusatzleistungseinheits- bzw. APU-Batterie, die betriebsmäßig mit der Zusatzleistungseinheit 26 verbunden ist und/oder von irgendeiner geeigneten externen Leistungsquelle. Sobald er gestartet wurde, kann der Zusatzmotor mit mehreren Drehzahlen laufen, um variierende Leistungsmengen zu liefern. Bei niedrigeren Drehzahlen kann der Zusatzmotor einen niedrigeren Brennstoffverbrauch, verringerte Emissionen und minimale Geräusche/Schwingungen erreichen. Bei höheren Drehzahlen kann der Zusatzmotor mehr Leistung erzeugen. Wie die meisten Motoren kann der Zusatzmotor eine gewisse Wärmemenge erzeugen, wenn er läuft. Diese Wärme kann den Effekt haben, Kühlmittel in und um den Zusatzmotor zu erwärmen, bevor es durch den Hauptmotor 18 zirkuliert. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Zusatzleistungseinheit 26 Leistung zu Wärmetauschern, Pum pen und/oder anderen geeigneten Vorrichtungen liefern kann, um das Motorkühlmittel aufzuwärmen, welches durch den Hauptmotor 18 zirkuliert.
Die in 3 abgebildete Systemsteuervorrichtung 28 kann Hardware bzw. Komponenten und Software bzw. Programme aufweisen, die geeignet sind, um beim anfänglichen Start des Hauptmotors 18 durch automatisches Aktivieren und Deaktivieren der Zusatzleistungseinheit 26 zu helfen. Die Systemsteuervorrichtung 28 kann Handlungen basierend auf dem Zustand der Batterie 22 und/oder des Kühlsystems 20 ausführen, wie von einem oder mehren Kühlmittelniveausensoren 30, Batteriespannungssensoren 32 und/oder Kühlmitteltemperatursensoren 34 übermittelt. Andere Komponenten der Systemsteuervorrichtung 28 können eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = Central Processing Unit) 36, eine Eingabevorrichtung 38, eine Speichervorrichtung 40 und einen Timer bzw. Zeitgeber 42 aufweisen. Es wird in Betracht gezogen, dass die Systemsteuervorrichtung 28 zusätzliche, weniger und/oder andere Komponenten aufweisen kann als jene, die oben aufgelistet sind. Es sei bemerkt, dass die Art und die Anzahl der aufgelisteten Vorrichtungen nur beispielhaft ist und nicht einschränkend sein soll.
Die Batteriespannungssensoren 32 können auf oder um die Batterie 22 angeordnet sein oder sie können an geeigneten elektrischen Schaltungen angebracht sein, um Informationen bezüglich der Batteriespannung aufzunehmen, und die Informationen an die Systemsteuervorrichtung 28 weiterzuleiten. Die Kühlmitteltemperatursensoren 34 können in Kontakt mit dem Kühlmittel angeordnet sein, welches durch das Kühlsystem 20 läuft, um Informationen bezüglich der Kühlmitteltemperatur aufzunehmen und die Informationen an die Systemsteuervorrichtung 28 weiterzuleiten. Die Kühlmitteltemperatur kann ohne Anwendung von Kühlmitteltemperatursensoren 34 bestimmt werden, indem die Temperatur von nahe gelegenen Komponenten und/oder der Umgebung bestimmt wird. Kühlmittelniveausensoren 30 können in Kontakt mit dem Kühlmittel angeordnet sein, welches durch das Kühlsystem 20 läuft, um Informationen bezüglich des Kühlmittelniveaus aufzunehmen und die Informationen an die Systemsteuervorrichtung 28 weiterzuleiten.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 36 kann konfiguriert sein, um Sequenzen von Computerprogrammanweisungen auszuführen, um die automatische Aktivierung und Deaktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 auszuführen. Die Computerprogrammanweisungen können in den Arbeitsspeicher (RAM = Random Access Memory) zur Ausführung durch die zentrale Verarbeitungseinheit 36 von einem Lesespeicher (ROM = Read Only Memory) geladen werden. Abhängig von der Art des verwendeten Computersystems kann die zentrale Verarbeitungseinheit 36 eine oder mehrere gedruckte Leiterplatten und/oder einen Mikroprozessorchip aufweisen.
Die Eingabevorrichtung 38 kann Daten und Anweisungen von Anwendern aufnehmen. Die Eingabevorrichtung 38 kann beispielsweise eine Tastatur, eine Maus oder andere optische oder drahtlose Computereingabevorrichtungen aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Eingabevorrichtung 38 Floppydisk- bzw. Diskettenlaufwerke, optische Laufwerke oder andere geeignete Computerspeichermedium-Lesevorrichtungen aufweisen.
Die Speichervorrichtung 40 kann eine geeignete Bauart eines Massenspeichers sein, der vorgesehen ist, um Informationen zu speichern, welche die zentrale Verarbeitungseinheit 36 benötigen könnte, um die automatische Aktivierung und Deaktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 auszuführen. Beispielsweise kann die Speichervorrichtung 40 eine oder mehrere Festplattenlaufwerksvorrichtungen, optische Laufwerksvorrichtungen oder andere Speichervorrichtungen aufweisen, um einen elektronischen Speicherraum vorzusehen.
Die Zeitsteuervorrichtung 42 kann konfiguriert sein, um die Dauer zu planen, während der die Zusatzleistungseinheit 26 nach der Aktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 gelaufen ist. Die Systemsteuervorrichtung 28 kann automatisch die Zusatzleistungseinheit 26 deaktivieren, nachdem sie für eine vorbestimmte Zeitperiode gelaufen ist. Die vorbestimmte Zeitperiode kann durch einen Maschinenbediener, einen Händler, einen Hersteller und/oder einen Instandhalter eingestellt werden. Das Vorsehen der vorbestimmten Zeitperiode kann Energieverschwendung verhindern, während auch eine Sicherheit gegen Überladung und/oder Ü berhitzung vorgesehen wird. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass die Zeitsteuervorrichtung 42 eine Vielzahl von Zeitsteuervorrichtungen aufweisen kann, wobei jede konfiguriert ist, um die Dauer von unterschiedlichen Ereignissen zeitlich zu steuern.
Zusätzlich kann der Bediener der Arbeitsmaschine 10 selektiv auswählen, ob es der Systemsteuervorrichtung 28 gestattet ist, die automatische Aktivierung und Deaktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 einzuleiten. Beispielsweise kann die Kabine 14 einen (nicht gezeigten) Schalter aufweisen, den der Bediener verwenden kann, um die automatische Aktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 einzuschalten oder auszuschalten. Dies kann sicherstellen, dass die automatische Aktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 nicht in ungünstigen Momenten auftreten wird, wie beispielsweise während der Reparatur und/oder Instandhaltung der Zusatzleistungseinheit 26.
Industrielle Anwendbarkeit
Das offenbarte System und das Verfahren zur automatischen Aktivierung und Deaktivierung der Zusatzleistungseinheit bzw. APU 26 kann bei einer verwendet werden, die sich auf eine Batterie als ihre anfängliche Startleistungsquelle stützt. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Verfahren bei Maschinen verwendet werden kann, die einen Flüssigkeitskühlprozess verwenden, um einen oder mehrere Motoren zu kühlen. Beispiele von Maschinen, welche die offenbarte Struktur und die Prozesse verwenden, können Straßen- und Geländefahrzeuge (Lastwägen, Boote, Erholungsfahrzeuge, Passagierfahrzeuge), Industriemaschinen/Baumaschinen und Generatorsätze aufweisen. In einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel kann die automatische Aktivierung und Deaktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 durch die Systemsteuervorrichtung 28 gesteuert werden.
In einem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Verfahren zur automatischen Aktivierung und Deaktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 mit einer Bestimmung dessen beginnen (Schritt 44), ob ein Schlüssel-Aus-Zustand vorhanden ist (Schritt 46). Ein Schlüssel-An-Zustand kann anzeigen, dass der Bediener der Arbeitsmaschine 10 versuchen könnte, den Hauptmotor 18 anzuwerfen. Wenn der Schlüssel-An-Zustand existiert, dann kann der Wert „falsch" („false") an die Systemsteuervorrichtung 28 zurückgeleitet werden, und die automatische Aktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 kann verhindert werden. Dies kann eine Anforderung sein, weil die Spannung der Batterie 22 zusammenbrechen kann, wenn der Hauptmotor 18 beginnt anzulaufen, und kann normalerweise die automatische Aktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 auslösen. Jedoch kann die Schlüssel-Aus-Zustandsüberprüfung (Schritt 46) eine automatische Aktivierung verhindern, sodass die Zusatzleistungseinheit 26 nicht automatisch jedes Mal startet, wenn ein Start des Hauptmotors versucht wird. Dieses Merkmal kann sicherstellen, dass Spannungsniveaus nicht die Herstellerspezifikationen überschreiten, und zwar indem verhindert wird, dass die Zusatzleistungseinheit 26 automatisch startet, wenn Leistung von der Zusatzleistungseinheit 26 nicht erwünscht ist.
Sobald der Schlüssel-Aus-Zustand erkannt wurde, kann der nächste Schritt vorsehen, zu bestimmen, ob die Option der automatischen Aktivierung eingeschaltet ist (Schritt 48). Wie oben erwähnt, kann der Bediener die Wahl haben, zu gestatten, dass die automatische Aktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 auftritt, oder zu verhindern, dass sie auftritt, um sicherzustellen, dass die Zusatzleistungseinheit 26 nicht automatisch in ungünstigen Momenten startet, wie beispielsweise während der Instandhaltung oder der Reparatur. Die automatische Aktivierungsoption kann durch die Anwendung eines Schalters eingeschaltet oder ausgeschaltet werden, der beispielsweise in der Kabine 14 gelegen ist.
Als nächstes kann die Batteriespannung oder irgendein Wert, der diese anzeigt, überwacht werden (Schritt 50), um zu bestimmen, ob sie außerhalb eines ersten vorbestimmten Bereiches ist (Schritt 52). Wenn bestimmt wird, dass die Batteriespannung innerhalb des ersten vorbestimmten Bereiches ist, dann kann das Verfahren zum Start (Schritt 44) zurückkehren, weil die Batterie 22 keine Aufladung benötigen könnte, und somit muss die Zusatzleistungseinheit 26 nicht aktiviert sein. Wenn jedoch bestimmt wird, dass die Batteriespannung außerhalb des ersten vorbestimmten Bereiches ist, dann kann die Systemsteuervorrichtung 28 eine Überprüfung ausführen, um zu bestimmen, ob die Spannung der Batterie 22 gleich Null ist (Schritt 54). Die Spannung der Batterie 22 kann gleich Null sein, wenn die Batterie 22 entfernt wird, während die Option zur automatischen Aktivierung eingeschaltet ist. Eine Situation, wo dies auftreten kann, ist während der Instandhaltung und/oder während des Ersetzens, wenn die Batterie 22 getrennt oder entfernt ist. Diese Überprüfung kann dabei helfen, sicherzustellen, dass die Zusatzleistungseinheit 26 nicht zu unerwünschten Zeiten automatisch aktiv wird. Wenn die Batterie 22 getrennt ist, dann kann der Null-Wert für die Spannung der Batterie leicht erklärt werden, und eine Batterieaufladung kann nicht erforderlich sein. Daher kann das Verfahren wieder zum Start zurückgehen (Schritt 44). Falls betimmt wird, dass die Spannung der Batterie 22 außerhalb des ersten vorbestimmten Bereiches ist, jedoch größer als Null ist, dann kann der nächste Schritt aufweisen, zu bestimmen, ob der Motor 18 gerade angekurbelt wird (Schritt 56). Wenn der Motor 18 gegenwärtig anläuft, dann kann die automatische Aktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 verhindert werden. Wie zuvor erklärt, kann dieser Schritt hilfreich sein, weil die Spannung der Batterie 22 zusammenbrechen kann, wenn der Hauptmotor 18 beginnt zu kurbeln, und kann normalerweise die automatische Aktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 auslösen. Jedoch kann eine Überprüfung, um zu bestimmen, ob das Anlaufen des Motors die niedrige Spannung bewirkt, dabei helfen, sicherzustellen, dass die Zusatzleistungseinheit 26 nicht automatisch jedes Mal dann startet, wenn ein Start des Hauptmotors versucht und/oder ausgeführt wird. Dieses Merkmal kann als eine Absicherung wirken, die sicherstellt, dass die Spannungsniveaus nicht die Herstellerspezifikationen überschreiten werden, und zwar indem verhindert wird, dass die Zusatzleistungseinheit 26 automatisch startet, wenn die Leistung von Zusatzleistungseinheit 26 nicht erwünscht ist.
Wenn der Bediener nicht versucht, den Hauptmotor 18 anzukurbeln, dann kann der niedrige Spannungswert der Systemsteuervorrichtung 28 anzeigen, dass eine Batterieaufladung nötig sein kann, um einen erfolgreichen Start des Hauptmotors sicherzustellen. Somit kann eine Batterieaufladung beginnen (Schritt 58), und die Systemsteuervorrichtung 28 kann automatisch die Zusatzleistungseinheit 26 und die Zeitsteuervorrichtung 42 (Timer) aktivieren. Das Leistungselektronikmodul bzw. PEM 24 kann die gewöhnliche Spannungsausgabe der Zusatzleistungsein heit 26 in eine Spannung umwandeln, welche die ordnungsgemäße Aufladung für die Batterie 22 vorsehen kann (Schritt 60). Beispielsweise kann die Ausgangsspannung der Zusatzleistungseinheit 26 340 V Gleichstrom sein, während die Spannung zur Aufladung 14,2 V Gleichstrom sein kann. Jedoch kann irgendein anderer geeigneter Bereich von Spannungswerten angewandt werden. Aufwärmungsvorgänge können auch beginnen (Schritte 62 und 64), und die Zusatzleistungseinheit 26 kann andere Vorrichtungen mit Leistung versorgen, was beispielsweise eine Batterieheizung, eine Kabinenheizung und/oder eine Blockheizung mit einschließt. Zusätzlich kann die Zusatzleistungseinheit 26 Wärme erzeugen während sie läuft, was den zusätzlichen Vorteil der Aufwärmung des Kühlmittels im Kühlsystem 20 vorsehen kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Zusatzleistungseinheit 26 andere Pumpen und/oder (nicht gezeigte) Heizungen mit Leistung versorgen, um das Kühlmittel aufzuwärmen, welches durch den Hauptmotor 18 zirkuliert. Die Lade- und Aufwärmvorgänge können fortfahren, bis die Systemsteuervorrichtung 28 bestimmt, dass die Batteriespannung innerhalb eines zweiten vorbestimmten Bereiches ist (Schritt 66). Es wird in Betracht gezogen, dass der zweite vorbestimmte Bereich gleich dem ersten vorbestimmten Bereich sein kann oder dass er von dem ersten vorbestimmten Bereich bezüglich minimalem Wert, maximalem Wert und/oder Werten dazwischen abweichen kann. Zusätzlich oder alternativ können die Aufladungs- und Aufwärmungsvorgänge aufhören, nachdem für eine vorbestimmte Zeitperiode fortgefahren wurde (Schritt 66). Danach kann die Zusatzleistungseinheit deaktiviert werden (Schritt 68), und das Verfahren kann zum Start (Schritt 44) zurückkehren (Schritt 70).
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die automatische Aktivierung und Deaktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 durch eine Kühlmitteltemperatur ausgelöst werden, im Gegensatz zu einer Batteriespannung. Eine niedrige Kühlmitteltemperatur kann einen Motorstart behindern und kann somit nicht wünschenswert sein. Dies kann durch das in 5 gezeigte Verfahren angesprochen werden, welches in ähnlicher Weise beginnen kann (Schritte 44, 46 und 48), wie das in 4 beschriebene Verfahren. Die Systemsteuervorrichtung 28 kann die Kühlmitteltemperatur überwachen (Schritt 72) und kann bestimmen, ob die Kühlmitteltemperatur oder irgendein Wert, der diese anzeigt, außerhalb eines ersten vorbestimm ten Bereiches ist (Schritt 74). Die Systemsteuervorrichtung 28 kann auch bestimmen, ob es ausreichend Kühlmittel im Kühlsystem 20 gibt (Schritt 76). Die Systemsteuervorrichtung 28 kann dann beginnen, das Kühlmittel durch automatisches Aktivieren der Zusatzleistungseinheit 26 aufzuwärmen, um Wärme zu erzeugen und kann den Timer bzw. Zeitgeber 42 zur Zeitsteuerung der Dauer des Aufwärmvorgangs initialisieren (Schritt 78). Zusätzlich oder alternativ kann das Kühlmittel, welches durch den Hauptmotor 18 zirkuliert, von dem Kühlmittel getrennt sein, welches durch die Zusatzleistungseinheit 26 zirkuliert. In diesem Fall kann die Zusatzleistungseinheit 26 aktiviert werden, um andere Heizungen und/oder pumpen (nicht gezeigt) mit Leistung zu versorgen, welche das Kühlmittel im Hauptmotor 18 aufheizen können, um einen ähnlichen Aufwärmungseffekt vorzusehen.
Das Leistungselektronikmodul 24 kann die gewöhnliche Spannungsausgabe der Zusatzleistungseinheit 26 in eine niedrigere Spannung umwandeln, um die ordnungsgemäße Aufwärmung des Kühlmittels (Schritt 80) und Batterieaufladung vorzusehen, ohne die Batterie 22 zu überladen. Beispielsweise kann die Spannungsausgabe der Zusatzleistungseinheit 26 340 V Gleichstrom sein, während die niedrigere Spannung, die erzeugt wird, wenn die Aufwärmung des Kühlmittels erwünscht ist, 13,5 V Gleichstrom sein kann. Jedoch kann irgendein anderer geeigneter Bereich von Spannungen vorgesehen sein. Die niedrigere Spannung kann kleiner oder gleich der Spannung sein, die erzeugt wird, wenn die Batterien aufgeladen werden, weil in Umgebungen mit niedriger Temperatur, wo die Systemsteuervorrichtung 28 automatisch die Zusatzleistungseinheit 26 oft aktivieren kann, um das Kühlmittel warm zu halten, die Batterie 22 nicht viel Ladung verlieren könnte (da Batterien dazu tendieren, die Ladung bei niedrigen Temperaturen besser zu halten), und kann weniger Aufladung benötigen als in Umgebungen mit hoher Temperatur. Somit kann die niedrigere Spannung eine Überladung verhindern, welche die Batterie 22 beschädigen kann.
Andere Aufwärmungsvorgänge können auch eingeleitet werden (Schritte 82 und 84) und alle Aufwärmungsvorgänge und/oder einige oder alle Heizungen können weiterlaufen, bis die Systemsteuervorrichtung 28 bestimmt, dass eine Aufwärmung für eine vorbestimmte Zeitperiode angedauert hat (Schritt 86), oder dass die Kühlmitteltemperatur in einem zweiten vorbestimmten Bereich ist (Schritt 86). Es wird in Betracht gezogen, dass der zweite vorbestimmte Bereiche gleich dem ersten vorbestimmten Bereich sein kann, oder dass er vom ersten vorbestimmten Bereich bezüglich des minimalen Wertes, des maximalen Wertes und/oder bezüglich Werten dazwischen abweichen kann. Jedoch kann das Verfahren nicht automatisch beim Auftreten der Bedingung aufhören. Vielmehr kann das Verfahren fortfahren, eine warme Durchdringung von allen Komponenten zu gestatten, durch welche das Kühlmittel fließen kann (Schritt 88), und zwar für eine weitere vorbestimmte Zeitperiode, wie von der Zeitsteuervorrichtung 42 und/oder einer oder mehren einer Vielzahl von anderen Zeitsteuervorrichtungen gemessen wird. Danach kann das Verfahren enden (Schritt 90) und zum Start (Schritt 44) zurückkehren (Schritt 92).
Die Systemsteuervorrichtung 28 kann sowohl die Kühlmitteltemperatur (5) als auch eine Batteriespannung (4) gleichzeitig überwachen und kann den ersten der Werte als Auslöser bzw. Trigger erkennen, der auf einen vorbestimmten Bereich fällt. Die Elemente der Schritte 50 bis 66 der 4 können einen ersten Betriebszustand darstellen, der von der Batteriespannung ausgelöst wird. Alternativ können die Elemente der Schritte 72 bis 90 der 5 einen zweiten Betriebszustand darstellen, der durch eine niedrige Kühlmitteltemperatur ausgelöst wird. Jedoch können beide Betriebszustände eine gewisse Batterieaufladung und Kühlmittelaufwärmung immer dann zur Folge haben, wenn die Zusatzleistungseinheit 26 automatisch aktiviert wird.
Das gegenwärtig offenbarte System und das Verfahren zur automatischen Aktivierung und Deaktivierung der Zusatzleistungseinheit 26 kann verschiedene Vorteile und Vorzüge haben. Beispielsweise kann die vorliegende Offenbarung dabei helfen, sicherzustellen, dass die Batteriespannung, die für einen Start eines Hauptmotors erforderlich ist, aufrechterhalten wird, was somit sicherstellt, dass der Hauptmotor 18 auf eine Anforderung hin starten wird. Dies kann dabei helfen, das Szenario zu vermeiden, wo ein Start des Hauptmotors nicht erreicht werden kann, was einen teuren und zeitaufwendigen Start mit Anschieben oder einen Abschleppvorgang in eine Reparatureinrichtung erfordern kann.
Ein weiterer Vorteil kann sein, dass die offenbarten Ausführungsbeispiele zu längeren Lebensdauerzyklen für Arbeitsmaschinenkomponenten und zu weniger häufiger Instandhaltung/Reparatur beitragen. Ein Eigentümer einer Maschine kann die Batterieinstandhaltungsintervalle verringern, kann die Batterielebensdauer erweitern und kann daher Besitz- und Betriebskosten verbessern. Ebenfalls kann die Wahrscheinlichkeit abnehmen, dass ein Schaden am Starterelektromagneten aufgrund von niedriger Spannung während des Starts auftritt, was somit die Starterlebensdauer verlängert. Wenn die Zusatzleistungseinheit 26 das Kühlmittel aufwärmt, kann dies weiterhin dabei helfen, dass der Motor 18 leichter anläuft bzw. durchdreht, was eine Abnutzung an den Startkomponenten bei Bedingungen mit extremem Wetter verringern kann.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten System und Verfahren vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich werden andere Ausführungsbeispiele des offenbarten Systems und der Verfahren dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
Zusammenfassung
Automatischer Start einer Zusatzleistungseinheit
Ein automatisches Startsystem für eine Zusatzleistungseinheit ist konfiguriert, um einen Star eines Hauptmotors einer Maschine zu unterstützen. Das automatische Startsystem für die Zusatzleistungseinheit kann eine Zusatzleistungseinheit und eine Steuervorrichtung aufweisen. Die Steuervorrichtung kann einen Parameter der Maschine überwachen, kann automatisch die Zusatzleistungseinheit starten, wenn der Parameter außerhalb eines ersten vorbestimmten Bereiches ist, und kann den Parameter unter Verwendung der Zusatzleistungseinheit in einen zweiten vorbestimmten Bereich bringen.

Claims

Automatisches Startsystem für eine Zusatzleistungseinheit, welches konfiguriert ist, um bei Start eines Hauptmotors (18) einer Maschine (10) zu helfen, welches Folgendes aufweist: eine Zusatzleistungseinheit (26); und eine Steuervorrichtung (28), die konfiguriert ist um einen Parameter der Maschine zu überwachen; automatisch die Zusatzleistungseinheit zu starten, wenn der Parameter außerhalb eines ersten vorbestimmten Bereiches ist; und den Parameter unter Verwendung der Zusatzleistungseinheit in einen zweiten vorbestimmten Bereich zu bringen.
System nach Anspruch 1, wobei der Parameter den Start des Hauptmotors beeinflusst.
System nach Anspruch 1, wobei die Zusatzleistungseinheit konfiguriert ist, um eine Ladung zu einer Batterie (22) zu liefern, und wobei der Parameter eine Spannung der Batterie anzeigt.
System nach Anspruch 1, wobei die Zusatzleistungseinheit konfiguriert ist, um ein Kühlmittel eines Kühlsystems (20) der Maschine (10) aufzuwärmen, und wobei der Parameter eine Temperatur des Kühlmittels anzeigt.
System nach Anspruch 4, wobei das Kühlmittel verwendet wird, um bei der Kühlung der Zusatzleistungseinheit und des Hauptmotors zu helfen.
Maschine (10), welche das automatische Startsystem für eine Zusatzleistungseinheit nach einem der Ansprüche 1–5 aufweist.
Verfahren zum automatischen Starten einer Zusatzleistungseinheit (26), um einen Start eines Hauptmotors (18) einer Maschine (10) zu unterstützen, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Überwachen eines Parameters der Maschine; Automatisches Starten der Zusatzleistungseinheit, wenn der Parameter außerhalb eines ersten vorbestimmten Bereiches ist; und Bringen des Parameters in einen zweiten vorbestimmten Bereich unter Verwendung der Zusatzleistungseinheit.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Überwachen des Parameters weiter aufweist: einen ersten Parameter zu überwachen, um zu bestimmen, ob der erste Parameter in dem ersten vorbestimmten Bereich ist; und einen zweiten Parameter zu überwachen, um zu bestimmen, ob der zweite Parameter innerhalb des ersten vorbestimmten Bereiches ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei, wenn der erste Parameter aus dem ersten vorbestimmten Bereich fällt, bevor der zweite Parameter aus dem ersten vorbestimmten Bereich fällt, das System in einem ersten Betriebszustand arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei, wenn der zweite Parameter aus dem ersten vorbestimmten Bereich herausfällt, bevor der erste Parameter aus dem ersten vorbestimmten Bereich herausfällt, das System in einem zweiten Betriebszustand arbeitet.