DE112007002693T5

DE112007002693T5 - Verfahren und System zum Steuern einer Maschinenleistung

Info

Publication number: DE112007002693T5
Application number: DE112007002693T
Authority: DE
Inventors: Andrew N. Batavia Schifferer; John D. Yorkville Baus
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2009-09-17
Also published as: CN101558242A; US7797092B2; WO2008057177A3; WO2008057177A2; US20080104954A1; CN101558242B

Abstract

Verfahren zum Steuern einer Hydraulikpumpe (38) mit variablem Drehmoment, mit
Überwachen von mit einer Leistungsquelle (12) verknüpften Parameter, die eine Nähe der Leistungsquelle zu einem Kraftstoffgrenzwert, eine mit der Leistungsquelle verknüpfte Drehzahl und einen atmosphärischen Druck beinhalten,
Erzeugen eines Steuersignals basierend auf den Parametern, und
Steuern eines der Hydraulikpumpe mit variablem Drehmoment zugeordneten Flusses basierend auf einer Charakteristik des Steuersignals.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Steuern einer mit einer Maschine verknüpften Leistung und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zum Benutzen eines einer Leistungsquelle zugeordneten Kraftstoffkennfelds zum Steuern einer mit der Maschine verknüpften Leistungsverteilung.
Hintergrund
Maschinen, einschließlich Nutzfahrzeuge, geländegängiger Kipplaster, Motorgrader, Radlader und anderer Arten von Großmaschinen, die im Baugewerbe, im Bergbau und in anderen Industriezweigen im Einsatz sind, enthalten häufig Arbeitsgeräte (z. B. Ladeschaufeln) und Lenkbauteile, die durch hydraulischen Druck angetrieben werden. Zum Liefern des hydraulischen Drucks zum Betreiben solcher Arbeitsgeräte und Bauteile enthalten solche Maschinen üblicherweise eine oder mehrere Hydraulikpumpen.
Zu einer Maschine gehörende Hydraulikpumpen können durch eine zu der Maschine gehörende Leistungsquelle angetrieben werden, und das resultierende druckbeaufschlagte Fluid kann die gewünschten Bauteile der Maschine (z. B. die Lenkung und die Arbeitsgeräte) betreiben. Dieser Betrieb der Hydraulikpumpen kann unter anderem basierend auf einem Pumpenauslassdruck (der z. B. eine Funktion der Gesamtlast an der Pumpe ist) und einer der Hydraulikpumpe zugeordneten Flussrate ein Drehmoment auf die Leistungsquelle ausüben. Daher kann dieses Drehmoment ein Gegendrehmoment von der Antriebsquelle hervorrufen, derart, dass die Leistungsquelle möglicherweise ihren Betrieb mit einem verringerten Drehmoment fortsetzt, das noch verfügbar ist, um anderen Lasten (z. B. einem Beschleunigen der Maschine) zu begegnen. Das von der Leistungsquelle verfügbare Drehmoment kann von zahlreichen Faktoren abhängen, beispielsweise unter anderem von der Dimensionierung der Leistungsquelle und der Drehzahl der Leistungsquelle.
Da Leistungsquellen für gewöhnlich drehmomentbegrenzt sind, mag möglicherweise eine Drehmomentlast angelegt werden, die größer als diejenige ist, die eine zugehörige Leistungsquelle bewältigen kann. Daher kann eine gleichzeitig auftretende Last durch Hydraulikpumpen und Beschleunigungen der Maschine unter Umständen verhindern, dass eine zugehörige Leistungsquelle ihre Drehzahl erhöhen kann, was neben anderen Problemen den Eindruck verursachen kann, dass das Ansprechverhalten und/oder die Leistung der Maschine mangelhaft sind. Wenn das mit der Hydraulikpumpe verknüpfte Drehmoment die Grenzen des Betriebs der Leistungsquelle erreicht oder überschreitet, kann es sein, dass die Leistungsquelle untertourig läuft oder sogar abstirbt.
Zusätzlich haben mit Emissionen von Leistungsquellen in Zusammenhang stehende gesetzliche Vorschriften die Auflagen für Hersteller, die Menge an Partikeln und anderen Emissionen zu verringern, die möglicherweise von zu deren Maschinen gehörenden Antriebsquellen abgegeben werden, erhöht. Da Lenk- und Arbeitsgerätlasten solche Emissionen beeinflussen können (z. B. über eine Drehmomentlast), kann es wünschenswert sein, eine zusätzliche Steuerung der an eine Leistungsquelle angelegten Last durchzuführen.
Hydraulikpumpen mit variabler Verdrängung können dadurch, dass eine Flusssteuerungseinrichtung (z. B. eine Taumelscheibe) in die Hydraulikpumpe eingebracht ist, in gewissem Maße eine Steuerung des einer Hydraulikpumpe zugeordneten Drehmoments erlauben. Unter Verwendung von Lasterfassungs-Druckrückkopplungssignalen kann der Fluss von der Pumpe basierend auf zahlreichen Faktoren wie Lenk- und Arbeitsgerätlasten modifiziert werden.
Ein System zum Steuern einer Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung ist in der US-Patentanmeldung 2005/0071064 von Nakamura et al. („die Veröffentlichung '064”) offenbart. Die Veröffentlichung '604 beinhaltet ein Signalverarbeitungssystem, das dazu entworfen ist, mit dem Betrieb einer Leistungsquelle verknüpfte Umweltvariablen zu empfangen, und eine Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung. Das Signalverarbeitungssystem kann dann einen zurück in die Pumpe mit variabler Verdrängung eingespeisten Pilotdruck basierend auf den Umweltvariablen modifizieren, um eine Reduzierung des Flusses und daher des mit der Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung verknüpften Drehmoments zu bewirken.
Auch wenn die Veröffentlichung '064 eine mit einer Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung verknüpfte Drehmomentreduzierung steuern kann, ist die Veröffentlichung '064 auf eine Maschine mit einer optimalen Solldrehzahl einer zugehörigen Leistungsquelle (z. B. 2500 Umdrehungen pro Minute (U/min)) gerichtet. Daher sind das System und die zugehörigen Umweltvariablen der Veröffentlichung '064 möglicherweise nicht für eine Verwendung in einer Anwendung geeignet, bei der die Drehzahl der Leistungsquelle nicht stationär ist. Ferner werden in der Veröffentlichung '064 latente Parameter betrachtet, die mit einer Antriebsleitungsquelle verknüpft sind (z. B. die Motordrehzahl), und dadurch reaktive Maßnahmen zum Steuern der Leistungsverteilung benutzt, was letztlich die Genauigkeit der Steuerung beeinflussen kann. Außerdem berücksichtigt die Veröffentlichung '064 beim Bestimmen, auf welche Weise das Drehmoment zu modifizieren ist, keine resultierenden Emissionen (z. B. Rauch). Da Emissionsvorschriften strenger geworden sind, müssen möglicherweise während des Betriebs einer Hydraulikpumpe bei einer bestimmten Flussrate und einem bestimmten Druck zusätzliche Beschränkungen berücksichtigt werden, derart, dass Emissionen gesetzlichen Vorschriften genügen.
Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der Probleme bzw. Nachteile der Steuerungssysteme nach dem Stand der Technik zu überwinden.
Zusammenfassung der Offenbarung
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zum Steuern einer Leistungsverteilung gerichtet. Das Verfahren kann ein Überwachen mindestens eines mit einer Leistungsquelle verknüpften Parameters, der eine Nähe der Leistungsquelle zu einem Kraftstoffgrenzwert beinhaltet, ein Erzeugen eines Steuersignals basierend auf dem mindestens einen Parameter und ein Verringern einer der Leistungsquelle zugeordneten Last basierend auf einer Charakteristik des Steuersignals beinhalten.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein System zum Steuern einer Leistungsverteilung gerichtet. Das System kann eine Leistungsquelle, die betriebsfähig mit einer Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, die Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung anzutreiben, und eine Steuerung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, mindestens einen Parameter, der eine Nähe der Antriebsquelle zu einem Kraftstoffgrenzwert beinhaltet, zu überwachen und basierend auf dem mindestens einen Parameter ein Steuersignal zu erzeugen. Das System kann ferner eine Flusssteuerungsanordnung beinhalten, die dazu ausgebildet ist, einen der Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung zugeordneten Fluss basierend auf einer Charakteristik des Steuersignals zu steuern.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf eine Maschine gerichtet. Die Maschine kann einen Rahmen, eine Traktionsvorrichtung, eine Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung und eine betriebsfähig mit dem Rahmen, der Traktionsvorrichtung und der Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung verbundene Leistungsquelle beinhalten. Die Maschine kann ferner eine Steuerung beinhalten, die dazu ausgebildet ist, mindestens einen Parameter, der eine Nähe der Leistungsquelle zu einem Kraftstoffgrenzwert beinhaltet, zu überwachen, und die ferner dazu ausgebildet ist, basierend auf dem mindestens einen Parameter ein Steuersignal zu erzeugen. Die Maschine kann ferner eine Flusssteuerungsanordnung beinhalten, die dazu ausgebildet ist, einen der Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung zugeordneten Fluss basierend auf einer Charakteristik des Steuersignals zu steuern.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zum Steuern einer Pumpe mit variabler Verdrängung gerichtet, die einer Leistungsquelle zugeordnet ist. Das Verfahren kann ein Bestimmen eines Kraftstoffflusses zu einer zu der Antriebsquelle gehörenden Verbrennungskammer und ein zum Teil auf der Bestimmung basierendes Steuern einer Verdrängung der Pumpe mit variabler Verdrängung beinhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine beispielhafte Ausführungsform einer Maschine dar,
2 stellt einen vereinfachten Hydraulikschaltplan dar, der konsistent mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, und
3 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben der Systeme der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Das im Folgenden Erörterte mag in erster Linie das Steuern einer Leistungsverteilung erörtern, die mit einer Leistungsquelle und einem durch eine Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung angetriebenen Arbeitsgerät verknüpft ist. Es sei jedoch festgehalten, dass die Systeme und Verfahren, die hierin zum Verwenden eines Kraftstoffkennfelds zum Steuern einer Leistungsverteilung und eines Leistungsausgleichs erörtert sind, genau so auf zahlreiche andere Maschinensteuerungskonfigurationen anwendbar sind. Beispielsweise können die offenbarten Systeme und Verfahren zum Benutzen eines Kraftstoffkennfelds zum Steuern einer Leistungsverteilung unter anderem ebenfalls auf den Leistungsausgleich zwischen einem Lenksystem und einem Antriebsstrang einer Maschine angewandt werden. Ferner kann unter Benutzung des offenbarten Systems und der offenbarten Verfahren im Gegensatz zu einer reaktiven Leistungsverteilung eine vorausschauende Leistungsverteilung erzielt werden, was unter anderem zu einer höheren Genauigkeit der Steuerung führen kann.
1 stellt eine beispielhafte Ausführungsform einer Maschine 10 dar. Die Maschine 10 kann eine mobile Maschine sein, die einen Betrieb durchführen kann, der mit einem Industriezweig wie dem Bergbau, dem Baugewerbe, der Landwirtschaft oder einem anderen in der Technik bekannten Industriezweig in Zusammenhang steht. Die Maschine 10 kann beispielsweise eine Erdbaumaschine wie ein Radlader, ein Muldenkipper, ein Schaufelbagger, ein Motorgrader oder eine andere geeignete Maschine sein. Die Maschine 10 kann eine Leistungsquelle 12, einen Rahmen 7, ein elektronisches Steuermodul (englisch: electronic control module, ECM) 70, eine Lenkeinrichtung 14 und ein Getriebe 30 beinhalten, das mit mindestens einer angetriebenen Traktionsvorrichtung 17 verbunden ist. Die Maschine 10 kann ferner ein oder mehrere Arbeitssysteme 22 beinhalten.
Die Leistungsquelle 12 kann ein Motor wie beispielsweise ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein durch einen gasförmigen Kraftstoff angetriebener Motor wie ein Erdgasmotor oder ein anderer, für den Fachmann offensichtlicher Motor sein. Die Leistungsquelle 12 kann ebenfalls als eine andere Quelle einer Leistung wie eine Brennstoffzelle, eine Leistungsspeichervorrichtung oder eine andere in der Technik bekannte Quelle einer Leistung ausgeführt sein.
Das Getriebe 30 kann mit der Leistungsquelle 12 verbunden sein und eine oder mehrere Hydraulikpumpen und/oder einen oder mehrere Hydraulikmotoren 90 beinhalten. Die eine oder mehreren Hydraulikpumpen und/oder Hydraulikmotoren 90 können eine variable Verdrängung, eine variable Fördermenge, eine feste Verdrängung oder eine andere in der Technik bekannte Konfiguration aufweisen. Das Getriebe 30 kann Getriebe wie hydraulisch betätigte Planetengetriebe, gestufte Getriebe, stufenlose Getriebe und beliebige andere in der Technik bekannte Arten von Getrieben beinhalten. Das Getriebe 30 kann ferner eine Ausgangswelle enthalten, die die Leistungsquelle 12 betriebsfähig mit der Traktionsvorrichtung 17 verbindet. Die Maschine 10 kann ein Untersetzungsgetriebe wie beispielsweise ein Planetengetriebe, das zwischen der Leistungsquelle 12 und der Traktionsvorrichtung 17 angeordnet ist, beinhalten oder auch nicht.
Das Arbeitssystem 22 kann ein Arbeitsgerät 24 zum Durchführen verschiedener Aufgaben enthalten, die beispielsweise ein Laden, Verdichten, Heben, Abbürsten und andere gewünschte Aufgaben beinhalten. Das Arbeitsgerät 24 kann zahlreiche Vorrichtungen beinhalten, beispielsweise Schaufeln, Verdichter, gabelförmige Hebevorrichtungen, Bürsten oder andere geeignete Vorrichtungen, je nach der zu erfüllenden Aufgabe. Beispielsweise kann es die Aufgabe der Maschine 10 sein, ausgehobene Erde von einer Stelle einer Mine oder eines ähnlichen Einsatzorts zu einer anderen zu bewegen. Solch eine Anordnung kann dazu führen, dass eine Schaufelladervorrichtung wie das gezeigte Arbeitsgerät 24 benutzt wird.
Das Arbeitssystem 22 kann ferner einen oder mehrere Arbeitshydraulikzylinder 16 zum Bewegen verschiedener Abschnitte des Arbeitssystems 22 (z. B. Heben und/oder Neigen des Arbeitsgeräts 24) beinhalten. Die Arbeitshydraulikzylinder 16 können mit verschiedenen, mit dem Arbeitssystem 22 verknüpften Drehpunkten zusammenwirken, um eine gewünschte Bewegung zu bewirken. Die Bewegung des Arbeitssystems 22 kann über ein Ausfahren und Einfahren von Kolben bewirkt werden, die den einen oder mehreren Arbeitshydraulikzylindern 16 zugeordnet sind.
Das Arbeitssystem 22 kann ferner Erfassungseinrichtungen beinhalten, die dazu ausgebildet sind, eine mit dem Arbeitssystem 22 verknüpfte Last zu erfassen. Solche Sensoren können elektrische und/oder mechanische Sensoren oder eine Kombination derselben beinhalten. Beispielsweise kann das Arbeitssystem 22 ein oder mehrere (nicht gezeigte) Wegeventile (englisch: directional spool valves) enthalten, die derartige Erfassungseinrichtungen beinhalten können. Die zu den einem oder mehreren Wegeventilen gehörenden Erfassungseinrichtungen können Informationen liefern, die eine aktuelle Last an dem Arbeitssystem 22 anzeigen. Alternativ können die Arbeitshydraulikzylinder 16 (nicht gezeigte) Lasterfassungsleitungen beinhalten, die dazu ausgebildet sind, einen der Arbeitsgerätlast in dem Arbeitsgerät 24 zugeordneten hydraulischen Druck zu übertragen. Die (nicht gezeigte) Lasterfassungsleitung kann eine Hydraulikleitung sein, die mit einer oder beiden der Kammern der Hydraulikzylinder 16 fluidleitend verbunden ist und dazu ausgebildet ist, einen Fluss eines Hydraulikfluids zu erlauben. Die (nicht gezeigte) Lasterfassungsleitung kann dann mit einer oder mehreren Vorrichtungen fluidleitend verbunden sein, die dazu ausgebildet sind, ein Drucksignal in ein geeignetes elektrisches und/oder mechanisches Signal umzuwandeln. Andere Vorrichtungen zum Liefern eines Lasterfassungssignals können eingesetzt werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
Die Lenkeinrichtung 14 kann einen oder mehrere Lenkhydraulikzylinder 18 beinhalten, die sich auf beiden Seiten der Maschine 10 befinden (lediglich eine Seite ist gezeigt) und die zusammen mit einer zentral angeordneten Gelenkverbindung 20 funktionieren. Zum Bewirken des Lenkens kann der Hydraulikzylinder 18, der sich auf einer Seite der Maschine 10 befindet, ausfahren, während der Hydraulikzylinder 18, der sich auf der gegenüberliegenden Seite der Maschine 10 befindet, gleichzeitig einfährt, wodurch bewirkt wird, dass sich ein vorderes Ende der Maschine 10 relativ zu einem hinteren Ende der Maschine 10 um die Gelenkverbindung 20 dreht. Es wird in Betracht gezogen, dass die Lenkeinrichtung 14 alternativ eine größere oder eine kleinere Zahl von Hydraulikzylindern 18, eine unterschiedliche Konfiguration der Hydraulikzylinder 18 wie eine direkte Verbindung mit einer oder mehreren lenkbaren Traktionsvorrichtungen der Maschine 10 beinhalten kann, und/oder dass die Hydraulikzylinder 18 weggelassen sein können und das Lenken der Maschine 10 durch eine unterschiedliche Art einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung wie beispielsweise einen Hydraulikmotor mit einer Zahnstangenkonfiguration bewirkt werden kann.
Das elektronische Steuermodul (ECM) 70 kann mit verschiedenen, der Leistungsquelle 12 und der Maschine 10 zugeordneten Systemen in einer Kommunikationsverbindung stehen und dazu ausgebildet sein, Daten zu solchen Systemen zu liefern und von denselben zu empfangen. Das ECM 70 kann eine beliebige in der Technik bekannte Vorrichtung sein, die zum Empfangen und Liefern von Daten geeignet ist, die sich auf den Betrieb der Leistungsquelle 12 beziehen. Das ECM 70 kann beispielsweise ein Computer oder eine ähnliche Vorrichtung sein.
2 ist ein vereinfachter Schaltplan eines beispielhaften Hydraulikkreises mit variablem Drehmoment, der in Verbindung mit der Maschine 10 eingesetzt werden kann. Die Maschine 10 kann einen Hydraulikkreis 33 enthalten, der fluidleitend mit einem Arbeitskreis, der dazu ausgebildet ist, das Arbeitssystem 22 zu betätigen, und mit einem Lenkkreis, der dazu ausgebildet ist, die Lenkeinrichtung 14 zu betätigen, verbunden ist. Wenngleich die 2 einen Hydraulikkreis 33 darstellt, der dazu vorgesehen ist, dem Arbeitskreis und dem Lenkkreis ein unter Druck stehendes Fluid zuzuführen, ist offensichtlich, dass der Hydraulikkreis 33 alternativ mehr oder weniger Hydraulikkreisen der Maschine ein unter Druck stehendes Fluid zuführen kann. Ferner können der Arbeitskreis und der Lenkkreis in einem gemeinsam verwendeten Hydraulikkreis in Betrieb sein, oder zusätzliche Pumpen und zugehörige Kreise können vorgesehen sein, derart, dass jeder Hydraulikkreis über seine eigens zugewiesene Hydraulikpumpe ein unter Druck stehendes Fluid aufnehmen kann.
Der Hydraulikkreis 33 kann unter anderem eine Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung, ein oder mehrere Ventile (z. B. ein Druckreduzierventil 40), eine Flusssteuerungsanordnung 52, einen Lasterfassungsdrucksensor 67 und eine Steuerung 42 enthalten.
Die Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung kann dazu ausgebildet sein, ein Fluid aus einem Behälter 48 anzusaugen und einen Fluss des Fluids mit einem bestimmten Auslassdruck zu erzeugen. Dabei kann die Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung auf die Antriebsquelle 12 ein Drehmoment ausüben. Dieses Drehmoment kann basierend auf einem Auslassdruck der Pumpe (d. h. P_dc) und einer zugehörigen Flussrate des unter Druck stehenden Hydraulikfluids von der Pumpe berechnet werden. Alternativ kann das Drehmoment unter anderem basierend auf einem Zustand der Flusssteuerungsanordnung 52 (z. B. dem Taumelscheibenwinkel) berechnet werden. Die Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung kann ein Pumpenflusssteuerungsbauteil wie eine Taumelscheibe enthalten, die dazu ausgebildet ist, den Hub eines oder mehrerer zu der Pumpe gehörender Kolben zu variieren. Durch Variieren des Hubs des einen oder der mehreren Kolben kann der maximale Pumpenfluss erhöht oder verringert werden und dadurch das resultierende maximale Pumpendrehmoment erhöht oder verringert werden. Das maximale Pumpendrehmoment, wie hierin verwendet, ist so zu verstehen, dass es das maximale Drehmoment bezeichnet, das bei einem beliebigen Auslassdruck durch die Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung an die Leistungsquelle 12 angelegt werden kann, wenn die Pumpe 38 bei maximalem Fluss (d. h. voller Auslastung) in Betrieb ist.
Die Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung kann beispielsweise durch eine Gegenwelle 50, einen (nicht gezeigten) Riemen, einen (nicht gezeigten) elektrischen Schaltkreis oder auf eine andere geeignete Weise mit der Leistungsquelle 12 verbunden sein. Zusätzlich kann das unter Druck stehende Fluid von der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung zahlreichen in der Maschine 10 enthaltenen Signaldruckkreisen zugeführt werden. Das unter Druck stehende Fluid kann verschiedenen Ventilen (z. B. dem Druckreduzierventil 40, einem oder mehreren (nicht gezeigten) Wegeventilen, etc.), die zu der Maschine 10 gehören, und/oder direkt von der Hydraulikpumpe 38 zugeführt werden. Beispielsweise kann ein Lasterfassungsdruck (P_dc), der der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung zugeordnet ist, von einem (nicht gezeigten) Wegeventil geliefert werden, das einen Fluss des Fluids von der Hydraulikpumpe 38 empfängt. Dieses Lasterfassungssignal kann dann zu der Steuerung 42, Rückkopplungskolben, die der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung zugeordnet sind, und/oder anderen geeigneten Vorrichtungen geliefert werden.
Die Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung kann dazu ausgebildet sein, Drucksignale zu empfangen, die eine Anpassung von Betriebsparametern (z. B. der Flussrate) der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung angeben. Solche Drucksignale können beispielsweise ein Auslassdrucksignal (P_dc) und ein Flussanpassungssignal (P_Steuer) beinhalten. Beispielsweise kann P_dc die mit der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung verknüpfte Last anzeigen, wohingegen P_Steuer eine Modifikation der Flussrate der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung anzeigen kann, die dazu benutzt wird, ein der Hydraulikpumpe 38 zugeordnetes Drehmoment zu modifizieren. Das Einspeisen solcher Drucksignale zurück in die Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung kann damit zusammenhängende Erhöhungen oder Verringerungen des Fluidflusses bewirken (z. B. durch Bewirken einer Winkeländerung einer zu der Pumpe 38 gehörenden Taumelscheibe).
Ein oder mehrere Ventile können in dem Hydraulikkreis 33 fluidleitend verbunden sein. Beispielsweise kann ein Druckreduzierventil 40 dazu ausgebildet sein, einen Teil eines Flusses von unter Druck stehendem Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe 38 zu empfangen und solch einen Fluss dazu zu verwenden, einen bestimmten Druck (z. B. P_Pilot) in einem Teil des Hydraulikkreises 33 aufrechtzuerhalten. Ferner können ein oder mehrere Ventile dazu ausgebildet sein, Drucksignale (z. B. P_dc) zu anderen Teilen des Hydraulikkreises 33 und/oder anderen Hydraulikkreisen zu liefern. Solche Ventile können Zweiwegeventile, Richtungsventile, Druckreduzierventile, Druckentlastungsventile und/oder andere geeignete Vorrichtungen beinhalten. Wenngleich gezeigt ist, dass P_Pilot dem Druckreduzierventil 40 von der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung zugeführt wird, kann P_Pilot von einer anderen geeigneten Quelle eines unter Druck stehenden Fluids, die der Maschine 10 zugeordnet ist, zugeführt werden. Beispielsweise kann P_Pilot durch einen Lasterfassungsdrucksensor 67, einen hydraulischen Lüfterkreis, einen mit Leistung versorgten Hebekreis, eine Pilotpumpe oder eine andere geeignete Quelle zugeführt werden.
Der Lasterfassungsdrucksensor 67 kann dazu ausgebildet sein, einen Teil des unter Druck stehenden Fluids von der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung zu empfangen (z. B. zum Reproduzieren des Pumpenauslassdrucks) und eine den Druck (z. B. P_dc) angebende Last zu messen. Der Lasterfassungsdrucksensor 67 kann mit einer oder mehreren Fluidtransportvorrichtungen in Zusammenhang stehen, die beispielsweise Wegeventile beinhalten. Der Lasterfassungsdrucksensor 67 kann Druckwandler, Ventile und andere geeignete Vorrichtungen beinhalten. Der Lasterfassungsdrucksensor 67 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, einen Teil des unter Druck stehenden Fluids von der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung aufzunehmen, und kann seinerseits P_dc messen, während er der Flusssteuerungsanordnung 52 und der Steuerung 42 einen Teil des unter Druck stehenden Fluids zuführt.
Die Flusssteuerungsanordnung 52 kann dazu ausgebildet sein, einen der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung zugeordneten Fluss eines Hydraulikfluids zu steuern. Die Flusssteuerungsanordnung 52 kann unter anderem ein Signalmodifizierungsbauteil 46 und ein (nicht gezeigtes) Pumpenflussmodifizierungsbauteil enthalten. Das Signalmodifizierungsbauteil 46 kann ein Magnetventil oder eine andere geeignete Vorrichtung beinhalten, die dazu ausgebildet ist, ein erstes Drucksignal (z. B. P_Pilot) und ein Steuersignal zu empfangen und das erste Drucksignal zu modifizieren, um basierend auf einer Charakteristik des Steuersignals ein Flusseinstellungssignal (z. B. zu erzeugen. Beispielsweise kann das Signalmodifizierungsbauteil 46 P_Pilot basierend auf einem dem von der Steuerung 42 empfangenen Steuersignal zugeordneten elektrischen Strom erhöhen oder verringern. Dies kann durch Öffnen und Schließen des Signalmodifizierungsbauteil 46 in Bezug auf den elektrischen Strom erreicht werden. Bei einer Ausführungsform kann zwischen der Charakteristik und einem der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung zugeordneten Drehmoment eine inverse Beziehung bestehen. Mit anderen Worten kann eine Erhöhung des mit dem Steuersignal zusammenhängenden Stroms bewirken, dass das Signalmodifizierungsbauteil 46 P_Steuer erhöht, wodurch der maximale Pumpenfluss begrenzt und das maximale Pumpendrehmoment verringert wird. Umgekehrt kann, wenn die Charakteristik des Steuersignals verringert wird (z. B. bei einer Verringerung des Stroms), das Signalmodifizierungsbauteil 46 eine Verringerung von P_Steuer bewirken, wodurch die Begrenzung des Pumpenflusses verringert wird und das maximale Pumpendrehmoment erhöht wird.
Das (nicht gezeigte) Pumpenflussmodifizierungsbauteil kann dazu ausgebildet sein, einen maximalen Fluss der unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit, der der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung zugeordnet ist, basierend auf einem Flusseinstellungssignal P_Steuer einzustellen. Bei einer Ausführungsform kann das einen Pumpenfluss modifizierende Bauteil eine einstellbare Taumelscheibe im Innern der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung beinhalten. Bei solch einer Ausführungsform kann ein der Taumelscheibe zugeordneter veränderlicher Winkel den maximalen Pumpenfluss durch Ändern einer Hublänge von sich hin und her bewegenden Kolben beeinflussen, die den unter Druck stehenden Fluidfluss erzeugen. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere einen Pumpenfluss modifizierende Bauteile (oder Verfahren) verwendet werden können. Beispielsweise kann es erwünscht sein, den Pumpenfluss über einen Pumpendrehzahlmodulator oder eine andere geeignete Vorrichtung zu steuern.
Die Steuerung 42 kann eine mechanische oder eine elektrische Steuerung sein, die dazu ausgebildet ist, mit der Maschine 10 und der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung verknüpfte Betriebsparameter zu überwachen, abzutasten und/oder zu empfangen. Die Parameter können beispielsweise einen Auslassdruck (P_dc) der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung, eine der Leistungsquelle zugeordnete Drehzahl (z. B. Umdrehungen pro Minute), eine Rate einer Kraftstoffförderung zu der Leistungsquelle, eine Nähe der Leistungsquelle zu einem Kraftstoffgrenzwert und einen atmosphärischen Druck beinhalten. Wie hierin verwendet, soll eine Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert die Differenz zwischen einer vorbestimmten Kraftstoffgrenzmenge, die einer Leistungsquelle zugeordnet ist, und einer aktuell zu der Leistungsquelle geförderten Kraftstoffmenge bezeichnen. Beispielsweise kann eine Rauchbegrenzungskraftstoffmenge der Antriebsquelle 12 basierend auf experimentellen Daten und/oder Testdaten bestimmt werden, die der Leistungsquelle 12 zugeordnet sind. Solche Daten können anzeigen, dass Kraftstoff, der über eine bestimmte Menge (z. B. 85 mm³ pro Injektorhub) hinaus zu der Leistungsquelle 12 gefördert wird, die bei einer bestimmten Drehzahl (z. B. 850 U/min) in Betrieb ist, die Emission von Rauch bewirken kann, was Emissionsvorschriften verletzen und/oder Kraftstoff vergeuden kann. Daher kann die Rauchbegrenzungskraftstoffmenge der Leistungsquelle 12 bei 850 U/min 85 mm³ pro Injektorhub sein. Eine zugehörige Nähe zu einem Rauchkraftstoffgrenzwert für die bei 850 U/min betriebene Leistungsquelle 12 kann basierend auf der Rauchbegrenzungskraftstoffmenge von 85 mm³ pro Injektorhub minus der tatsächlich der Leistungsquelle 12 zugeführten Menge an Kraftstoff (z. B. 70 mm³) berechnet werden, was eine aktuelle Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert von 15 mm³ pro Injektorhub ergibt. Die Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert kann auch basierend auf anderen Grenzwerten bestimmt werden, die beispielsweise eine Drehmomentbegrenzungskraftstoffmenge beinhalten.
Die Steuerung 42 kann mit verschiedenen, der Maschine 10 zugeordneten Systemen in einer Kommunikationsverbindung stehen, beispielsweise einer Flusssteuerungsanordnung 52, einem Leistungsquellen-ECM 70 und einem Lasterfassungsdrucksensor 67. Die Steuerung 42 kann ferner dazu ausgebildet sein, ein Steuersignal, das verschiedene, auf den überwachten Parameter basierende Charakteristiken beinhaltet, zu der Flusssteuerungsanordnung 52 zu liefern. Die Charakteristiken des Steuersignals können beispielsweise eine Spannung, einen Strom, eine Frequenz und/oder andere geeignete Charakteristiken beinhalten. Bei einer Ausführungsform kann die Steuerung 42 dazu ausgebildet sein, eine Strom- und/oder eine Spannungscharakteristik des Steuersignals basierend auf den überwachten Parameter zu variieren. Bei solch einer Ausführungsform kann die Steuerung 42 bestimmen, dass eine maximale Drehmomentlast, die der Leistungsquelle 12 bei einer bestimmten Betriebsbedingung auferlegt wird, 175 Nm beträgt. Basierend auf dieser Information kann die Steuerung 42 bestimmen, dass ein Steuersignal einen Strom von 2 Ampere beinhalten kann. Die Steuerung 42 kann daher ein Steuersignal mit 2 Ampere zu der Flusssteuerungsanordnung 52 senden, was eine resultierende Verringerung des maximalen Drehmoments der Pumpe 38 bewirkt.
Die Steuerung 42 kann Daten und Algorithmen, die sich auf Kraftstoffgrenzwerte, Drehmomentgrenzwerte, Leistungsquellendrehzahlen, atmosphärische Drücke, Drehmomentausgaben der Leistungsquellen, die Nähe zu Kraftstoffgrenzwerten und zugehörige Steuersignalcharakteristiken sowie Kombinationen derselben beziehen, in einem Speicher oder an einem anderen geeigneten Speicherort speichern. Solche Daten können eine Bestimmung akzeptabler Drehmomentlasten, die angelegt werden können, basierend auf den verschiedenen Kraftstoffgrenzwerten, die der Leistungsquelle 12 zugeordnet sind, ermöglichen. Die Daten können experimentell gesammelt werden und unter anderem auf einer Dimensionierung der Leistungsquelle, einer Drehzahl (d. h. Umdrehungen pro Minute (U/min)) und/oder einer Drehmomentlast basieren. Solche Daten können für eine Bezugnahme in einer Tabelle in der Steuerung 42 gespeichert sein, und/oder ein Teil der Daten kann unter Verwendung von in der Steuerung 42 gespeicherten und auf ähnlichen Parameter basierenden Algorithmen berechnet werden. Die Steuerung 42 kann beispielsweise Daten enthalten, die angeben, dass die Rauchbegrenzungskraftstoffmenge einer Leistungsquelle, die bei 850 U/min in Betrieb ist, 85 mm³ beträgt. Die Steuerung 42 kann ferner Daten enthalten, die angeben, dass bei einer Kraftstoffmenge von 85 mm³ und einer Leistungsquellendrehzahl von 850 U/min das maximale Drehmoment, das an die Leistungsquelle 12 angelegt werden kann, um die gewünschte Leistung zu liefern (z. B. ohne untertourigem Laufen und/oder Absterben), 175 Nm sein kann. Daher kann die Steuerung 42 ebenfalls Algorithmen zum Bestimmen, wann ein Steuersignal, das eine Verringerung des maximalen Pumpendrehmoments bewirkt, zu der Flusssteuerungsanordnung 52 zu senden ist, enthalten. Beispielsweise kann in der vorher beschriebenen Situation, in der das maximale Drehmoment 175 Nm ist, die Steuerung 42 ein Steuersignal zu der Flusssteuerungsanordnung senden, das ein Begrenzung des Pumpenflusses bewirkt, derart, dass bei einem bestimmten Auslassdruck ein zugehöriger Pumpenfluss kein Drehmoment an der Leistungsquelle 12 bewirkt, das größer als 175 Nm ist.
Ein Fachmann wird erkennen, dass basierend auf den überwachten Parameter zahlreiche andere Charakteristiken eines Steuersignals benutzt werden können. Beispielsweise kann die Steuerung 42 basierend auf einem bestimmten Betriebszustand festlegen, dass ein Steuersignal eine Charakteristik von 12 Volt und 1,0 Ampere haben sollte.
Auch wenn die Steuerung 42 in den Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung getrennt von dem ECM 70 abgebildet ist, ist offensichtlich, dass die Steuerung 42 mit dem ECM 70 integriert sein kann, derart, dass eine einzige Einheit (das ECM 70) die Funktionen der Steuerung 42 ausführen kann.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die offenbarten Systeme und Verfahren können auf ein beliebiges mit Leistung versorgtes System angewandt werden, das eine Hydraulikpumpe beinhaltet. Die offenbarten Systeme und Verfahren können eine Steuerung einer Leistungsverteilung von einer Leistungsquelle zu einer Hydraulikpumpe oder einer anderen Leistung ziehenden Vorrichtung erlauben. Insbesondere können die offenbarten Systeme und Verfahren zur Unterstützung eines Ansprechens einer Maschine und/oder eines Arbeitsgeräts, einer Emissionsregelung und einem Begrenzen eines untertourigen Laufens und/oder Absterbens einer Leistungsquelle beitragen. Ein Betriebsablauf der offenbarten Systeme und Verfahren wird nun erklärt.
Eine Leistungsquelle kann dazu ausgebildet sein, ein maximales Ausgangsdrehmoment bei einer bestimmten Leistungsquellendrehzahl (d. h. drehmomentbegrenzt) zu liefern. Beispielsweise kann eine Leistungsquelle bei einer Leistungsquellendrehzahl von 1500 U/min ein maximales Ausgangsdrehmoment von 500 Nm haben. Anlegen eines Drehmoments, das größer als 500 Nm ist, an die Leistungsquelle, die bei 1500 U/min in Betrieb ist, kann unter anderem verursachen, dass die Leistungsquelle den Betrieb einstellt (d. h. abstirbt). Verschiedene Drehzahlen der Leistungsquelle können damit in Beziehung stehende maximale Ausgangsdrehmomente haben, und solche Daten können experimentell erfasst werden. Der Drehmomentgrenzwert für eine bestimmte Leistungsquellendrehzahl kann ebenfalls mit einer bei einer bestimmten Leistungsquellenlast (d. h. einem bestimmten angelegten Drehmoment) zu der Leistungsquelle geförderten Kraftstoffmenge verknüpft sein. Daher kann das von der Leistungsquelle 12 verfügbare Drehmoment basierend auf vorbestimmten Kraftstofffördermengen vorausgesagt werden. Die zu einem einzelnen Zylinder der Leistungsquelle geförderte Kraftstoffmenge kann basierend auf einem Kraftstoffpumpenvolumen, einer Leistungsquellen/Kraftstoffpumpendrehzahl, einer Zahnstangenposition und der Zahl von Zylindern, die zu der Leistungsquelle gehören, gemessen werden. Alternativ dazu können experimentelle Daten dazu verwendet werden, die geförderte Kraftstoffmenge basierend auf einem Druck in einer Kraftstoffleiste und einer Öffnungsdauer von Injektoren zu bestimmen. Eine Kraftstoffleiste kann eine Kraftstoffleitung beinhalten, die Injektoren in einem Mehrpunkt-(z. B. Mehrzylinder-)Kraftstoffeinspritzsystem verbindet. Der Kraftstoffinjektor kann eine mit der Kraftstoffleiste in Fluidverbindung stehende Vorrichtung beinhalten, einschließlich einer konstanten oder einer variablen Öffnung, die dazu entworfen ist, sich zu öffnen und zu schließen und dadurch Kraftstoff von der Kraftstoffleiste zu dosieren und in eine Verbrennungskammer einzusprühen. Das ECM 70 kann Daten speichern, die die geförderte Kraftstoffmenge bei zahlreichen Rail-Drücken und Kraftstoffinjektoröffnungsdauern angeben. Solche Daten können beispielsweise angeben, dass bei 1500 bar und einem Injektor, der für eine Dauer von 0,2 Sekunden geöffnet ist, 125 mm³ Kraftstoff in die entsprechende Verbrennungskammer eingespritzt werden können. Daher kann das ECM 70 einen Kraftstoffleistendruck überwachen und eine Einspritzöffnungsdauer steuern, um eine gewünschte Kraftstoffmenge zu einem zu der Leistungsquelle 12 gehörenden Zylinder zu fördern. Das ECM 70 kann ferner in einer Kommunikationsverbindung mit der Steuerung 42 stehen, derart, dass die Steuerung 42 mit Kraftstoffförderinformationen versorgt werden kann. Andere geeignete Konfigurationen zum Bestimmen der geförderten Kraftstoffmenge können ebenfalls benutzt werden, ohne den Schutzbereich der Offenbarung zu verlassen.
Ein Betrieb einer Verbrennungskammer kann von dem Verhältnis der Luft und des Kraftstoffdampfes abhängen, die während des Betriebs zugeführt werden. Wenn das Luft/Kraftstoffdampf-Verhältnis bestimmt wird, kann der Kraftstoffdampf einen primären Kraftstoff sowie andere verbrennbare Materialien (z. B. Propan etc.) in der Verbrennungskammer beinhalten. Das Luft/Kraftstoffdampf-Verhältnis wird häufig als ein Lambda-Wert ausgedrückt, der aus dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffdampf-Verhältnis abgeleitet wird. Das stöchiometrische Luft/Kraftstoffdampf-Verhältnis ist das chemisch korrekte Verhältnis dafür, dass eine Verbrennung stattfinden kann. Ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffdampf-Verhältnis kann als äquivalent zu einem Lambda-Wert von 1,0 betrachtet werden.
Verbrennungskammern können bei nicht stöchiometrischen Luft/Kraftstoffdampf-Verhältnissen arbeiten. Eine Verbrennungskammer mit einem niedrigeren Luft/Kraftstoffdampf-Verhältnis hat ein Lambda kleiner als 1,0 und wird als fett bezeichnet. Eine Verbrennungskammer mit einem höheren Luft/Kraftstoffdampf-Verhältnis hat ein Lambda größer als 1,0 und wird als mager bezeichnet.
Emissionsrichtlinien haben eine zusätzliche Maßgabe vorgegeben, dadurch, dass sie vorsehen, dass keiner Leistungsquelle so viel Kraftstoff zugeführt werden soll, dass Emissionen von schwarzem Rauch erzeugt werden. Schwarzer Rauch (z. B. Ruß) kann erzeugt werden, wenn Lambda kleiner als 1,0 wird (d. h. mehr Kraftstoff als bei dem stöchiometrischen Verhältnis vorliegt). Solch ein Zustand kann insbesondere bei niedrigen Betriebsdrehzahlen der Leistungsquelle bei einem plötzlichen Leistungsbedarf auftreten, beispielsweise wenn ein Beschleunigungspedal schnell von einer minimalen zu einer maximalen Position heruntergedrückt wird oder ein Arbeitsgerät voll angesteuert wird. Ein Luftfluss zu der Leistungsquelle kann unter anderem aufgrund niedriger Turboladerdrehzahlen begrenzt sein, und die erhöhte Kraftstoffmenge kann daher verursachen, dass Lambda unter 1,0 fällt. Daher kann es vor allem dann, wenn Leistungsquellendrehzahlen möglicherweise nicht stationär sind (z. B. wenn Fahrzeuge beschleunigen/abbremsen, während ebenfalls eine Hydraulikpumpe in Betrieb ist), besonders wichtig sein, einer Leistungsquelle zu erlauben, die Betriebsdrehzahl zu erhöhen und daher einen erhöhten Luftfluss zu erreichen. Dies kann zum Teil durch Begrenzen der an die Leistungsquelle angelegten Drehmomentlast erreicht werden.
Da jede Leistungsquelle drehmomentbegrenzt sein kann, und da Emissionsstandards eine zusätzliche Rauchkraftstoffbegrenzung geschaffen haben, können Verfahren zum Steuern einer mit einer Leistungsquelle verknüpften Leistungsverteilung von Vorteil sein.
3 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern einer durch eine Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung an eine Leistungsquelle angelegten Drehmomentlast darstellt. Die Steuerung 42 kann mindestens einen dem Betrieb der Leistungsquelle 12 zugeordneten Parameter überwachen und/oder bestimmen (Schritt 305). Solche Parameter können unter anderem geförderte Kraftstoffmengen, die Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert, die Leistungsquellendrehzahl und einen atmosphärischen Druck beinhalten. Beispielsweise kann sich die Leistungsquelle 12 bei 850 U/min auf Meeresspiegel bei minimaler Last mit einer geförderten Kraftstoffmenge von 25 mm³ pro Injektorhub im Leerlauf befinden. Die Steuerung 42 kann ferner Daten und/oder Algorithmen beinhalten, die sich auf das Bestimmen der Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert bei verschiedenen Betriebsbedingungen der Maschine beziehen. Beispielsweise können die Daten eine Rauchbegrenzungskraftstoffmenge der Leistungsquelle 12 bei 850 U/min als 85 mm³ Kraftstoff pro Injektorhub angeben. Unter Verwendung dieser Information kann die Steuerung 42 die aktuelle Nähe zu dem Kraftstoffgrenzwert als 85 mm³ minus der aktuell zugeführten Menge von 25 mm³, also 60 mm³ pro Injektorhub bestimmen (Schritt 310). Die bestimmte Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert kann dann mit einem vorbestimmten Wert verglichen werden, der eine minimale gewünschte Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert für die Leistungsquelle 12 vor einem Einstellen der maximalen Drehmomentlast angibt, die für die Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung verfügbar ist. Bei einer Ausführungsform kann der vorbestimmte Wert einer Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert 15 mm³ pro Injektorhub sein. Bei dem vorliegenden Beispiel wird eine Nähe zu einem Rauchkraftstoffgrenzwert von 60 mm³ pro Injektorhub berechnet, und daher ist basierend auf der Nähe zu dem Rauchkraftstoffgrenzwert keine Verringerung des maximalen Drehmoments notwendig (Schritt 310: nein). Die Steuerung 42 kann fortfahren, ein Signal zu erzeugen, das eine minimale oder keine Anpassung des Maximalflusses der Pumpe 38 bewirkt (Schritt 320). Wenn jedoch eine zusätzliche Last an die Leistungsquelle 12 angelegt wird (z. B. bei einem Betrieb eines Arbeitsgeräts) und wenn eine Maschine beschleunigt wird (z. B. wenn ein Betreiber das Beschleunigungspedal betätigt), kann der Leistungsquelle 12 zusätzlicher Kraftstoff zugeführt werden. Dies kann die Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert verringern, wenn keine Erhöhung der Leistungsquellendrehzahl und keine entsprechende Erhöhung des Luftflusses vorliegen. Ferner kann die Leistungsquelle 12 hinsichtlich einer Drehzahlerhöhung begrenzt sein oder an einer solchen gehindert werden, wenn basierend auf einem Betrieb eines Arbeitsgeräts oder anderen Lastfaktoren eine zu große Drehmomentlast angelegt wird. Die Verwendung einer Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert kann der Steuerung 42 erlauben, zu bestimmen, dass die Leistungsquelle 12 versucht, eine höhere Betriebsdrehzahl zu erreichen (z. B. zu beschleunigen), jedoch aufgrund einer zu großen Last, die an die Leistungsquelle 12 angelegt ist, daran gehindert wird, solch eine Drehzahl zu erreichen. Wenn sich beispielsweise die Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert auf 15 mm³ pro Injektorhub oder weniger verringert (Schritt 310: ja), kann die Steuerung 42 bestimmen, dass der Leistungsquelle 12 mehr Kraftstoff zugeführt wird, die Kraftstoffquelle 12 jedoch nicht in der Lage ist, ihre Betriebsdrehzahl zu erhöhen. Daher kann die Steuerung 42 eine Verringerung mindestens einer an die Leistungsquelle 12 angelegten Last bewirken (Schritt 325). Bei einem Beispiel kann eine Charakteristik (z. B. ein Strom) eines Steuersignals modifiziert werden und das Signal zu der Flusssteuerungsanordnung 52 gesendet werden, derart, dass der Fluss von der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung durch Begrenzen der Verdrängung der Hydraulikpumpe 38 reduziert werden kann. Solch eine Verringerung kann auf dem tatsächlichen, durch einen Betreiber der Maschine 10 angewiesenen Strombefehl basieren. Mit anderen Worten, wenn ein Betreiber ein Arbeitsgerät mit 100% ansteuert, kann die Steuerung 42 bewirken, dass der Befehl auf einen Bruchteil von 100% (z. B. 30%) verringert wird. Dies kann wiederum die maximale Drehmomentlast, die die Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung an die Leistungsquelle 12 anlegen kann, verringern und dadurch der Leistungsquelle 12 erlauben, die Leistungsquellendrehzahl zu erhöhen. Wenn sich eine mit der Leistungsquelle 12 verknüpfte Leistungsquellendrehzahl erhöht, kann sich ein Luftfluss zu der Leistungsquelle 12 ebenfalls erhöhen und dadurch Lambda und die Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert erhöhen. Wenn die Steuerung 42 bestimmt, dass die Leistungsquelle nicht länger durch eine Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert oder andere Faktoren eingeschränkt ist, kann die Steuerung 42 erneut erlauben, dass alle Lasten angelegt werden, und eine Charakteristik des Steuersignals derart modifizieren, dass die Flusssteuerungsanordnung 52 der Pumpe 38 erlaubt, zu ihrem maximalen Fluss zurückzukehren (z. B. durch Verringern eines elektrischen Stroms zu dem Magnetventil 46) (Schritt 320).
Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Parameter beim Bestimmen eines Werts einer mit einem Steuersignal verknüpften Charakteristik nützlich sein können. Bei einer Ausführungsform kann ein Algorithmus zum Verhindern eines Absterbens einen Schutz vor einem Absterben bei niedrigeren Leistungsquellendrehzahlen durch Begrenzen des maximalen Drehmoments der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung basierend auf lediglich der Leistungsquellendrehzahl liefern. Während die Leistungsquelle 12 bei einer Drehzahl betrieben wird, die niedriger als eine optimale Drehzahl ist, kann die Leistungsquelle 12 ein reduziertes Drehmoment zur Verfügung stellen. Daher kann während Perioden einer niedrigen Motordrehzahl die Steuerung 42 eine niedrige Motordrehzahl erfassen und eine Charakteristik eines Steuersignals entsprechend modifizieren. Beispielsweise kann sich die Drehzahl der Leistungsquelle 12 als ein Resultat einer Verringerung einer Beschleunigung, einer Erhöhung einer Last, etc. von 800 U/min auf 700 U/min verringern. Wenn sich die Drehzahl verringert, kann die Steuerung 42 den mit einem zu der Flusssteuerungsanordnung 52 gesendeten Steuersignal verknüpften Strom erhöhen. Diese Stromerhöhung kann eine Erhöhung von P_Steuer bewirken, die in einer Begrenzung des Flusses aus der Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung und einer entsprechenden Verringerung des maximalen Drehmoments, das durch Hydraulikpumpe 38 mit variabler Verdrängung an die Leistungsquelle 12 angelegt werden kann, resultiert.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung 42 ein Steuersignal basierend auf einem atmosphärischen Druck anpassen. Wenn beispielsweise der atmosphärische Druck, der die Maschine 10 umgibt, weniger als ein vorbestimmter Wert ist (z. B. 80 KPa), kann die Steuerung 42 ein Steuersignal erzeugen, das eine Reduzierung des maximalen Drehmoments bewirkt, das die Pumpe 38 anlegen kann.
Unter Verwendung von Daten wie vorbestimmten Kraftstofffördermengen und der Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert für zahlreiche Betriebszustände einer Leistungsquelle kann eine mit nicht stationären Leistungsquellen (z. B. heftig beschleunigten und abgebremsten Maschinen) verknüpfte Leistungsverteilung genauer gesteuert werden. Ferner kann, da das Verfahren und das System der vorliegenden Offenbarung resultierende Emissionen (z. B. Rauch) berücksichtigen, wenn bestimmt wird, wie ein mit einer Hydraulikpumpe mit veränderlicher Verdrängung verknüpftes Drehmoment zu modifizieren ist, Emissionsvorschriften besser entsprochen werden, die in letzter Zeit in Kraft getreten sind.
Auch wenn die vorliegende Offenbarung in erster Linie in Zusammenhang mit einem Begrenzen einer Last (z. B. eines Drehmoments) durch vorübergehendes Reduzieren eines Arbeitspumpenflusses erörtert wurde, wird ein Fachmann erkennen, dass andere Verfahren zum Begrenzen einer an eine Leistungsquelle angelegten Last benutzt werden können. Beispielsweise können ähnliche Lastverringerungen durch Verringern eines Lasterfassungssignals erreicht werden, derart, dass das in die Hydraulikpumpe 38 eingespeiste P_dc abnehmen kann (z. B. durch „Ableiten" von etwas Druck). Dies kann wiederum eine Verringerung des Flusses von der Pumpe 38 bewirken. Ferner kann eine zu einem Wegeventil, das einen Fluss eines Fluids zu einem Arbeitsgerät leitet, gehörige Öffnung skaliert (z. B. verringert) werden, um den Fluss von der Hydraulikpumpe 38 zu begrenzen (z. B. weist der Betreiber 100% an, das Ventil öffnet sich jedoch lediglich zu 30%). Bei einem weiteren Beispiel kann die Lastverringerung durch Verringern der von einem Antriebsstrang, der für eine Fortbewegung verwendet wird, entnommenen Leistung erreicht werden, wenn die Steuerung 42 basierend auf einer Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert bestimmt, dass eine Lastverringerung notwendig sein kann. Zahlreiche andere Verfahren zum Bewirken einer Lastverringerung können benutzt werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Für Fachleute ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen an dem Verfahren und dem System zum Steuern einer Pumpe mit variablem Drehmoment vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Offenbarung zu verlassen. Zusätzlich werden andere Ausführungsformen des Verfahrens und des Systems zum Steuern einer Pumpe mit variablem Drehmoment für Fachleute unter Berücksichtigung der Beschreibung offensichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als exemplarisch betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente festgelegt ist.
Zusammenfassung
VERFAHREN UND SYSTEM ZUM STEUERN EINER MASCHINENLEISTUNG
Ein Verfahren zum Steuern einer Hydraulikpumpe (38) mit variablem Drehmoment beinhaltet ein Überwachen von mit einer Leistungsquelle (12) verknüpften Parameter, die eine Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert der Leistungsquelle, eine mit der Leistungsquelle verknüpfte Drehzahl und einen atmosphärischen Druck beinhalten. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Erzeugen eines Steuersignals basierend auf den Parameter und ein Steuern eines der Hydraulikpumpe mit variablem Drehmoment zugeordneten Flusses basierend auf einer Charakteristik des Steuersignals.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Hydraulikpumpe (38) mit variablem Drehmoment, mit Überwachen von mit einer Leistungsquelle (12) verknüpften Parameter, die eine Nähe der Leistungsquelle zu einem Kraftstoffgrenzwert, eine mit der Leistungsquelle verknüpfte Drehzahl und einen atmosphärischen Druck beinhalten, Erzeugen eines Steuersignals basierend auf den Parametern, und Steuern eines der Hydraulikpumpe mit variablem Drehmoment zugeordneten Flusses basierend auf einer Charakteristik des Steuersignals.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner beinhaltend Modifizieren eines Ausgangssignals basierend auf der Charakteristik, und Liefern des Ausgangssignals zu einer Flusssteuerungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, den der Hydraulikpumpe mit variablem Drehmoment zugeordneten Fluss zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert basierend auf einer zugeführten Kraftstoffmenge und mindestens entweder einer Rauchbegrenzungskraftstoffmenge oder einer Drehmomentbegrenzungskraftstoffmenge berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Ausgangssignal zum Bewirken der Verringerung des Flusses modifiziert wird, wenn sich die zugeführte Kraftstoffmenge entweder der Rauchbegrenzungskraftstoffmenge oder der Drehmomentbegrenzungskraftstoffmenge annähert.
System zum Steuern einer Hydraulikpumpe (38) mit variablem Drehmoment, mit einer Leistungsquelle (12), die mit der Hydraulikpumpe mit variablem Drehmoment betriebsfähig verbunden ist und dazu ausgebildet ist, die Hydraulikpumpe mit variablem Drehmoment anzutreiben, einer Steuerung (42), die dazu ausgebildet ist, Parameter zu überwachen, die eine mit der Leistungsquelle verknüpfte Drehzahl, eine Nähe der Leistungsquelle zu einem Kraftstoffgrenzwert und einen atmosphärischen Druck beinhalten, und basierend auf diesen Parametern ein Steuersignal zu erzeugen, und einer Flusssteuerungsanordnung (52), die dazu ausgebildet ist, einen der Hydraulikpumpe mit variablem Drehmoment zugeordneten Fluss basierend auf einer Charakteristik des Steuersignals zu steuern.
System nach Anspruch 5, bei dem die Flusssteuerungsanordnung beinhaltet: ein Signalmodifizierungsbauteil, das dazu ausgebildet ist, das Steuersignal zu empfangen und ein Ausgangssignal basierend auf der Charakteristik zu modifizieren, und ein Pumpenflusssteuerungsbauteil, das dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal zu empfangen und den der Hydraulikpumpe mit variablem Drehmoment zugeordneten Fluss einzustellen.
System nach Anspruch 6, bei dem die Nähe zu einem Kraftstoffgrenzwert basierend auf einer zugeführten Kraftstoffmenge und mindestens entweder einer Rauchbegrenzungskraftstoffmenge oder einer Drehmomentbegrenzungskraftstoffmenge berechnet wird.
System nach Anspruch 7, bei dem das Ausgangssignal zum Bewirken einer Verringerung des Flusses modifiziert wird, wenn sich die zugeführte Kraftstoffmenge entweder der Rauchbegrenzungskraftstoffmenge oder der Drehmomentbegrenzungskraftstoffmenge annähert.
System nach Anspruch 8, bei dem zwischen der Charakteristik und einem der Hydraulikpumpe mit variablem Drehmoment zugeordneten Drehmoment eine inverse Beziehung besteht.
Maschine (10) mit einem Rahmen (7), einer Traktionsvorrichtung (17), einer Hydraulikpumpe (38) mit variablem Drehmoment, einer Leistungsquelle (12), die mit dem Rahmen, der Traktionsvorrichtung und der Hydraulikpumpe mit variablem Drehmoment betriebsfähig verbunden ist, einer Steuerung (42), die dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen, und einer Flusssteuerungsanordnung (52), die dazu ausgebildet ist, einen der Hydraulikpumpe mit variablem Drehmoment zugeordneten Fluss basierend auf einer Charakteristik des Steuersignals zu steuern.