DE112009000113T5

DE112009000113T5 - Vorrichtung und Verfahren zur Motorsteuerung

Info

Publication number: DE112009000113T5
Application number: DE112009000113T
Authority: DE
Inventors: Teruo Hiratsuka-shi Akiyama; Hisashi Hiratsuka-shi Asada; Takeshi Hiratsuka-shi Ooi
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: US9002590B2; CN101932814B; CN101932814A; KR101273988B1; WO2009104636A1; KR20100100964A; CN102966446B; JPWO2009104636A1; US20100332102A1; DE112009000113B4; CN102966446A; JP5053394B2

Abstract

Motorsteuerungsvorrichtung, die umfasst:
eine hydraulische Verstellpumpe, die von einem Motor angetrieben wird;
einen hydraulischen Stellantrieb, der von dem Drucköl einer Hydraulikpumpe angetrieben wird;
ein Regelventil, das das Drucköl von der Hydraulikpumpe so steuert, dass das Drucköl zum hydraulischen Stellantrieb gefördert wird;
ein Detektor, der ein Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe und ein Drehmoment des Motors ermittelt;
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die den Kraftstoff regelt, der dem Motor zugeführt wird;
eine Befehlseinheit, die einen der variablen Befehlswerte auswählt und anweist;
eine erste Einstelleinheit, die eine erste Soll-Motordrehzahl entsprechend des von der Befehlseinheit angewiesenen Befehlswerts sowie eine zweite Soll-Motordrehzahl ausgehend von der ersten Soll-Motordrehzahl einstellt, wobei die zweite Soll-Motordrehzahl niedriger als die erste Soll-Motordrehzahl ist; und
eine zweite Einstelleinheit, die ein Verhältnis zwischen dem vom Detektor ermittelten Pumpenschluckvolumen und einer Soll-Motordrehzahl sowie ein Verhältnis zwischen dem vom Detektor ermittelten Drehmoment des Motors und der Soll-Motordrehzahl einstellt, wobei,...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Motorantriebs aufgrund einer vorgegebenen Soll-Motordrehzahl. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Motors, die zu einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs eines Motors beitragen.
Hintergrund der Technik
In einem Arbeitsfahrzeug wird bei einer Motorlast gleich dem Nenndrehmoment des Motors oder niedriger das Drehmoment des Motors auf die Motorlast in einer hochtourigen Regelzone in einem Kennlinien-Datenblatt abgestimmt. Zum Beispiel wird eine Soll-Motordrehzahl entsprechend der Einstellung einer Kraftstoffeinstellscheibe eingestellt, und die hochtourige Regelzone, die zu dieser Soll-Motordrehzahl gehört, wird festgelegt.
Alternativ dazu wird die hochtourige Regelzone entsprechend der Einstellung einer Kraftstoffeinstellscheibe eingestellt, und die Soll-Motordrehzahl, die zu dieser hochtourigen Regelzone gehört, wird festgelegt. Die Motorlast und das Drehmoment werden in dieser hochtourigen Regelzone aufeinander abgestimmt.
Viele Bediener stellen eine Soll-Motordrehzahl im Allgemeinen in Höhe oder ungefähr in Höhe der Nenn-Motordrehzahl ein, um eine Betriebskenngröße zu verbessern. Eine Zone niedrigen Kraftstoffverbrauchs, nämlich ein Kraftstoff sparender Bereich, tritt normalerweise in einer Zone mittlerer Geschwindigkeit oder in einem hohen Drehzahlbereich auf einem Kennlinien-Datenblatt des Motors auf. Aus diesem Grund entspricht eine hochtourige Regelzone, die zwischen einer erhöhten Leerlaufdrehzahl ohne Last und einer Nenndrehzahl definiert ist, nicht einem effizienten Bereich hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs.
Um einen Motor im Kraftstoff sparenden Bereich laufen zu lassen, legt eine in der Regel bekannte Vorrichtung für jeden Modus aus der Vielzahl der wählbaren Betriebsmodi (siehe z. B. Patentveröffentlichung 1) den Wert einer Soll-Motordrehzahl und den Wert eines Soll-Ausgangsdrehmoments des Motors fest, wobei diese Werte einander entsprechen. Unter Verwendung einer solchen Steuerungsvorrichtung kann, wenn der Bediener z. B. einen zweiten Betriebsmodus wählt, die Motordrehzahl niedriger als in einem ersten Betriebsmodus eingestellt werden, wodurch der Kraftstoffverbrauch verbessert werden kann.
Entsprechend dem oben beschriebenen Umschalten zwischen den Modi muss der Bediener jedoch jedes Mal die Umschaltung zwischen den Modi betätigen, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern. In einer Situation, in der die Motordrehzahl im zweiten Betriebsmodus auf einen Wert eingestellt ist, der einfach im Verhältnis zur Motordrehzahl im ersten Betriebsmodus verringert wurde, führt die Wahl des zweiten Betriebsmodus des Weiteren zu folgendem Problem. Die maximale Drehzahl eines Arbeitsgeräts (nachfolgend als Arbeitsmittel bezeichnet) eines Arbeitsfahrzeugs wird im Vergleich zu der im ersten Betriebsmodus verringert. Das führt dazu, dass eine Betriebskenngröße im zweiten Betriebsmodus kleiner wird, als die im ersten Betriebsmodus.

(Patentveröffentlichung 1] JP-A-10-273919

Offenlegung der Erfindung
Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
Ein Ziel der Erfindung ist es, das der verwandten Technik innewohnende Problem zu lösen. Die Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Motorsteuerung zur Verfügung, die in der Lage sind, den Antrieb eines Motors in einer Situation niedriger Motordrehzahl aufgrund einer zweiten Soll-Motordrehzahl zu steuern, wobei die zweite Soll-Motordrehzahl auf einer niedrigtourigen Seite im Verhältnis zu einer gewählten ersten Soll-Motordrehzahl definiert ist, und den Antrieb eines Motors bei Verwendung des Motors mit hohem Drehmoment zu steuern, so dass der Motor bei einer voreingestellten Soll-Motordrehzahl angetrieben wird, wobei die Soll-Motordrehzahl dem Pumpenschluckvolumen einer hydraulischen Verstellpumpe oder dem ermittelten Drehmoment des Motors entspricht.
Insbesondere stellt die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Motorsteuerung zur Verfügung, die den Kraftstoffverbrauch eines Motors verbessern, in gänzlich reibungsloser Art und Weise eine Motordrehzahl ändern, während die von ei nem Arbeitsmittel geforderte Fördermenge der Pumpe beibehalten wird, und einen unangenehmen Eindruck aufgrund einer sprunghaften Veränderung des Motorengeräuschs verhindern.
Mittel zur Lösung der Probleme
Die Zielstellung der Erfindung kann durch die in den Ansprüchen 1–4 definierten Erfindungen, die sich auf eine Vorrichtung zur Motorsteuerung beziehen, und die in den Ansprüchen 5–10 definierten Erfindungen erreicht werden, die sich auf ein Verfahren zur Motorsteuerung beziehen.
Eine Vorrichtung zur Motorsteuerung entsprechend eines Aspekts der Erfindung umfasst: eine hydraulische Verstellpumpe, die von einem Motor angetrieben wird; einen hydraulischen Stellantrieb, der durch das Drucköl von der Hydraulikpumpe angetrieben wird; ein Regelventil, das das Drucköl von der Hydraulikpumpe steuert, so dass das Drucköl zum hydraulischen Stellantrieb gelangt; einen Detektor, der ein Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe und ein Drehmoment feststellt; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die den Kraftstoff steuert, der zum Motor gelangt; eine Befehlseinheit, die einen der variablen Befehlswerte auswählt und anweist; eine erste Einstelleinheit, die eine erste Soll-Motordrehzahl entsprechend des von der Befehlseinheit angewiesenen Befehlswerts sowie eine zweite Soll-Motordrehzahl aufgrund der ersten Soll-Motordrehzahl einstellt, wobei die zweite Soll-Motordrehzahl niedriger ist als die erste Soll-Motordrehzahl; und eine zweite Einstelleinheit, die ein Verhältnis zwischen dem vom Detektor ermittelten Pumpenschluckvolumen und einer Soll-Motordrehzahl, sowie ein Verhältnis zwischen dem vom Detektor ermittelten Drehmoment des Motors und der Soll-Motordrehzahl einstellt, wobei, wenn die Antriebssteuerung aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl ausgelöst wird, die Kraftstoffeinspritzvorrichtung so gesteuert wird, dass der Motor regulierbar bei der Soll-Motordrehzahl angetrieben wird, die von der zweiten Einstelleinheit entsprechend des Pumpenschluckvolumens oder dem vom Detektor ermittelten Drehmoments des Motors eingestellt wurde.
Im obigen Aspekt der Erfindung wird, während der Motor aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, der Kraftstoff vorzugsweise durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert, die von der zweiten Einstelleinheit eingestellt wird, nachdem das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe ein voreingestelltes zweites vorgegebenes Pumpenschluckvolumen übersteigt oder nachdem das Drehmoment des Motors ein voreingestelltes zweites vorgegebenes Drehmoment des Motors übersteigt.
Des Weiteren wird im obigen Aspekt der Erfindung, während der Motor aufgrund der ersten Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, der Kraftstoff vorzugsweise durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert, die von der zweiten Einstelleinheit eingestellt wird, nachdem das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe unter ein voreingestelltes erstes vorgegebenes Pumpenschluckvolumen absinkt oder nachdem das Drehmoment des Motors unter ein voreingestelltes erstes vorgegebenes Drehmoment des Motors absinkt.
Weiterhin ist im obigen Aspekt der Erfindung die von der zweiten Einstelleinheit eingestellte Soll-Motordrehzahl vorzugsweise der höhere Wert, entweder die Soll-Motordrehzahl, die dem vom Detektor ermittelten Pumpenschluckvolumen entspricht, oder die Soll-Motordrehzahl, die dem vom Detektor ermittelten Drehmoment des Motors entspricht.
Ein Verfahren zur Motorsteuerung entsprechend eines weiteren Aspekts der Erfindung gilt für einen Motor einschließlich: einer hydraulischen Verstellpumpe, die von einem Motor angetrieben wird; einem hydraulischen Stellantrieb, der durch das Drucköl von der Hydraulikpumpe angetrieben wird; ein Regelventil, das das Drucköl von der Hydraulikpumpe steuert, so dass das Drucköl zum hydraulischen Stellantrieb gelangt und einen Detektor, der ein Pumpenschluckvolumen und ein Drehmoment des Motors der Hydraulikpumpe feststellt. Das Verfahren zur Steuerung des Motors umfasst: die Auswahl eines der variablen Befehlswerte, so dass eine erste Soll-Motordrehzahl entsprechend dem ausgewählten variablen Befehlswert eingestellt wird; die Einstellung einer zweiten Soll-Motordrehzahl aufgrund der ersten Soll-Motordrehzahl, wobei die zweite Soll-Motordrehzahl niedriger als die erste Soll-Motordrehzahl ist; die Voreinstellung von Soll-Motordrehzahlen entsprechend dem ermittelten Pumpenschluckvolumen und dem ermittelten Drehmoment des Motors; sowie das Auslösen des Antriebs des Motors aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl und Steuerung des Antriebs des Motors aufgrund einer der voreingestellten Soll-Motordrehzahlen, die entweder einem der Pumpenschluckvolumen oder dem vom Detektor ermittelten Drehmoment des Motors entspricht.
Im obigen Aspekt der Erfindung wird, während der Motor aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, der Antrieb des Motors vorzugsweise aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert, nachdem das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe ein voreingestelltes zweites vorgegebenes Pumpenschluckvolumen übersteigt oder nachdem das Drehmoment des Motors ein voreingestelltes zweites vorgegebenes Drehmoment des Motors übersteigt.
Des Weiteren wird im obigen Aspekt der Erfindung, während der Motor aufgrund der ersten Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, der Antrieb des Motors vorzugsweise aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert, nachdem das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe unter ein voreingestelltes erstes vorgegebenes Pumpenschluckvolumen sinkt oder nachdem das Drehmoment des Motors unter ein voreingestelltes erstes vorgegebenes Drehmoment des Motors sinkt.
Weiterhin wird im obigen Aspekt der Erfindung der Antrieb des Motors vorzugsweise aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert, die dem vom Detektor ermittelten Pumpenschluckvolumen entspricht.
Weiterhin wird im obigen Aspekt der Erfindung der Antrieb des Motors vorzugsweise aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert, die dem vom Detektor ermittelten Drehmoment des Motors entspricht.
Weiterhin wird im obigen Aspekt der Erfindung der Antrieb des Motors vorzugsweise aufgrund des höheren Werts der voreingestellten Soll-Motordrehzahl, die dem vom Detektor ermittelten Pumpenschluckvolumen entspricht, und der voreingestellten Soll-Motordrehzahl, die dem vom Detektor ermittelten Drehmoment des Motors entspricht, gesteuert.
Wirkung der Erfindung
Nach einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Motorsteuerung nach den Aspekten der Erfindung ist es möglich, eine erste Soll-Motordrehzahl entsprechend eines Befehlswertes einzustellen, der von einer Befehlseinheit angewiesen wird, sowie eine zweite Soll-Motordrehzahl auf einer niedrigtourigen Seite aufgrund der ersten Soll-Motordrehzahl einzustellen. Um den Antrieb eines Motors bei einem relativ niedrigen Drehmoment des Motors zu steuern, kann die Antriebssteuerung des Motors aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl ausgelöst werden. Auf diese Weise ist ein Übergang in einen Kraftstoff sparenden Bereich möglich, ohne die Betriebsleistung eines Arbeitsfahr zeugs wesentlich zu ändern, somit kann der Motor mit einem geringeren Kraftstoffverbrauch angetrieben werden.
Des Weiteren ist es möglich, eine Soll-Motordrehzahl zu erreichen, die einem ermittelten Pumpenschluckvolumen oder einem ermittelten Drehmoment des Motors entspricht, sowie den Antrieb des Motors so zu steuern, dass der Motor bei der erreichten Soll-Motordrehzahl läuft.
Mit der oben genannten Anordnung ist es möglich, die Motordrehzahl gänzlich reibungslos zu ändern, während eine erforderliche Fördermenge der Pumpe beibehalten wird, und eine Motorlast und das Drehmoment des Motors aufeinander abgestimmt werden. Da eine sprunghafte Änderung des Motorgeräuschs verhindert wird, wird damit ein daraus entstehender unangenehmer Eindruck verhindert. Da die Motordrehzahl gänzlich reibungslos verändert wird, wird der Kraftstoffverbrauch wesentlich verbessert.
Nach der Erfindung wird in einer Situation, wo der Antrieb des Motors bei der zweiten Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, die Antriebssteuerung des Motors bei der zweiten Soll-Motordrehzahl so lange fortgesetzt, bis das Pumpenschluckvolumen der hydraulischen Verstellpumpe gleich oder größer als einem voreingestellten zweiten vorgegebenen Pumpenschluckvolumen ist oder bis das Drehmoment des Motors gleich oder größer als einem voreingestellten zweiten vorgegebenen Drehmoment des Motors ist. Nachdem das Pumpenschluckvolumen oder das Drehmoment des Motors gleich oder größer als das zweite vorgegebene Pumpenschluckvolumen oder das zweite vorgegebene Drehmoment des Motors ist, wird der Antrieb des Motors so gesteuert, dass der Motor bei der Soll-Motordrehzahl läuft, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen oder dem ermittelten Drehmoment des Motors entspricht.
Auf diese Weise kann der Motor in einen geeigneten Zustand je nach der vom Bediener gewünschten Betriebssituation eines Arbeitsmittels gedreht werden, und die hydraulische Verstellpumpe kann die maximale Ausgangsleistung des Motors nutzen, um ein Drucköl zu fördern. Somit kann die gleiche Betriebsleistung wie immer für eine Funktion erbracht werden, die eine maximale Ausgangsleistung des Motors bei schweren Ausschachtungsarbeiten oder ähnlichem erfordern.
Nach der Erfindung wird, wenn der Antrieb des Motors bei der ersten Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, die Antriebssteuerung des Motors bei der ersten Soll- Motordrehzahl so lange fortgesetzt, bis das Pumpenschluckvolumen der hydraulischen Verstellpumpe auf oder unter ein voreingestelltes erstes vorgegebenes Pumpenschluckvolumen sinkt oder bis das Drehmoment des Motors auf oder unter ein voreingestelltes erstes vorgegebenes Drehmoment des Motors sinkt. Nachdem das Pumpenschluckvolumen oder das Drehmoment des Motors gleich oder größer als das erste vorgegebene Pumpenschluckvolumen oder das erste vorgegebene Drehmoment des Motors ist, wird der Antrieb des Motors so gesteuert, dass der Motor bei der Soll-Motordrehzahl läuft, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen oder dem ermittelten Drehmoment des Motors entspricht.
Auf diese Weise wird, wenn der Antrieb des Motors bei der ersten Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, ein hohes Drehmoment des Motors so lange beibehalten, bis das Pumpenschluckvolumen der hydraulischen Verstellpumpe auf oder unter das erste vorgegebene Pumpenschluckvolumen sinkt oder bis das Drehmoment des Motors auf oder unter das erste vorgegebene Drehmoment des Motors sinkt. Wenn die hydraulische Verstellpumpe kein hohes Drehmoment des Motors erfordert, nachdem das Pumpenschluckvolumen der hydraulischen Verstellpumpe auf oder unter das erste vorgegebene Pumpenschluckvolumen gesunken ist oder nachdem das Drehmoment des Motors auf oder unter das erste vorgegebene Drehmoment des Motors gesunken ist, wird der Antrieb des Motors bei der Soll-Motordrehzahl gesteuert, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen oder dem ermittelten Drehmoment des Motors entspricht und die niedriger als die erste vorgegebene Soll-Motordrehzahl ist. Die oben beschriebene Antriebssteuerung des Motors führt zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs des Motors.
Des Weiteren wird nach der Erfindung der höhere Wert, entweder die Soll-Motordrehzahl, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen entspricht, oder die Soll-Motordrehzahl, die dem ermittelten Drehmoment des Motors entspricht, als Soll-Motordrehzahl für die Steuerung des Antriebs des Motors verwendet.
Mit dieser Anordnung wird die maximale PS-Nennleistung des Motors auf dem Kennlinien-Datenblatt durchlaufen, und der Antrieb des Motors wird reibungslos und wirksam gesteuert, wobei eine vom hydraulischen Stellantrieb geforderte Fördermenge der Pumpe beibehalten wird.
Nach der Erfindung kann der Antrieb des Motors aufgrund einer Kraftstoff sparenden Motordrehzahl so gesteuert werden, dass die erforderliche Fördermenge der Pumpe beibehalten wird, während sich der Kraftstoffverbrauch des Motors verringert. Des Weiteren ermöglicht es die obige Anordnung, die relativ einfach ist, dass die hydraulische Verstellpumpe die maximale Ausgangsleistung des Motors nutzt und dass der Kraftstoffverbrauch des Motors reduziert wird.
Übrigens wird das ermittelte Pumpenschluckvolumen aus dem ermittelten Wert des Winkels der Schrägscheibe der Hydraulikpumpe oder aus einer Gleichung zur Darstellung des Pumpenschluckvolumens berechnet. Die Gleichung zur Darstellung des Pumpenschluckvolumens ist zum Beispiel D = 200π·T/P, wobei diese von der Gleichung T = P·D/200π abgeleitet wird, die ein Verhältnis zwischen dem Förderdruck P der hydraulischen Verstellpumpe, der Förderkapazität D (Pumpenschluckvolumen D) und dem Drehmoment des Motors T darstellt. Mit der Gleichung D = 200π·T/P wird das fortlaufende Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe ermittelt.
Alternativ dazu kann das Pumpenschluckvolumen zum Beispiel aufgrund eines Verhältnisses eines Differenzdrucks zwischen dem Pumpenförderdruck der hydraulischen Verstellpumpe und dem Lastdruck des hydraulischen Stellantriebs im Verhältnis zu einem Differenzdruck, der in einer Pumpensteuerungsvorrichtung eingestellt ist, die den Winkel der Schrägscheibe der hydraulischen Verstellpumpe steuert (normalerweise als lastgesteuerter Differenzdruck bezeichnet), ermittelt werden.
Des Weiteren kann das Drehmoment des Motors in einer geeigneten Weise ermittelt werden, wie zum Beispiel unter Verwendung eines allgemein bekannten Drehmoment-Detektors oder ähnlichem, oder durch Berechnung aus dem Pumpenschluckvolumen und dem Pumpenförderdruck.
Nach der Erfindung sind die hochtourigen Regelzonen in einem T-N-Datenblatt eines Motors definiert (d. h. ein Kennlinien-Datenblatt mit dem Drehmoment des Motors auf einer Achse und der Motordrehzahl auf der anderen Achse). Die hochtourigen Regelzonen sind entsprechend der ersten Soll-Motordrehzahl, der zweiten Soll-Motordrehzahl und der Soll-Motordrehzahl zugeordnet, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen oder dem ermittelten Drehmoment des Motors zwischen der ersten Soll-Motordrehzahl und der zweiten Soll-Motordrehzahl entspricht.
Der Antrieb des Motors wird aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen entspricht. Die folgenden Soll-Motordrehzahlen wer den nacheinander entsprechend der aktuellen Pumpenkapazitäten der hydraulischen Verstellpumpe eingestellt.
Die Soll-Motordrehzahlen werden auf diese Weise nacheinander eingestellt, wobei das Pumpenschluckvolumen der hydraulischen Verstellpumpe auf den Optimalwert gesteuert wird. Selbst wenn sich das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe ändert, kann die Soll-Motordrehzahl in Reaktion auf die Änderung des Pumpenschluckvolumens geändert werden, wobei in kurzer Zeit eine vom hydraulischen Stellantrieb geforderte Fördermenge gewährleistet werden kann.
Wird der Antrieb des Motors aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert, die dem ermittelten Drehmoment des Motors entspricht, kann der gleiche Vorteil erzielt werden, als wenn der Antrieb des Motors aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen entspricht.
Des Weiteren, wenn der Antrieb des Motors aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, die dem ermittelten Drehmoment des Motors entspricht, wird die maximale PS-Nennleistung des Motors auf dem Kennlinien-Datenblatt durchlaufen. Übrigens wird in einer Situation, bei der die erste Soll-Motordrehzahl nicht erkannt wird, wenn der Antrieb des Motors aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen entspricht, die maximale PS-Leistung, die niedriger ist als die maximale PS-Nennleistung des Motors, auf dem Kennlinien-Datenblatt durchlaufen.
Dementsprechend kann eine Steuerung in jeder hochtourigen Regelzone ausgeführt werden. Nach der Erfindung ist eine solche Steuerung in jeder hochtourigen Regelzone in Motorsteuerungen, die auf der ersten Soll-Motordrehzahl, der zweiten Soll-Motordrehzahl und der Soll-Motordrehzahl basieren, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen oder dem ermittelten Drehmoment des Motors entsprechen und sich zwischen der ersten Soll-Motordrehzahl und der zweiten Soll-Motordrehzahl befinden, eingeschlossen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Hydraulikschaltplan nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. (Beispiel)
2 ist ein Kennlinien-Datenblatt eines Motors. (Beispiel)
3 ist ein Kennlinien-Datenblatt bei Erhöhung des Drehmoments des Motors. (Beispiel)
4 ist ein Kennlinien-Datenblatt bei Reduzierung des Drehmoments des Motors. (Beispiel)
5 ist ein Ablaufschema der Steuerung nach der Erfindung. (Beispiel)
6 ist ein Blockschema einer Steuereinheit. (Beispiel)
7 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen einem Pumpenschluckvolumen und einer Soll-Motordrehzahl veranschaulicht. (Beispiel)
8 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen einer Motordrehzahl und dem Drehmoment des Motors veranschaulicht. (erläuterndes Beispiel)
9 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Motordrehzahl und dem Drehmoment des Motors veranschaulicht. (Beispiel)
10 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Drehmoment des Motors und einer Soll-Motordrehzahl veranschaulicht. (Beispiel)
11 ist ein Hydraulikschaltplan mit offener Mitte. (Beispiel)
12 ist ein Hydraulikschaltplan mit offener Mitte und negativer Steuerung. (Beispiel)
13 ist eine grafische Darstellung, die die Steuerungsmerkmale des negativ gesteuerten Hydraulikkreislaufs aus 12 veranschaulicht. (Beispiel)
14 ist eine grafische Darstellung, die die Pumpen-Steuerungsmerkmale des negativ gesteuerten Hydraulikkreislaufs aus 12 veranschaulicht. (Beispiel)
15 ist ein Hydraulikschaltplan mit offener Mitte und positiver Steuerung. (Beispiel)
16 ist eine grafische Darstellung, die die Pumpen-Steuerungsmerkmale des positiv gesteuerten Hydraulikkreislaufs aus 15 veranschaulicht. (Beispiel)

2: Motor
3: Kraftstoffeinspritzvorrichtung
4: Kraftstoffeinstellscheibe (Befehlseinheit)
6: hydraulische Verstellpumpe
7: Steuereinheit
8: Pumpensteuerungsvorrichtung
9: Regelventil
11: Bedienhebeleinheit
12: Servozylinder
17: LS-(lastgesteuertes)Ventil
32: Befehlswertberechner der Kraftstoffeinstellscheibe
32a: erste Einstelleinheit
32b: zweite Einstelleinheit
50: hydraulische Verstellpumpe
53: drittes Regelventil
54: mittiger Bypass-Kreislauf
55: Drosselklappe
57: hydraulischer Servostellantrieb
58: Servo-Führungsventil
59: negativ gesteuertes Ventil
71: erstes Pilotventil
72: zweites Pilotventil
73: drittes Pilotventil
75: Steuereinheit
76: Pumpensteuerungsvorrichtung
F1–F4: hochtourige Regelzone
Fa–Fc: hochtourige Regelzone
A: erste eingestellte Position
B: zweite eingestellte Position
Nh: Nenndrehzahl
K1: Punkt der maximalen PS-Nennleistung
R: Linie des maximalen Drehmoments
M: Kurve gleichen Kraftstoffverbrauchs

Beste Art und Weise der Ausführung der Erfindung
Die als Beispiel angeführten Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besonders beschrieben. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Motorsteuerung nach der Erfindung können günstigerweise als Steuerungsvorrichtung und -verfahren zur Steuerung eines Dieselmotors eingesetzt werden, der in einem Arbeitsfahrzeug, wie z. B. einem hydraulischen Bagger, einem Bulldozer oder einem Radlader, integriert ist.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung und das Verfahren zur Motorsteuerung nach der Erfindung in jeder beliebigen anderen Art und Weise als der nachfolgend beschriebenen angeordnet oder konfiguriert werden, so lange diese dazu dienen, eine Zielstellung der Erfindung zu erreichen. Dementsprechend ist die Erfindung nicht auf die als Beispiel nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, es können verschiedene Modifizierungen oder Änderungen daran vorgenommen werden.
Beispiele
1 ist ein Hydraulikschaltplan einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Motorsteuerung nach einer als Beispiel angeführten Ausführungsform der Erfindung. Ein Motor 2 ist ein Dieselmotor. Das Drehmoment des Motors des Motors 2 wird gesteuert, indem die Kraftstoffmenge, die in einen Zylinder des Motors 2 abgegeben wird, dosiert wird. Eine allgemein bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 dient dazu, die Kraftstoffmenge zu dosieren.
Eine Abtriebswelle 5 des Motors 2 ist mit einer hydraulischen Verstellpumpe 6 verbunden (nachfolgend als Hydraulikpumpe 6 bezeichnet), so dass die Rotation der Abtriebswelle 5 die Hydraulikpumpe 6 antreibt. Der Neigungswinkel einer Schrägscheibe 6a der Hydraulikpumpe 6 wird durch eine Pumpensteuerungsvorrichtung 8 gesteuert. Eine Änderung des Neigungswinkels der Schrägscheibe 6a führt zu einer Änderung eines Pumpenschluckvolumens D (cc/rev) der Hydraulikpumpe 6.
Die Pumpensteuerungsvorrichtung 8 umfasst: einen Servozylinder 12, der den Neigungswinkel der Schrägscheibe 6a steuert; und ein LS-Ventil (lastgesteuertes Ventil) 17, das in Reaktion auf einen Differenzdruck zwischen einem Pumpendruck und einem Lastdruck eines hydraulischen Stellantriebs 10 gesteuert wird. Der Servozylinder 12 umfasst einen Servokolben 14, der auf die Schrägscheibe 6a wirkt. Ein Förderdruck von der Hydraulikpumpe 6 wird durch die Ölwege 27a, 27b übernommen. Das LS-Ventil 17 wird in Reaktion auf einen Differenzdruck zwischen dem Förderdruck, der durch den Ölweg 27a übernommen wird, und dem Lastdruck des hydraulischen Stellantriebs 10, der durch einen Pilotölweg 28 übernommen wird, aktiviert, wodurch der Servokolben 14 gesteuert wird.
Der Neigungswinkel 6a der Hydraulikpumpe 6 wird durch den Servokolben 14 gesteuert. Darüber hinaus wird ein Regelventil 9 in Reaktion auf den Betätigungsumfang eines Bedienhebels 11a gesteuert, wodurch gleichzeitig der Volumenstrom, der am hydraulischen Stellantrieb 10 anliegt, gesteuert wird. Die Pumpensteuerungsvorrichtung 8 wird durch eine bekannte lastgesteuerte Steuerungsvorrichtung zur Verfügung gestellt.
Ein Drucköl, das von der Hydraulikpumpe 6 gefördert wird, liegt am Regelventil 9 über einen Ölförderweg 25 an. Das Regelventil 9 ist als Schaltventil konfiguriert, das ein Schalten auf eine 5/3-Position ermöglicht. Das vom Regelventil 9 geförderte Drucköl wird selektiv den Ölwegen 26a, 26b zugeführt, wodurch der hydraulische Stellantrieb 10 aktiviert wird.
Übrigens ist dies nicht so zu verstehen, dass der hydraulische Stellantrieb auf den oben als Beispiel angeführten hydraulischen Zylinder-Stellantrieb beschränkt ist. Der hydraulische Stellantrieb kann durch einen Hydraulikmotor oder einen hydraulischen Drehgeber vorgesehen werden. Des Weiteren kann durch nur ein Paar des Regelventils 9 und des oben als Beispiel angeführten hydraulischen Stellantriebs 10 eine Vielzahl von Paaren der Regelventile 9 und der hydraulischen Stellantriebe 10 vorgesehen werden, oder eine Vielzahl hydraulischer Stellantriebe kann durch ein Regelventil aktiviert werden.
Insbesondere wenn zum Beispiel ein Hydraulikbagger als Arbeitsfahrzeug angenommen wird, um einen hydraulischen Stellantrieb zu veranschaulichen, wird ein hydraulischer Stellantrieb für jeden der Hydraulikzylinder des Auslegers, für den Hydraulikzylinder der Schaufel, einen linken hydraulischen Fahrantrieb, einen rechten hydraulischen Fahrzylinder, einen Drehmotor und ähnliches eingesetzt. 1 stellt zum Beispiel den Hydraulikzylinder des Auslegers als spezielles Beispiel dieser hydraulischen Stellantriebe dar.
Wird der Bedienhebel 11a aus einer neutralen Position bewegt, wird ein Pilotdruck von einer Bedienhebeleinheit 11 entsprechend der Betätigungsrichtung und dem Betätigungsumfang des Bedienhebels 11a zugeführt. Der Pilotdruck liegt entweder am linken oder am rechten Pilotanschluss des Regelventils 9 an. Auf diese Weise wird das Regelventil 9 von einer Position (II) (neutrale Position) entweder in die linke oder die rechte Position geschaltet, nämlich in die Position (I) oder die Position (III).
Wird das Regelventil 9 von der Position (II) in die Position (I) geschaltet, wird das Drucköl von der Hydraulikpumpe 6 der Unterseite des hydraulischen Stellantriebs 10 über den Ölweg 26b zugeführt, wobei sich ein Kolben des hydraulischen Stellantriebs 10 ausdehnt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Drucköl auf der Kopfseite des hydraulischen Stellantriebs 10 in einen Tank 22 über den Ölweg 26a per Regelventil 9 gefördert.
In ähnlicher Weise wird, wenn das Regelventil 9 in die Position (III) geschaltet wird, das Drucköl von der Hydraulikpumpe 6 der Kopfseite des hydraulischen Stellantriebs 10 über den Ölweg 26b zugeführt, wobei ein Kolben des hydraulischen Stellantriebs 10 zurückgezogen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Drucköl auf der Unterseite des hydraulischen Stellantriebs 10 in einen Tank 22 über den Ölweg 26b per Regelventil 9 gefördert.
Ein Ölweg 27c zweigt von der Mitte des Ölförderwegs 25 ab. Im Ölweg 27c ist ein Entlastungsventil 15 angeordnet. Das Entlastungsventil 15 ist mit dem Tank 22 verbunden. Das Entlastungsventil 15 kann zwischen einer Position, in der der Ölweg 27c geschlossen ist, und einer Position, in der der Ölweg 27c geöffnet ist, umgeschaltet wer den. Der Öldruck im Ölweg 27c fungiert als Druckkraft zum Umschalten des Entlastungsventils 15 in die geöffnete Position.
Des Weiteren fungieren ein Pilotdruck im Pilotölweg 28, wo der Förderdruck des hydraulischen Stellantriebs 10 aufgenommen wird, und die Federkraft einer Feder, die einen bestimmten Differenzdruck liefert, als Druckkraft zum Umschalten des Entlastungsventils 15 in die geschlossene Position. Somit wird das Entlastungsventil 15 aufgrund eines Differenzdrucks zwischen der Kombination des Pilotdrucks im Pilotölweg 28 und der Federkraft der Feder und dem Öldruck im Ölweg 27c gesteuert.
Wenn ein Bediener einen der variablen Befehlswerte wählt, indem er eine Kraftstoffeinstellscheibe 4 als Befehlseinheit dreht, wird eine Soll-Motordrehzahl eingestellt, die mit dem gewählten Befehlswert verbunden ist. Entsprechend der gewählten Soll-Motordrehzahl, nämlich einer ersten Soll-Motordrehzahl, wird eine hochtourige Regelzone eingestellt, wo eine Motorlast und ein Drehmoment des Motors aufeinander abgestimmt werden.
Mit anderen Worten, wie es in 2 veranschaulicht wird, wenn eine Soll-Motordrehzahl Nb (N'b) durch Drehen der Kraftstoffeinstellscheibe 4 als erste Soll-Motordrehzahl eingestellt wird, wird eine hochtourige Regelzone Fb gewählt, die mit der Soll-Motordrehzahl Nb (N'b) verbunden ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Soll-Motordrehzahl Nb (N'b).
Übrigens ist die Soll-Motordrehzahl N'b als der Punkt definiert, an dem ein Reibungsdrehmoment des Motors ohne Last und ein hydraulisches Verlustmoment sowie das Drehmoment des Motors insgesamt aufeinander abgestimmt sind, wenn die Soll-Motordrehzahl auf Nb geregelt wird. In einer tatsächlichen Motorsteuerung wird eine Linie, die die Soll-Motordrehzahl N'b und einen Abstimmungspunkt Ps verbindet, als hochtourige Regelzone Fb eingestellt.
Wenn der Bediener durch Drehen der Kraftstoffeinstellscheibe 4 eine relativ niedrige Soll-Motordrehzahl Nc (N'c) einstellt, die von der zuvor gewählten ersten Soll-Motordrehzahl Nb (N'b) abweicht, wird eine hochtourige Regelzone Fc gewählt. Eine hochtourige Regelzone Fc wird auf einer relativ niedrigtourigen Seite definiert. Die Soll-Motordrehzahl Nc (N'c) wird als eine zweite Soll-Motordrehzahl eingestellt.
Auf diese Weise wird die Kraftstoffeinstellscheibe 4 eingestellt, wobei eine hochtourige Regelzone, die mit der gewählten Soll-Motordrehzahl verbunden ist, eingestellt wird. Insbesondere wird die Kraftstoffeinstellscheibe 4 gedreht, um zum Beispiel eine der hochtourigen Regelzonen Fa einschließlich einem Punkt der maximalen PS-Nennleistung K1 wie in 2 dargestellt zu wählen, sowie eine Vielzahl von hochtourigen Regelzonen Fb, Fc... auf der niedrigtourigen Seite im Verhältnis zur hochtourigen Regelzone Fa. Die Kraftstoffeinstellscheibe 4 wird außerdem gedreht, um eine der hochtourigen Regelzonen zu wählen, die zwischen den obigen hochtourigen Regelzonen definiert ist.
Im Kennlinien-Datenblatt in 3 wird die mögliche Leistung des Motors 2 als ein Bereich dargestellt, der durch eine Linie des maximalen Drehmoments R definiert wird. Die Ausgangsleistung (PS) des Motors 2 hat ihren Spitzenwert am Punkt der maximalen PS-Nennleistung K1 auf der Linie des maximalen Drehmoments R (nachfolgend als Punkt der maximalen PS-Nennleistung K1 bezeichnet). M gibt eine Kurve gleichen Kraftstoffverbrauchs an. Die Zone des minimalen Kraftstoffverbrauchs ist auf der Mittelseite der Kurve gleichen Kraftstoffverbrauchs definiert.
Im Folgenden wird eine als Beispiel angeführte Situation beschrieben, in der eine Soll-Motordrehzahl N1 (N'1) als maximale Soll-Motordrehzahl entsprechend eines Befehlswerts eingestellt wird, und zwar mittels der Kraftstoffeinstellscheibe 4 und der hochtourigen Regelzone F1, sowie in der der Punkt der maximalen PS-Nennleistung K1 entsprechend der Soll-Motordrehzahl N1 (N'1) eingestellt wird. Mit anderen Worten, es wird eine Situation beschrieben, bei der die Soll-Motordrehzahl N1 (N'1) als erste Soll-Motordrehzahl eingestellt wird. Ein Ablauf der Steuerung zur Änderung des maximalen Drehmoments in der hochtourigen Regelzone F1 bei gleichzeitiger Abstimmung der Motorlast und des Motordrehmoments aufeinander wird mittels des Ablaufschemas der Steuerung in 5 und des Blockschemas in 6 unter Bezugnahme auf hauptsächlich 1, 3 und 4 veranschaulicht.
Im Folgenden wird eine Situation beschrieben, in der eine maximale Soll-Motordrehzahl N1 (N'1), die mit der hochtourigen Regelzone F1 einschließlich dem Punkt der maximalen PS-Nennleistung K1 verbunden ist, als die erste Soll-Motordrehzahl entsprechend des Befehlswerts der Kraftstoffeinstellscheibe 4 eingestellt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Situation beschränkt, in der die hochtourige Regelzone F1 einschließlich des Punkts der maximalen PS-Nennleistung eingestellt wird. Selbst wenn eine der hochtourigen Regelzonen Fb, Fc... in 2 oder eine der hochtourigen Regelzonen, die zwischen den hochtourigen Regelzonen Fb, Fc... definiert sind, entsprechend der ersten Soll-Motordrehzahl N1 ausgewählt wird, wird die Erfindung günstigerweise für die ausgewählte hochtourige Regelzone angewendet.
3 stellt eine Erhöhung des Motordrehmoments dar, und 4 veranschaulicht eine Verringerung des Motordrehmoments. 7 ist eine grafische Darstellung, die ein Verhältnis zwischen dem ermittelten Pumpenschluckvolumen D und der Soll-Motordrehzahl zeigt. 8 bis 10 sind grafische Darstellungen, die jeweils ein Verhältnis zwischen dem ermittelten Drehmoment des Motors und der Soll-Motordrehzahl zeigen. 8 ist eine grafische Darstellung zur Schätzung des Motordrehmoments, und 9 veranschaulicht die Schätzung ausgehend vom ermittelten Drehmoment des Motors. 10 stellt ein Verhältnis zwischen dem ermittelten Drehmoment des Motors und der Soll-Motordrehzahl dar.
5 zeigt einen Ablauf der Steuerung. In 6 stellt ein Abschnitt, der durch eine Punkt-Strich-Linie umrandet ist, eine Steuereinheit 7 dar. Das Verhältnis zwischen dem Pumpenschluckvolumen D und der Soll-Motordrehzahl N, das in 5 und 7 dargestellt wird, sowie das Verhältnis zwischen dem ermittelten Drehmoment T und der Soll-Motordrehzahl N, das in 5 und 10 dargestellt wird, sind reine Beispiele und können aus diesem Grunde durch andere Verhältniskurven oder ähnliches ersetzt werden.
Zuerst wird die Steuerung der Steuereinheit 7 beschrieben. In 6 wird dem Befehlswertberechner 32 der Kraftstoffeinstellscheibe innerhalb der Steuereinheit 7 nicht nur ein Befehlswert 37 der Kraftstoffeinstellscheibe 4 zur Verfügung gestellt, sondern auch das ermittelte Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 sowie ein ermitteltes Drehmoment des Motors. Der Befehlswertberechner 32 der Kraftstoffeinstellscheibe umfasst eine erste Einstelleinheit 32a und eine zweite Einstelleinheit 32b. Die erste Einstelleinheit 32a und die zweite Einstelleinheit 32b werden später beschrieben.
Der Befehlswertberechner 32 der Kraftstoffeinstellscheibe gibt eine Soll-Motordrehzahl des Motors 2 aus, um einen neuen Befehlswert 35 der Kraftstoffeinstellscheibe zu bestimmen. Der neue Befehlswert 35 der Kraftstoffeinstellscheibe wird der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 des Motors 2 zur Verfügung gestellt (siehe 1), um den Antrieb des Motors 2 zu steuern.
Das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6, das dem Befehlswertberechner 32 der Kraftstoffeinstellscheibe zur Verfügung gestellt werden soll, wird direkt über ein Erfassungssignal von einem Pumpenschluckvolumen-Sensor 39 oder aufgrund des Pumpenschluckvolumens ermittelt, das durch einen Pumpenschluckvolumen-Berechner 33 berechnet wird.
Der Pumpenschluckvolumen-Berechner 33 empfängt einen Pumpenförderdruck, der von einem Pumpenförderdrucksensor 38 ermittelt wurde, sowie einen Motordrehmoment-Befehlswert 41 oder ein Ausgangssignal von einem Motordrehmoment-Berechner II (42). Im Allgemeinen wird ein Verhältnis zwischen dem Pumpenförderdruck P der Hydraulikpumpe 6, der Förderkapazität D (Pumpenschluckvolumen D) und dem Drehmoment des Motors T (Motordrehmoment T) durch die Gleichung T = P·D/200π ausgedrückt. Mit der Gleichung D = 200π·T/P, die von der obigen Gleichung abgeleitet wurde, wird das aktuelle Pumpenschluckvolumen D der Hydraulikkapazität 6 berechnet.
Übrigens kann der Pumpendrucksensor 38 zum Beispiel so angeordnet werden, dass er den Pumpendruck im Hydraulikölweg 25 in 1 ermittelt. Des Weiteren kann der Pumpenschluckvolumen-Sensor 39 als ein Sensor oder ähnliches konfiguriert werden, der in der Lage ist, den Winkel der Schrägscheibe der Hydraulikpumpe 6 zu ermitteln.
Der Motordrehmoment-Befehlswert 41 wird in der Steuereinheit für die Steuerung des Motors zur Verfügung gehalten. Der Pumpenschluckvolumen-Berechner 33 ermittelt das Pumpenschluckvolumen, indem er den Motordrehmoment-Befehlswert 41 oder den vom Motordrehmoment-Berechner II (42) ausgegebenen Motordrehmomentwert durch den vom Pumpendrucksensor 38 ermittelten Pumpenförderdruck teilt.
Der Pumpenschluckvolumen-Berechner II (42) erhält die vom Motordrehzahlsensor 20 ermittelte Motordrehzahl sowie den neuen Befehlswert 35 für die Kraftstoffeinstellscheibe. Der Pumpenschluckvolumen-Berechner II (42) berechnet das Drehmoment des Motors aufgrund der ihm übermittelten Werte unter Bezugnahme auf das Schema des Verhältnisses zwischen dem Drehmoment des Motors T und der Motordrehzahl N, das in 8 gezeigt wird, oder dergleichen.
Wie in 8 dargestellt, wird insbesondere ein aktuelles geschätztes Drehmoment Tg aufgrund einer aktuellen Soll-Motordrehzahl Nn ermittelt. Genauer gesagt, wird das aktuelle geschätzte Drehmoment Tg als Schnittpunkt einer aktuellen Motordrehzahl Nr, die durch den Motordrehzahlsensor 20 ermittelt wird, mit einer hochtourigen Regelzone Fn ermittelt, die durch den neuen Befehlswert 35 für die Kraftstoffeinstellscheibe entsprechend der Soll-Motordrehzahl Nn bestimmt wird.
Außerdem ist der Motordrehmoment-Berechner II (42) auch in der Lage, das aktuelle Drehmoment des Motors aufgrund des Motordrehmoment-Befehlswerts 41 und der vom Motordrehzahlsensor 20 ermittelten Motordrehzahl zu berechnen.
Das ermittelte Drehmoment des Motors, das dem Befehlswertberechner 32 der Kraftstoffeinstellscheibe zur Verfügung gestellt wird, entspricht einem Drehmomentwert, der vom Motordrehmoment-Berechner I (40) oder dem Motordrehmoment-Berechner II (42) ausgegeben wird.
Der Motordrehmoment-Berechner II (42) führt die oben beschriebene Berechnung aus, um das Drehmoment des Motors zu ermitteln. Der Motordrehmoment-Berechner I (40) berechnet das Ausgangsdrehmoment der Hydraulikpumpe 6 aufgrund des Pumpenschluckvolumens, das vom Pumpenschluckvolumen-Sensor 39 ermittelt wurde, und des Pumpenförderdrucks, der vom Pumpendrucksensor 38 ermittelt wurde. Das berechnete Ausgangsdrehmoment wird als das aktuelle Drehmoment des Motors angenommen.
In 6 kennzeichnen durchbrochene Linien die Eingangs- und Ausgangssignale des Pumpenschluckvolumen-Berechners 33, den Motordrehmoment-Befehlswert 41 bzw. den Motordrehmoment-Berechner II (42). Das geschieht, weil diese Berechner und der Befehlswert als Alternative genutzt werden können, um das Pumpenschluckvolumen und das Drehmoment des Motors zu ermitteln.
Als Nächstes wird der Ablauf der Steuerung in 5 beschrieben.
In Schritt 1 in 5 liest die Steuereinheit 7 den Befehlswert der Kraftstoffeinstellscheibe 4. Dann geht der Prozess zu Schritt 2 über.
In Schritt 2 stellt die Steuereinheit 7 die erste Soll-Motordrehzahl N1 (N'1) in Reaktion auf den Befehlswert der Kraftstoffeinstellscheibe 4 ein, wodurch die hochtourige Regelzone F1, die mit der ersten Soll-Motordrehzahl N1 (N'1) verbunden ist, festgelegt wird.
Obwohl oben beschrieben ist, dass die erste Soll-Motordrehzahl N1 (N'h) des Motors 2 zuerst als Reaktion auf den Befehlswert der Kraftstoffeinstellscheibe 4 eingestellt wird, kann außerdem die hochtourige Regelzone F1 zuerst eingestellt und die damit verbundene erste Soll-Motordrehzahl N1 (N'1) festgelegt werden. Alternativ dazu können sowohl die erste Soll-Motordrehzahl N1 (N'1) als auch die hochtourige Regelzone F1 gleichzeitig als Reaktion auf den Befehlswert der Kraftstoffeinstellscheibe 4 eingestellt werden.
Wie in 3 veranschaulicht wird, geht der Prozess zu Schritt 3 über, wenn die erste Soll-Motordrehzahl N1 (N'1) und die hochtourige Regelzone F1 eingestellt sind.
In 3, entspricht außerdem eine Linie, die den erhöhten Leerlaufpunkt N'1 der maximalen Soll-Motordrehzahl N1 und den Punkt der maximalen PS-Nennleistung K1 verbindet, der hochtourigen Regelzone F1. Wie oben zur Erläuterung der hochtourigen Regelzone Fb unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde, kann der erhöhte Leerlaufpunkt N'1 als ein Punkt definiert werden, an dem das Drehmoment des Motors, ein Motorreibungsdrehmoment ohne Last sowie ein hydraulisches Verlustmoment insgesamt aufeinander abgestimmt werden, wenn die Soll-Motordrehzahl auf die maximale Soll-Motordrehzahl Nh geregelt wird.
In Schritt 3 bestimmt die Steuereinheit 7 die zweite Soll-Motordrehzahl N2 (N'2), die auf einer niedrigtourigen Seite definiert ist, und eine hochtourigen Regelzone F2, die mit der zweiten Soll-Motordrehzahl N2 (N'2) verbunden ist, und zwar mit Hilfe der ersten Einstelleinheit 32a. Die zweite Soll-Enddrehzahl N2 (N'2) und die hochtourige Regelzone F2, die der ersten Soll-Motordrehzahl N1 (N'1) und der hochtourigen Regelzone F1 entsprechen, werden demzufolge im Voraus bestimmt.
Die hochtourige Regelzone F2 kann im Voraus als hochtourige Regelzone bestimmt werden, in der eine Betriebsdrehzahl aufgrund der Laststeuerung während der Betätigung der Bedienhebel 11a eines Hydraulikbaggers im Vergleich zum Betrieb in der hochtourigen Regelzone F1 nicht wesentlich absinkt.
Insbesondere kann die Soll-Motordrehzahl N2, die mit der hochtourigen Regelzone F2 verbunden ist, um zum Beispiel 10% im Vergleich zur Soll-Motordrehzahl Nh verringert werden, die mit der hochtourigen Regelzone F1 verbunden ist. Obwohl die obige Beschreibung von einer Situation ausgeht, bei der die Soll-Motordrehzahl um 10% reduziert wird, ist dieser Prozentsatz nur ein Beispiel. Demzufolge ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Auf diese Weise kann die hochtourige Regelzone F2, die auf der niedrigtourigen Seite im Verhältnis zur hochtourigen Regelzone F1 definiert ist, im Voraus als eine hochtourige Regelzone bestimmt werden, die jeder der mittels der Kraftstoffeinstellscheibe 4 eingestellten hochtourigen Regelzonen F1 entspricht.
Hat die Steuereinheit 7 die hochtourige Regelzone F2 bestimmt, geht der Prozess zu Schritt 4 über.
Wenn in Schritt 4 der Bedienhebel 11a betätigt wird, steuert die Steuereinheit 7 die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 so, dass eine Abstimmung zwischen der Motorlast und dem Drehmoment des Motors in der hochtourigen Regelzone F2 realisiert wird, wie es durch eine dünne durchbrochene Linie in 3 veranschaulicht wird.
Wenn ein Bediener den Bedienhebel 11a betätigt, um die Drehzahl des Arbeitsmittels eines Hydraulikbaggers zu beschleunigen, wird ein Regelprozess beginnend mit Schritt 5 oder ein Regelprozess beginnend mit Schritt 8 ausgeführt. Wie später beschrieben wird, werden unter Verwendung sowohl der Soll-Motordrehzahl N, die mit dem ermittelten Pumpenschluckvolumen D verbunden ist, als auch der Soll-Motordrehzahl N, die mit dem ermittelten Drehmoment des Motors T verbunden ist, beide Regelprozesse in Schritt 5 und in Schritt 8 ausgeführt.
Die Schritte 5 bis 7 werden als Regelschritte angeführt, um die Soll-Motordrehzahl N zu ermitteln, die mit dem ermittelten Pumpenschluckvolumen D der Hydraulikpumpe 6 verbunden ist. Die Schritte 8 bis 11 werden als Regelschritte angeführt, um die Soll-Motordrehzahl N zu ermitteln, die mit dem ermittelten Drehmoment des Motors T verbunden ist. Die zweite Einstelleinheit 32b dient zur Ausführung des Regelprozesses der Schritte 5 bis 7 und des der Schritte 8 bis 11.
Es werden zuerst die Schritte 5 bis 7 als Regelschritte zur Bestimmung der Soll-Motordrehzahl beschrieben, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen entspricht.
In Schritt 5 wird das Pumpenschluckvolumen D der Hydraulikpumpe 6, das vom Pumpenschluckvolumen-Sensor 39 ermittelt wird, ausgelesen. Nach dem Auslesen des Pumpenschluckvolumens D in Schritt 5 geht der Prozess zu Schritt 6 über. Das Pumpenschluckvolumen D kann entsprechend des Verhältnisses zwischen dem Pumpenförderdruck P, der Förderkapazität D (Pumpenschluckvolumen D) und dem Drehmoment des Motors T (Motordrehmoment T) oder dergleichen wie oben beschrieben ermittelt werden.
Es folgt eine kurze Beschreibung des Prozesses in Schritt 6 zur Ermittlung der Soll-Motordrehzahl N, die mit dem ermittelten Pumpenschluckvolumen D verbunden ist. Wie in 7 dargestellt ist, wird, wenn der Motor so gesteuert wird, dass er aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl N2 läuft, die zweite Soll-Motordrehzahl N2 beibehalten, bis das Pumpenschluckvolumen D der Hydraulikpumpe 6 ein zweites vorgegebenes Pumpenschluckvolumen D2 erreicht.
Wenn das ermittelte Pumpenschluckvolumen D der Hydraulikpumpe 6 gleich oder größer als das zweite vorgegebene Pumpenschluckvolumen D2 wird, wird die Soll-Motordrehzahl N ermittelt, die dem Pumpenschluckvolumen D entspricht, und zwar aufgrund des vorgegebenen Verhältnisses zwischen dem Pumpenschluckvolumen D und der Soll-Motordrehzahl N, das in 7 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Antrieb des Motors 2 so gesteuert, dass Motor 2 mit der erhaltenen Soll-Motordrehzahl Nn läuft.
Bis die Soll-Motordrehzahl Nn die erste Soll-Motordrehzahl N1 oder die zweite Soll-Motordrehzahl N2 erreicht, wird die Soll-Motordrehzahl Nn, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen Dn entspricht, fortlaufend ermittelt. Der Motor 2 wird somit so gesteuert, dass er jederzeit bei der erreichten Soll-Motordrehzahl Nn läuft.
Wenn das aktuell ermittelte Pumpenschluckvolumen D dem Pumpenschluckvolumen Dn entspricht, wird die Soll-Motordrehzahl N als die Soll-Motordrehzahl Nn erreicht. Bei Feststellung einer Erhöhung von einem Pumpenschluckvolumen Dn auf ein Pumpenschluckvolumen Dn + 1 wird eine Soll-Motordrehzahl Nn + 1, die dem Pumpenschluckvolumen Dn + 1 entspricht, nach 7 neu ermittelt. Der Antrieb des Motors 2 wird so gesteuert, dass der Motor 2 mit der neu ermittelten Soll-Motordrehzahl Nn + 1 läuft.
Wenn das ermittelte Pumpenschluckvolumen D ein erstes vorgegebenes Pumpenschluckvolumen D1 erreicht, wird der Motor 2 so gesteuert, dass er aufgrund der ersten Soll-Motordrehzahl N1 läuft. Wird der Motor 2 so gesteuert, dass er entsprechend der ersten Soll-Motordrehzahl N1 läuft, wird die erste Soll-Motordrehzahl N1 beibehalten, bis das Pumpenschluckvolumen D der Hydraulikpumpe 6 auf oder unter ein erstes vorgegebenes Pumpenschluckvolumen D1 sinkt.
Erreicht das ermittelte Pumpenschluckvolumen D das in 3 dargestellte maximale Drehmoment, während das Pumpenschluckvolumen D zwischen dem ersten vorgegebenen Pumpenschluckvolumen D1 und dem zweiten vorgegebenen Pumpenschluckvolumen D2 liegt, erfolgt die Steuerung des Motors entlang der Linie des maximalen Drehmoments R.
Die Beschreibung zu Schritt 6 wird unter Bezugnahme auf 5 fortgesetzt. Wurde die Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen D entspricht, aufgrund des vorgegebenen Verhältnisses zwischen dem Pumpenschluckvolumen D und der Soll-Motordrehzahl N in Schritt 6 ermittelt, geht der Prozess zu Schritt 7 über.
In Schritt 7 wird der Wert der Soll-Motordrehzahl N entsprechend der Änderungsrate des Pumpenschluckvolumens der Hydraulikpumpe 6, der Änderungsrate des Pumpenförderdrucks und der Änderungsrate des Motordrehmoments T eingestellt. Sind diese Änderungsraten (d. h. Steigerungsraten) relativ hoch, kann die Soll-Motordrehzahl N auf eine hochtourige Seite eingestellt werden.
Der oben als Regelschritt für die Einstellung des Wertes der Soll-Motordrehzahl N beschriebene Schritt 7 kann im Übrigen übersprungen werden.
Als Nächstes werden die Schritte 8 bis 11 als Regelschritte zur Bestimmung der Soll-Motordrehzahl beschrieben, die einem ermittelten Drehmoment des Motors entspricht.
Entsprechend der Schritte 8 bis 11 richtet sich die Beschreibung auf die Konfiguration, bei der das Drehmoment des Motors T das Ergebnis des Motordrehmoment-Berechners I (40) in Reaktion auf die Erfassungssignale des in 6 dargestellten Pumpenschluckvolumen-Sensors 39 und des Pumpendrucksensors 38, ist. Der Motordrehmoment-Berechner II (42) und dergleichen können jedoch auch verwendet werden, um wie oben beschrieben das Drehmoment des Motors T zu bestimmen. Da die Beschreibung oben zum Motordrehmoment-Berechner I (40) und den Motordrehmoment-Berechner II (42) erfolgte, wird hier auf die Beschreibung der Berechnung des Motordrehmoments T durch den Motordrehmoment-Berechner I (40) oder den Motordrehmoment-Berechner II (42) verzichtet.
Wenn die Erfassungssignale vom Pumpenschluckvolumen-Sensor 39 und dem Pumpendrucksensor 38 in Schritt 8 ausgelesen wurden, geht der Prozess zu Schritt 9 über.
In Schritt 9 wird das Drehmoment des Motors T aufgrund der Erfassungssignale berechnet, die in Schritt 8 gelesen wurden. Nach der Berechnung des Motordrehmoments geht der Prozess zu Schritt 10 über.
Es folgt eine kurze Beschreibung des Prozesses in Schritt 10 zur Ermittlung der Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Drehmoment des Motors T entspricht. Wie in 10 dargestellt ist, wird, wenn der Motor so gesteuert wird, dass er aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl N2 läuft, die zweite Soll-Motordrehzahl N2 beibehalten, bis das ermittelte Drehmoment des Motors T ein zweites vorgegebenes Drehmoment des Motors T2 erreicht.
Wird das ermittelte Drehmoment des Motors T gleich oder größer als das zweite vorgegebene Drehmoment des Motors T2, wird die Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Drehmoment des Motors T entspricht, aufgrund des in 10 dargestellten vorgegebenen Verhältnisses zwischen dem Drehmoment des Motors T und der Soll-Motordrehzahl N festgestellt. Der Antrieb des Motors 2 wird so gesteuert, dass der Motor 2 bei der ermittelten Soll-Motordrehzahl N läuft.
Bis die Soll-Motordrehzahl N die erste Soll-Motordrehzahl N1 oder die zweite Soll-Motordrehzahl N2 erreicht, wird die Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Drehmo ment des Motors T entspricht, fortlaufend ermittelt. Der Motor 2 wird somit so gesteuert, dass er jederzeit aufgrund der erreichten Soll-Motordrehzahl N läuft.
Wenn das aktuell festgestellte Drehmoment des Motors T zum Beispiel ein Drehmoment des Motors Tn ist, erhält man die Soll-Motordrehzahl Nn. Erhöht sich das Drehmoment des Motors T von einem Drehmoment des Motors Tn auf ein Drehmoment des Motors Tn + 1, wird die Soll-Motordrehzahl Nn + 1, die dem Drehmoment des Motors Tn + 1 entspricht, nach 10 neu ermittelt. Der Antrieb des Motors 2 wird somit so gesteuert, dass der Motor 2 bei dieser neu ermittelten Soll-Motordrehzahl Nn + 1 läuft.
Wenn das ermittelte Drehmoment des Motors T ein erstes vorgegebenes Drehmoment des Motors T1 erreicht, wird der Motor 2 so gesteuert, dass er aufgrund der ersten Soll-Motordrehzahl N1 läuft. Wird der Motor 2 so gesteuert, dass er aufgrund der ersten Soll-Motordrehzahl N1 läuft, wird die erste Soll-Motordrehzahl N1 beibehalten, bis das ermittelte Drehmoment des Motors T auf oder unter ein erstes vorgegebenes Drehmoment des Motors T1 sinkt.
Des Weiteren wird der Antrieb des Motors 2 gesteuert, indem man die Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Drehmoment des Motors T entspricht, ermittelt, wobei die Linie des Motordrehmoments den Punkt der maximalen PS-Nennleistung des Motors 2 wie in 9 dargestellt passieren kann.
Nochmals unter Bezugnahme auf 10, wenn das ermittelte Drehmoment des Motors T sich von einem zuvor ermittelten Wert innerhalb eines Bereich zwischen dem ersten vorgegebenen Drehmoment des Motors T1 und dem zweiten vorgegebenen Drehmoment des Motors T2 auf das Drehmoment des Motors Tn + 1 ändert, erhält man die Soll-Drehzahl Nn + 1, die dem Drehmoment des Motors Tn + 1 entspricht. Die Antriebssteuerung des Motors 2 wird somit aufeinander folgend aufgrund der neu ermittelten Soll-Motordrehzahl Nn + 1 ausgeführt.
Die Beschreibung zu Schritt 10 wird nochmals unter Bezugnahme auf 5 fortgesetzt. Wurde die Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Drehmoment des Motors T entspricht, aufgrund des vorgegebenen Verhältnisses zwischen dem Drehmoment des Motors T und der Soll-Motordrehzahl N in Schritt 10 ermittelt, geht der Prozess zu Schritt 11 über.
In Schritt 11 wird der Wert der Soll-Motordrehzahl N entsprechend der Änderungsrate des Pumpenschluckvolumens der Hydraulikpumpe 6, der Änderungsrate des Pumpenförderdrucks und der Änderungsrate des Motordrehmoments T eingestellt. Sind diese Änderungsraten (d. h. Steigerungsraten) relativ hoch, kann die Soll-Motordrehzahl N auf eine hochtourige Seite eingestellt werden.
Der oben als Regelschritt für die Einstellung des Wertes der Soll-Motordrehzahl N beschriebene Schritt 11 kann im Übrigen übersprungen werden.
Wird der höhere Wert, entweder die Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen D entspricht, oder die Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Drehmoment des Motors T entspricht, verwendet, werden sowohl der Regelprozess der Schritte 5 bis 7 als auch der der Schritte 8 bis 11 ausgeführt. In diesem Fall wird eine Steuerung in Schritt 12 nach Schritt 7 und Schritt 11 ausgeführt.
Wird der Motor 2 so gesteuert, dass er aufgrund der Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen D entspricht, oder aufgrund der Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Drehmoment des Motors T entspricht, läuft, wird Schritt 12 übersprungen und der Prozess geht zu Schritt 13 über.
In Schritt 12 wird der höhere Wert, entweder die Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen D entspricht, oder die Soll-Motordrehzahl N, die dem ermittelten Drehmoment des Motors T entspricht, ausgewählt. Nachdem die höhere Soll-Motordrehzahl ausgewählt wurde, geht der Prozess zu Schritt 13 über.
In Schritt 13 wird wie in 6 dargestellt ein neuer Befehlswert 35 für die Kraftstoffeinstellscheibe zur Verfügung gestellt, um den Motor zu steuern, dass er aufgrund der Soll-Motordrehzahl N läuft. In Schritt 14 wird der neue Befehlswert 35 für die Kraftstoffeinstellscheibe, der in Schritt 13 zur Verfügung gestellt wurde, ausgelesen.
In Schritt 15 wird festgestellt, ob der neu anliegende Befehlswert 35 für die Kraftstoffeinstellscheibe sich vom vorherigen zur Verfügung gestellten Befehlswert 35 für die Kraftstoffeinstellscheibe unterscheidet oder nicht.
Wenn in Schritt 15 festgestellt wird, dass der neu anliegende Befehlswert 35 für die Kraftstoffeinstellscheibe sich vom vorherigen zur Verfügung gestellten Befehlswert 35 für die Kraftstoffeinstellscheibe unterscheidet, geht der Prozess zurück zu Schritt 2, und die Schritte werden ab Schritt 2 wiederholt. Wenn festgestellt wird, dass der neu anliegende Befehlswert 35 für die Kraftstoffeinstellscheibe sich nicht vom vorherigen zur Verfügung gestellten neuen Befehlswert 35 für die Kraftstoffeinstellscheibe unterscheidet, mit anderen Worten, der neue Befehlswert 35 für die Kraftstoffeinstellscheibe hat sich nicht geändert, dann geht der Prozess zurück zu Schritt 5 oder 8, und die Schritte werden ab Schritt 5 oder 8 wiederholt.
Als Nächstes erfolgt eine kurze Beschreibung zu einer Steuerung während eines Betriebs unter Bezugnahme auf 1. Insbesondere wird eine Steuerung beschrieben, die ausgeführt wird, indem das Pumpenschluckvolumen D bestimmt wird, wenn ein Bediener den Bedienhebel 11 stark bewegt, um die Drehzahl des Arbeitsmittels eines Hydraulikbaggers zu beschleunigen. Auf die Beschreibung einer Steuerung durch Ermitteln der Motordrehzahl T wird verzichtet, da diese ähnlich der Steuerung ist, die durch Ermitteln des Pumpenschluckvolumens D erfolgt.
Wird der in 1 dargestellte Bedienhebel 11a stark bewegt, so dass das Regelventil 9 zum Beispiel in die Position (I) geschaltet wird, wird der Öffnungsbereich 9a des Regelventils 9 in der Position (I) vergrößert und ein Differenzdruck zwischen dem Pumpenförderdruck im Ölweg 25 und dem Lastdruck im Pilotölweg 28 wird reduziert. Zu diesem Zeitpunkt wird die Pumpensteuerungsvorrichtung 8, die als lastgesteuerte Steuerungsvorrichtung konfiguriert ist, betätigt, um das Pumpenschluckvolumen D der Hydraulikpumpe 6 zu erhöhen.
Das zweite vorgegebene Pumpenschluckvolumen D2 kann übrigens aufgrund des Wertes des maximalen Pumpenschluckvolumens der Hydraulikpumpe 6 festgelegt werden, oder gleich oder niedriger als das maximale Pumpenschluckvolumen sein. Nachfolgend wird eine als Beispiel angeführte Situation beschrieben, bei der ein vorgegebenes Pumpenschluckvolumen als zweites vorgegebenes Pumpenschluckvolumen D2 festgelegt wird. Wird das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 auf das zweite vorgegebene Pumpenschluckvolumen D2 erhöht, wird die Soll-Motordrehzahl N von der zweiten Soll-Motordrehzahl N2 auf einen Wert angepasst, der dem in 7 dargestellten ermittelten Pumpenschluckvolumen D entspricht.
Die Werte einer Vielzahl von Parametern, die nachfolgend beschrieben werden, können verwendet werden, um zu ermitteln, dass das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 zum zweiten vorgegebenen Pumpenschluckvolumen D2 wird. Ein Pumpenschluckvolumen-Detektor kann durch einen Detektor zur Verfügung stehen, der in der Lage ist, die Werte einer Vielzahl von Parametern zu bestimmen, die nachfolgend beschrieben werden.
Wenn der Wert des Motordrehmoments T als ein Parameterwert für die Ermittlung des Pumpenschluckvolumens D der Hydraulikpumpe 6 verwendet wird, gibt die Steuereinheit 7 eine Position auf einer hochtourigen Regelzone F2 an, die der Motordrehzahl entspricht, die durch den Motordrehzahlsensor 20 entsprechend dem in der Steuereinheit 7 gespeicherten Kennlinien-Datenblatt ermittelt wurde. Der Wert des aktuellen Motordrehmoments wird aufgrund der angegebenen Position ermittelt. Auf diese Weise kann unter Verwendung des Werts des Motordrehmoments als ein Parameterwert ermittelt werden, dass die Fördermenge der Hydraulikpumpe 6 in der hochtourigen Regelzone F2 die maximal mögliche Fördermenge der Hydraulikpumpe 6 ist.
Wird das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 als ein Parameterwert verwendet, wird das Verhältnis zwischen dem Förderdruck P der Hydraulikpumpe 6, der Förderkapazität D (Pumpenschluckvolumen D) und dem Drehmoment des Motors T durch die Gleichung T = P·D/200π ausgedrückt. Mit der Gleichung D = 200π·T/P, die von der obigen Gleichung abgeleitet wurde, wird das aktuelle Pumpenschluckvolumen der Hydraulikkapazität 6 ermittelt. Das Drehmoment des Motors T kann alternativ eingestellt werden, zum Beispiel entsprechend eines in der Steuereinheit gespeicherten Befehlswerts für das Drehmoment des Motors.
Alternativ kann das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 ermittelt werden, indem ein Sensor für den Winkel der Schrägscheibe (nicht dargestellt) an der Hydraulikpumpe 6 angebracht wird, um das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 direkt zu messen. Das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 wird wie oben beschrieben ermittelt, und es wird festgestellt, dass das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 das zweite vorgegebene Pumpenschluckvolumen D2 in der hochtourigen Regelzone F2 wird.
Wenn ein Bediener den Bedienhebel 11a weiter stark bewegt, nachdem das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 das zweite vorgegebene Pumpenschluckvolumen D2 in der hochtourigen Regelzone F2 erreicht hat, wird der Antrieb des Motors 2 so gesteuert, dass der Motor 2 bei der Soll-Motordrehzahl N läuft, die dem ermittelten Pumpenschluckvolumen D entspricht, das in 7 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt eine Steuerung nacheinander, um in eine optimale hochtourige Regelzone innerhalb eines Bereichs zwischen der hochtourigen Regelzone F2 und der hochtourigen Regelzone F1 zu gelangen.
Eine weitere Erhöhung der Last des hydraulischen Stellantriebs 10 nach dem Übergang in die hochtourige Regelzone F1 führt zu einer Erhöhung des Motordrehmoments. Wird die Last des hydraulischen Stellantriebs 10 in der hochtourigen Regelzone F1 weiter erhöht, erhöht sich das Pumpenschluckvolumen D der Hydraulikpumpe 6 auf das maximale Pumpenschluckvolumen und das Drehmoment des Motors erreicht den Punkt der maximalen PS-Nennleistung K1. Nachdem die Last des hydraulischen Stellantriebs 10 weiter erhöht wurde und das Drehmoment des Motors T die Linie des maximalen Drehmoments R zwischen der hochtourigen Regelzone F1 und der hochtourigen Regelzone F2 erreicht hat oder den Punkt der maximalen PS-Nennleistung K1 in der hochtourigen Regelzone F1 erreicht, werden danach die Motordrehzahl und das Drehmoment des Motors auf der Linie des maximalen Drehmoments R aufeinander abgestimmt.
Da die hochtourige Regelzone wie oben beschrieben verschiebbar ist, ist das Arbeitsmittel in der Lage, die maximale PS-Leistung immer dann zu verbrauchen, wenn der Übergang zur hochtourigen Regelzone F1 erfolgt.
Mit anderen Worten, erfolgt der Übergang von der hochtourigen Regelzone F2 zur hochtourigen Regelzone F1, erhöht sich das Drehmoment des Motors in Richtung der Linie des maximalen Drehmoments R entlang der in 3 dargestellten dünnen unterbrochenen Linie. Die Punkt-Strich-Linie stellt ein Muster der Erhöhung direkt in Richtung der Linie des maximalen Drehmoments R in der hochtourigen Regelzone Fn dar, die in der Mitte des Übergangs von der hochtourigen Regelzone F2 zur hochtourigen Regelzone F1 definiert ist. Die dicke unterbrochene Linie stellt ein herkömmliches Muster dar, bei dem eine Steuerung bei feststehender hochtouriger Regelzone F1 erfolgt. Da sich die Soll-Motordrehzahl N entsprechend des Wertes des ermittelten Pumpenschluckvolumens D oder des ermittelten Drehmoments des Motors T ändert, ändert sich übrigens die hochtourige Regelzone Fn ebenfalls.
Ein zweiter eingestellter Abschnitt B kann alternativ wie folgt bestimmt werden. Insbesondere, wenn ein Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe 6 und dem Lastdruck des hydraulischen Stellantriebs 10 unter einen lastgesteuerten Differenzdruck absinkt, wird eingeschätzt, dass der Förderfluss von der Hydraulikpumpe 6 versiegt. Dementsprechend kann der zweite eingestellte Abschnitt B an einer Position bestimmt werden, wo der Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe 6 und dem Lastdruck des hydraulischen Stellantriebs 10, der einmal gleich dem lastgesteuerten Differenzdruck ist, unter den lastgesteuerten Differenzdruck sinkt.
Zu diesem Zeitpunkt wird eingeschätzt, dass der Förderfluss der Pumpe in der hochtourigen Regelzone F2 zum Versiegen kommt. Mit anderen Worten, es wird eingeschätzt, dass das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 in der hochtourigen Regelzone F2 das zweite vorgegebene Pumpenschluckvolumen D2 erreicht. Dementsprechend erfolgt eine Steuerung, um von der der hochtourigen Regelzone F2 zur hochtourigen Seite überzugehen, so dass der Motor sich in einem Bereich hoher Drehzahlen dreht.
Im oben beschriebenen Beispiel wird der hydraulische Kreislauf aufgrund des Kreislaufes veranschaulicht, der die lastgesteuerte Steuervorrichtung umfasst. Das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 kann jedoch auch aufgrund des gemessenen Wertes der Motordrehzahl und des Kennlinien-Datenblatts des Motors ermittelt werden, oder alternativ dazu kann das Pumpenschluckvolumen auch direkt mittels eines Sensors des Winkels der Schrägscheibe in einem Hydraulikkreislauf mit offener Mitte ermittelt werden, wie in 11 dargestellt ist.
Ein bekannter Hydraulikkreislauf, der in einer Baumaschine wie z. B. einem Hydraulikbagger verwendet wird, umfasst einen Hydraulikkreislauf mit offener Mitte. In 11 wird ein spezifisches Beispiel eines Hydraulikkreislaufs mit offener Mitte veranschaulicht. In 11 ist eine Vorrichtung, die durch das Bezugszeichen 8 gekennzeichnet ist, eine bekannte Pumpenschluckvolumen-Steuervorrichtung, die so konfiguriert ist, wie im Einzelnen in JP-B-6-58111 offengelegt wird. Wie zur Pumpensteuersvorrichtung 8, die in 11 dargestellt ist, kurz erläutert wird, wird der Vordruck einer Drosselklappe 30, die in einem mittigen Bypass-Kreislauf des Regelventils 9 angeordnet ist, zur Pumpensteuerungsvorrichtung 8 der hydraulischen Verstellpumpe 6 über den Pilotölweg 28 geführt.
Da das Regelventil 9 von der Position (II) (neutrale Position) in die Position (I) oder die Position (III) bewegt wird, verringert sich allmählich das Durchflussvolumen im Bypass-Kreislauf in der Mitte des Regelventils 9, und aus diesem Grunde verringert sich der Druck auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Drosselklappe 30 ebenfalls allmählich. Das Pumpenschluckvolumen der hydraulischen Verstellpumpe 6 erhöht sich allmählich in umgekehrtem Verhältnis zum Druck auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Drosselklappe 30. Wird das Regelventil 9 vollständig in die Position (I) oder die Position (III) geschaltet, ist der mittige Bypass-Kreislauf blockiert, aus diesem Grunde erreicht der Druck auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Drosselklappe 30 den Pegel des Drucks im Tank 22.
Zu diesem Zeitpunkt erfährt die hydraulische Verstellpumpe 6 ihr maximales Pumpenschluckvolumen. Die Motordrehzahl kann somit gesteuert werden, indem man ermittelt, dass der Druck im Pilotölweg 28 gleich dem Druck im Tank 22 wird.
Alternativ dazu kann die Motordrehzahl gesteuert werden, indem man das Pumpenschluckvolumen der hydraulischen Verstellpumpe 6 aufgrund des gemessenen Werts der Motordrehzahl und des Motordrehmoments ermittelt oder indem man das Pumpenschluckvolumen direkt mittels eines Sensors des Winkels der Pumpenschrägscheibe ermittelt.
Dementsprechend ist nicht davon auszugehen, dass sich der Hydraulikkreislauf nach der Erfindung nur auf den lastgesteuerten Hydraulikkreislauf beschränkt.
Wenn eine Last des hydraulischen Stellantriebs 10 nach einer Erhöhung wieder geringer wird, reduziert die Steuereinheit 7 die Last, während die Last und das Drehmoment des Motors auf der Linie des maximalen Drehmoments R aufeinander abgestimmt werden. Wird das Verhältnis zwischen der Änderung der Soll-Motordrehzahl N und dem ermittelten Pumpenschluckvolumen D aus 7 bestimmt, wird das Drehmoment des Motors T reduziert, und zwar vom Abstimmungspunkt der Linie des maximalen Drehmoments R und der hochtourigen Regelzone F3 zum Beispiel in die hochtourige Regelzone Fn.
Nachdem die Soll-Motordrehzahl N von der zweiten Soll-Motordrehzahl N2 auf die erste Soll-Motordrehzahl N1 verändert wurde (d. h. wenn die hochtourige Regelzone zur hochtourigen Regelzone F1 gewechselt ist), verringert sich das Drehmoment des Motors T auf den Punkt der maximalen PS-Nennleistung K1.
Wenn der Bedienhebel 11a in seine vorherige Position zurückkehrt, nachdem er stark bewegt wurde, wird der Winkel der Schrägscheibe der Hydraulikpumpe 6 kleiner, und aus diesem Grunde steuert die Steuereinheit 7 die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 so, dass diese die Menge der Kraftstoffeinspritzung reduziert. Auf diese Weise wird das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 vom maximalen Pumpenschluckvolumen in der hochtourigen Regelzone Fn oder der hochtourigen Regelzone F1 reduziert, während die Motorlast und das Drehmoment des Motors aufeinander abgestimmt werden.
Wenn das Pumpenschluckvolumen D der Hydraulikpumpe 6 weiter absinkt und das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 im Verlaufe der Reduzierung des Drehmoments des Motors T unter das erste vorgegebene Pumpenschluckvolumen D1 fällt, während die Motorlast und das Drehmoment des Motors aufeinander abgestimmt werden, wird der Antrieb des Motors so gesteuert, dass der Motor bei der Soll-Motordrehzahl N, die der 7 entnommen wurde, läuft, und zwar entsprechend des ermittelten Pumpenschluckvolumens D.
Die Position in der hochtourigen Regelzone F1 zu diesem Zeitpunkt kann als erste eingestellte Position A festgelegt werden (d. h. ein erstes vorgegebenes Pumpenschluckvolumen D1). Das erste vorgegebene Pumpenschluckvolumen D1 kann auf den Wert des maximalen Pumpenschluckvolumens der Hydraulikpumpe 6 oder einen Wert gleich oder unter dem maximalen Pumpenschluckvolumen festgelegt werden.
Die erste eingestellte Position A kann anstatt an einer Position zu dem Zeitpunkt, an dem das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 dazu tendiert, sich zu verringern, auch folgendermaßen eingestellt werden, und aus diesem Grund sinkt das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe 6 unter das erste vorgegebene Pumpenschluckvolumen D1 ab. Insbesondere kann die erste eingestellte Position A an einer Position in der hochtourigen Regelzone F1 zu dem Zeitpunkt festgelegt werden, an dem der Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe 6 und dem Lastdruck des hydraulischen Stellantriebs 10 den lastgesteuerten Differenzdruck übersteigt, der durch die Pumpensteuerungsvorrichtung 8 eingestellt wurde.
Auf diese Weise können die Motorlast und das Drehmoment des Motors aufeinander abgestimmt werden. Der Motor 2 kann somit auf der niedrigtourigen Seite angetrieben werden, was zu einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs des Motors 2 führt.
In 4 ist übrigens der Übergang von der hochtourigen Regelzone F1 zur hochtourigen Regelzone Fn dargestellt. Der Wert des Pumpenschluckvolumens, das zur Bestimmung der ersten eingestellten Position A genutzt wird, und der des Pumpenschluckvolumens, das zur Bestimmung der zweiten eingestellten Position B genutzt wird, kann gleich oder unterschiedlich eingestellt werden.
Des Weiteren kann die erste eingestellte Position A entsprechend der Änderungsrate des Drehmoments des Motors T, der Änderungsrate des Pumpenschluckvolumens der Hydraulikpumpe 6 oder der Änderungsrate des Förderdrucks P der Hydraulikpumpe 6 verändert werden. Insbesondere wenn diese Änderungsraten (d. h. Reduzierungsraten) relativ hoch sind, kann die erste eingestellte Position A auf der Seite mit hohem Drehmoment des Motors festgelegt werden, so dass der Übergang zur hochtourigen Regelzone F2 in einem früheren Stadium erfolgt.
Nach der Erfindung kann, um die Kraftstoffeffizienz eines Motors zu verbessern, wenn ein Bediener die erste Soll-Motordrehzahl N1 und die damit verbundene hochtourige Regelzone F1 aufgrund eines Befehlswerts der Kraftstoffeinstellscheibe 4 einstellt sowie die zweite Soll-Motordrehzahl N2 und die hochtourige Regelzone F2 der niedrigtourigen Seite festlegt, die im Voraus entsprechend der ersten Soll-Motordrehzahl N1 und der hochtourigen Regelzone F1 bestimmt wird, der Motor so gesteuert werden, dass er aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl N2 oder der hochtourigen Regelzone F2 läuft.
Dementsprechend wird der Motor so gesteuert, dass er in einem Bereich läuft, wo ein hohes Drehmoment des Motors aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl N2 auf der niedrigtourigen Seite unnötig ist, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Motors verbessert wird. Auf der anderen Seite wird in einem Bereich, wo ein hohes Drehmoment des Motors erforderlich ist, der Antrieb des Motors so gesteuert, dass der Motor bei der Soll-Motordrehzahl N läuft, die im Voraus entsprechend des ermittelten Pumpenschluckvolumens D bestimmt wird, wodurch eine ausreichende Betriebsgeschwindigkeit zur Bedienung eines Arbeitsmittels erreicht wird.
Des Weiteren wird, um das Drehmoment des Motors von dem Moment zu reduzieren, bei dem die Ausgangsleistung des Motors hoch ist, der Antrieb des Motors so gesteuert, dass der Motor bei der Soll-Motordrehzahl N läuft, die im Voraus entsprechend dem ermittelten Pumpenschluckvolumen D bestimmt wird, was zu einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs führt.
Es ist oben unter Bezugnahme auf 11 beschrieben, dass die Erfindung vorzugsweise auf einen Hydraulikkreislauf mit offener Mitte angewendet wird. Es ist bekannt, dass der Hydraulikkreislauf mit offener Mitte einen negativ gesteuerten und einen positiv gesteuerten Hydraulikkreislauf umfasst. Es werden des Weiteren entsprechende Beispiele in Bezug auf den negativ gesteuerten Hydraulikkreislauf und den positiv gesteuerten Hydraulikkreislauf detailliert beschrieben.
Das Beispiel, das sich auf den negativ gesteuerten Hydraulikkreislauf bezieht, wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Die Steuerungsmerkmale eines negativ gesteuerten Ventils 59 im in 12 dargestellten negativ gesteuerten Hydraulikkreislaufs werden unter Bezugnahme auf 13 veranschaulicht. Die Pumpensteuerungsmerkmale im negativ gesteuerten Hydraulikkreislauf, die ebenfalls in 12 dargestellt sind, werden unter Bezugnahme auf 14 veranschaulicht.
Wie in 12 dargestellt ist, dreht im negativ gesteuerten Hydraulikkreislauf ein Motor (nicht dargestellt) eine hydraulische Verstellpumpe 50, und die Fördermenge von der hydraulischen Verstellpumpe 50 wird einem ersten Regelventil 51, einem zweiten Regelventil 52 und einem dritten Regelventil 53 zugeführt. Das dritte Regelventil 53 ist als Regelventil zur Steuerung eines hydraulischen Stellantriebs 60 konfiguriert. Das erste Regelventil 51 und das zweite Regelventil 52 sind ebenfalls jeweils als Regelventil zur Steuerung eines hydraulischen Stellantriebs konfiguriert (wobei hier keine Bezugszeichen zugewiesen wurden).
Pilotventile zur Steuerung des entsprechenden ersten bis dritten Regelventils 51 bis 53 können wie in 15, die als Veranschaulichung eines nachfolgend beschriebenen positiv gesteuerten Hydraulikkreislaufs dient, dargestellt ist, angeordnet werden. Auf diese Pilotventile wurde in 12 verzichtet.
Ein mittiger Bypass-Kreislauf 54 des ersten Regelventils 51 ist mit einem mittigen Bypass-Kreislauf 54b des zweiten Regelventils 52 verbunden. Der mittige Bypass- Kreislauf 54b des zweiten Regelventils 52 ist mit einem mittigen Bypass-Kreislauf 54c des dritten Regelventils 53 verbunden. Der mittige Bypass-Kreislauf 54c des dritten Regelventils 53 ist mit einem mittigen Bypass-Kreislauf 54 verbunden, der mit dem Tank 22 in Verbindung steht. Eine Drosselklappe 55 ist im mittigen Bypass-Kreislauf 54 angeordnet..
Ein Druck Pt auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Drosselklappe 55 wird durch den Ölweg 63 geführt. Der Druck Pd auf der stromabwärts gelegenen Seite der Drosselklappe 55 wird durch den Ölweg 64 geführt. Der stromaufwärts-/stromabwärtsseitige Differenzdruck (Pt – Pd) der Drosselklappe 55 (d. h. die Druckdifferenz zwischen dem Ölweg 63 und dem Ölweg 64) wird durch einen Drucksensor 62 ermittelt.
Der Motor (nicht dargestellt) wird angetrieben, wobei eine hydraulische Pilotpumpe 56 zum Drehen gebracht wird. Die Fördermenge der hydraulischen Pilotpumpe 56 liegt am negativ gesteuerten Ventil 59 und einem Servo-Führungsventil 58 an. Der Förderdruck von der hydraulischen Pilotpumpe 56 wird durch ein Entlastungsventil 67 so eingestellt, dass er nicht einen vorgegebenen Druck übersteigt.
Der Winkel einer Schrägscheibe 50a zur Steuerung des Pumpenschluckvolumens der hydraulischen Verstellpumpe 50 wird durch einen hydraulischen Servo-Stellantrieb 57, das Servo-Führungsventil 58 und das negativ gesteuerte Ventil 59 gesteuert. Das negativ gesteuerte Ventil 59 ist als Schaltventil mit einer 3/2-Position angeordnet. Eine Federkraft und der Druck Pd auf der stromabwärts gelegenen Seite der Drosselklappe 55, der im mittigen Bypass-Kreislauf 54 anliegt, wirken über den Ölweg 64 auf ein Ende des negativ gesteuerten Ventils 59.
Der Druck Pt auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Drosselklappe 55 wirkt über den Ölweg 63 auf das andere Ende des negativ gesteuerten Ventils 59. In gleicher Weise wirkt ein Ausgangsdruck Pn vom negativ gesteuerten Ventil 59 auf das andere Ende des negativ gesteuerten Ventils 59. Unter Ausnutzung des Förderdrucks, der von der hydraulischen Pilotpumpe 56 über einen Ölweg 65 anliegt, als Quelldruck steuert das negativ gesteuerte Ventil 59 den Ausgangsdruck Pn. Der Ausgangsdruck Pn wird durch einen Drucksensor 61 ermittelt.
Das negativ gesteuerte Ventil 59 ist normalerweise auf eine Schaltstellung zum Austragen der Fördermenge geschaltet, die von der hydraulischen Pilotpumpe 56 durch den Ölweg 65 mittels Federkraft gefördert wird. Erhöht sich der stromaufwärts-/stromabwärtsseitige Differenzdruck (Pt – Pd) der Drosselklappe 55, wird das negativ gesteuerte Ventil 59 auf eine andere Schaltstellung zur Verringerung der Fördermenge geschaltet.
Mit anderen Worten, das negativ gesteuerte Ventil 59 führt eine Steuerung entsprechend des stromaufwärts-/stromabwärtsseitigen Differenzdrucks (Pt – Pd) der Drosselklappe 55 aus. Als Reaktion auf die Erhöhung des stromaufwärts-/stromabwärtsseitigen Differenzdrucks (Pt – Pd) erfolgt eine Steuerung zur Verringerung der Fördermenge des negativ gesteuerten Ventils 59. Als Reaktion auf die Verringerung des stromaufwärts-/stromabwärtsseitigen Differenzdrucks (Pt – Pd) erfolgt eine Steuerung zur Erhöhung der Fördermenge des negativ gesteuerten Ventils 59.
Das Servo-Führungsventil 58 ist als Schaltventil angeordnet, das ein Umschalten auf eine 4/3-Position ermöglicht. Der Ausgangsdruck Pn des negativ gesteuerten Ventils 59 wirkt auf ein Ende einer Servospule, und die Federkraft wirkt auf das andere Ende der Servospule. Die Fördermenge von der hydraulischen Pilotpumpe 56 wird über einen Servo-Betriebsabschnitt zum Servo-Führungsventil 58 geführt. Der Servo-Betriebsabschnitt des Servo-Führungsventils 58 ist über ein Verriegelungselement 66 mit einem Servokolben 57a des hydraulischen Servo-Stellantriebs 57 verbunden, um die Schrägscheibe 50a der hydraulischen Verstellpumpe 50 zu drehen.
Die Öffnung des Servo-Führungsventils 58 und die Hydraulikkammer des hydraulischen Servo-Stellantriebs 57 sind über einen Servo-Betriebsabschnitt des Servo-Führungsventils 58 verbunden. Der Servokolben 57a des hydraulischen Servo-Stellantriebs 57 lenkt die Schrägscheibe 50a mit Hilfe der Spannkraft der Feder in eine Mindest-Schrägscheibenrichtung.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung des Betriebs zur Steuerung des Pumpenschluckvolumens der hydraulischen Verstellpumpe 50. Wenn zum Beispiel das dritte Regelventil 53 durch das Pilotventil (nicht dargestellt) von der Position (II) (neutrale Position) in die Position (I) oder die Position (III) gestellt wird, wird der mittige Bypass-Kreislauf 54c des dritten Regelventils 53 allmählich geschlossen. Gleichzeitig wird ein Kreislauf, der mit dem hydraulischen Stellantrieb 60 verbunden ist, allmählich geöffnet, somit wird der hydraulische Stellantrieb 60 betriebsbereit. Da der mittige Bypass-Kreislauf 54c allmählich geschlossen wird, sinken der Durchsatz im mittigen Bypass-Kreislauf 54 und der stromaufwärts-/stromabwärtsseitige Differenzdruck (Pt – Pd) der Drosselklappe 55.
Bei einer Verringerung des stromaufwärts-/stromabwärtsseitigen Differenzdrucks (Pt – Pd) der Drosselklappe 55 wird das negativ gesteuerte Ventil 59, auf das der stromaufwärts-/stromabwärtsseitige Differenzdruck (Pt – Pd) der Drosselklappe 55 wirkt, durch die Spannkraft der Feder in die Schaltstellung auf der rechten Seite in 12 geschaltet. Wie in 13 dargestellt ist, führt eine Verringerung des stromaufwärts-/stromabwärtsseitigen Differenzdrucks (Pt – Pd) der Drosselklappe 55 insbesondere zu einer Erhöhung des Ausgangsdrucks Pn des negativ gesteuerten Ventils 59.
Übrigens stellt die horizontale Achse den stromaufwärts-/stromabwärtsseitigen Differenzdruck (Pt – Pd) dar, und die vertikale Achse stellt den Ausgangsdruck Pn des negativ gesteuerten Ventils 59 dar.
Bei einer Erhöhung des Ausgangsdrucks Pn gleitet die Spule des Servo-Führungsventils 58 in die linke Richtung in 12, wobei das Servo-Führungsventil 58 in die Schaltstellung auf der rechten Seite in 12 geschaltet wird. Die Fördermenge von der hydraulischen Pilotpumpe 56, die am Servo-Führungsventil 58 anliegt, wird vom Servo-Führungsventil 58 in die Hydraulikkammer auf der rechten Seite des hydraulischen Stellantriebs 57 eingeleitet.
Der Servokolben 57a des hydraulischen Servo-Stellantriebs 57 gleitet somit in die linke Richtung in 12 gegen die Federkraft, wobei die Schrägscheibe 50a gedreht wird, um das Pumpenschluckvolumen der hydraulischen Verstellpumpe 50 zu erhöhen. Der Winkel der Schrägscheibe in der hydraulischen Verstellpumpe 50 wird dann so gesteuert, dass eine ausreichende Durchflussmenge zur Aktivierung des hydraulischen Stellantriebs 60 von der hydraulischen Verstellpumpe 50 gefördert wird.
Gleitet der Servokolben 57a in die linke Richtung in 12, wird der Servo-Betriebsabschnitt des Servo-Führungsventils 58 mittels des Verriegelungselements 66, das dazu dient, das Servo-Führungsventil 58 in die neutrale Position zurückzubringen, in die linke Richtung in 12 geschoben.
Erreicht der Ausgangsdruck des negativ gesteuerten Ventils 59 einen Wert, der dem des stromaufwärts-/stromabwärtsseitigen Differenzdrucks (Pt – Pd) der Drosselklappe 55 entspricht, wird das Servo-Führungsventil 58 in der neutralen Position im Gleichgewicht gehalten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Gleitstellung des Servokolbens 57a des hydraulischen Servo-Stellantriebs 57 in einer Stellung positioniert, die dem Ausgangsdruck Pn entspricht. Das Pumpenschluckvolumen D der hydraulischen Verstellpumpe 50 entspricht dem Ausgangsdruck Pn (d. h. das Pumpenschluckvolumen D entspricht dem stromaufwärts-/stromabwärtsseitigen Differenzdruck (Pt – Pd) der Drosselklappe 55).
Übrigens stellt die horizontale Achse den Ausgangsdruck Pn des negativ gesteuerten Ventils 59 dar, und die vertikale Achse stellt das Pumpenschluckvolumen D der hydraulischen Verstellpumpe 50 dar.
In der obigen Beschreibung in Bezug auf den in 15 dargestellten Hydraulikkreislauf mit offener Mitte kann das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe aufgrund des gemessenen Wertes der Motordrehzahl und des Kennlinien-Datenblatts des Motors ermittelt werden, oder alternativ dazu kann das Pumpenschluckvolumen direkt mittels eines Sensors des Winkels der Schrägscheibe, der an der Hydraulikpumpe angebracht ist, ermittelt werden. Es wird oben außerdem beschrieben, dass die Motordrehzahl dadurch gesteuert wird, dass ermittelt wird, dass der Druck im Pilotölweg 28 den Wert des Tankdrucks annimmt. Im negativ gesteuerten Hydraulikkreislauf, der in 12 dargestellt ist, kann der Drucksensor 61 jedoch des Weiteren vorgesehen sein, um den Ausgangsdruck Pn des negativ gesteuerten Ventils 59 zu ermitteln, um so einen Befehlswert D für die Anweisung des Pumpenschluckvolumens der hydraulischen Verstellpumpe unter Verwendung der Kennlinien in 14 zu erhalten.
In gleicher Weise kann der Drucksensor 62 des Weiteren dafür vorgesehen sein, den stromaufwärts-/stromabwärtsseitigen Differenzdruck (Pt – Pd) der Drosselklappe 55 zu ermitteln, um so den Befehlswert D zum Festlegen des Pumpenschluckvolumens der hydraulischen Verstellpumpe 50 unter Verwendung der Kennlinien in 13 und 14 zu erhalten.
Auf diese Weise kann, da der Befehlswert D zum Festlegen des Pumpenschluckvolumens der hydraulischen Verstellpumpe 50 ermittelt wurde, im negativ gesteuerten Hydraulikkreislauf die Motordrehzahl gesteuert werden. Der erhaltene Wert ist der Ein gangswert für die Steuereinheit 7, die in 1 dargestellt ist, so dass die Steuereinheit 7 die Drehzahl des Motors steuern kann.
In 12, wenn die Motordrehzahl eines Motors (nicht dargestellt), der die hydraulische Verstellpumpe 50 antreibt, auf einer niedrigtourigen Seite eingestellt ist, sinkt übrigens der Durchsatz des mittigen Bypasses durch die Drosselklappe 55 des mittigen Bypass-Kreislaufs 54. Somit wird der stromaufwärts-/stromabwärtsseitige Differenzdruck (Pt – Pd) der Drosselklappe 55 niedriger und der Ausgangsdruck Pn des negativ gesteuerten Ventils 59 erhöht sich, wie in 13 dargestellt ist. Dies führt zu einer Erhöhung des Pumpenschluckvolumens D der hydraulischen Verstellpumpe 50 entsprechend der Kennlinien in 14.
Auf diese Weise kann, selbst wenn die Motordrehzahl auf der niedrigtourigen Seite eingestellt ist, das Pumpenschluckvolumen D in der gleichen Weise gesteuert werden, als wenn die Motordrehzahl nicht auf der niedrigtourigen Seite eingestellt wäre. Das bedeutet, dass das Pumpenschluckvolumen D in der gleichen Weise als im lastgesteuerten Hydraulikkreislauf geregelt werden kann, und zwar ungeachtet dessen, ob die Motordrehzahl auf der niedrigtourigen Seite eingestellt ist oder nicht.
Als Nächstes wird ein Beispiel zu einem positiv gesteuerten Hydraulikkreislauf unter Bezugnahme auf 15 angeführt. Die Steuerungsmerkmale der Pumpe des positiv gesteuerten Hydraulikkreislaufs werden in 15 dargestellt und unter Bezugnahme auf 16 beschrieben. Im positiv gesteuerten Hydraulikkreislauf werden die gleichen Bezugszeichen für den Aufbau oder die Bestandteile verwendet, wie im negativ gesteuerten Hydraulikkreislauf, der in 12 dargestellt ist. Auf eine Beschreibung derselben wird hier verzichtet.
Wie in 15 dargestellt ist, umfasst der positiv gesteuerte Hydraulikkreislauf ein erstes Pilotventil 71, ein zweites Pilotventil 72 sowie ein drittes Pilotventil 73 für die Betätigung des ersten Regelventils 51, des zweiten Regelventils 52 bzw. des dritten Regelventils 53. Die ersten bis dritten Pilotventile 71 bis 73 werden einzeln betätigt, so dass das Drucköl von der Pilot-Hydraulikpumpe 56 über eine Leitung, die durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist, der Spule der einzelnen ersten bis dritten Regelventile 51 bis 53 zugeführt werden kann.
Entsprechend der Betriebsmenge und der Betriebsrichtung der einzelnen ersten bis dritten Pilotventile 71 bis 73 werden die dazugehörigen ersten bis dritten Regelventile 51 bis 53 entsprechend gesteuert.
Die Betriebsmenge der einzelnen ersten bis dritten Pilotventile 71 bis 73 wird durch Drucksensoren 74a bis 74f ermittelt, die in den durch unterbrochene Linien dargestellten Leitungen angeordnet sind, welche die ersten bis dritten Pilotventile 71 bis 73 mit den ersten bis dritten Regelventilen 51 bis 53 verbinden.
Der von den einzelnen Drucksensoren 74a bis 74f ermittelte Druck wird als Eingangswert einer Steuereinheit 75 über Kabelstränge zugeführt, die durch a bis f dargestellt werden. Wird eine Vielzahl von Operationen an den ersten bis dritten Regelventilen 51 bis 53 ausgeführt, wird der ermittelte Druck, der von den einzelnen Drucksensoren 74a bis 74f zur Verfügung gestellt wird, als Eingangswert der Steuereinheit 75 zugeführt. Die Steuereinheit 75 berechnet die Summe einer Vielzahl eingegebener ermittelter Druckwerte, und der Befehlswert D des Pumpenschluckvolumens entsprechend der berechneten Summe wird aufgrund der horizontalen Achse ermittelt, die die Summe der ermittelten Druckwerte darstellt.
Der Befehlswert D des Pumpenschluckvolumens wird an eine Pumpensteuerungsvorrichtung 76 ausgegeben, und die Pumpensteuerungsvorrichtung 76 wird so geregelt, dass das Pumpenschluckvolumen der hydraulischen Verstellpumpe 50 den Befehlswert D erreicht. Wenn zum Beispiel das erste Pilotventil 71 und das zweite Pilotventil 72 betätigt werden, wird die Fördermenge von der hydraulischen Verstellpumpe 50 über das erste Regelventil 51 und das zweite Regelventil 52 an einen hydraulischen Stellantrieb (nicht dargestellt) gefördert.
Im obigen Fall werden, wenn das erste Pilotventil 71 und das zweite Pilotventil 72 nicht über den gesamten Hubweg betätigt werden, das erste Regelventil 51 und das zweite Regelventil 52, die vom ersten Pilotventil 71 bzw. vom zweiten Pilotventil 72 gesteuert werden, ebenfalls nicht in die Positionen des kompletten Hubs geschaltet. Somit wird ein Restöl über den mittigen Bypass-Kreislauf 54 an den Tank 22 zurückgeführt.
Auf diese Weise werden in einem solchen positiv gesteuerten Hydraulikkreislauf die ersten bis dritten Pilotventile 71 bis 73 einzeln betätigt und somit die Drehzahl der hydraulischen Stellantriebe, die von den ersten bis dritten Pilotventilen 71 bis 73 gesteuert werden, einzeln geregelt.
Da der Befehlswert D des Pumpenschluckvolumens im oben beschriebenen positiv gesteuerten Hydraulikkreislauf durch die Steuereinheit 75 bestimmt wird, kann des Weiteren die Motordrehzahl unter Verwendung des Befehlswerts D gesteuert werden.
Dementsprechend ist davon auszugehen, dass der Hydraulikkreislauf nach der Erfindung nicht auf den lastgesteuerten Hydraulikkreislauf beschränkt ist und dass er in geeigneter Weise auf einen beliebigen Hydraulikkreislauf mit offener Mitte anwendbar ist, noch genauer gesagt, auf den negativ gesteuerten Hydraulikkreislauf mit offener Mitte und den positiv gesteuerten Hydraulikkreislauf mit offener Mitte.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Technikphilosophie der Erfindung ist auf eine Motorsteuerung eines Dieselmotors anwendbar.
Zusammenfassung
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Motorsteuerung zur Verfügung, die: den Kraftstoffverbrauch eines Motors verbessern, in gänzlich reibungsloser Art und Weise eine Motordrehzahl ändern, während die von einem Arbeitsmittel geforderte Fördermenge der Pumpe beibehalten wird, und einen unangenehmen Eindruck aufgrund einer sprunghaften Veränderung des Motorengeräuschs verhindern. Eine erste Soll-Motordrehzahl N1 und eine hochtourige Regelzone F1 werden entsprechend eines von einer Befehlseinheit angewiesenen Befehlswerts eingestellt. Eine zweite Soll-Motordrehzahl N2 und eine hochtourige Regelzone F2 werden auf einer niedrigtourigen Seite entsprechend der ersten Soll-Motordrehzahl N1 definiert. Ein Pumpenschluckvolumen D und ein Drehmoment des Motors T einer hydraulischen Verstellpumpe werden ermittelt, so dass eine Soll-Motordrehzahl N, die jeweils dem ermittelten Pumpenschluckvolumen und dem ermittelten Drehmoment des Motors entspricht, aufgrund eines voreingestellten Verhältnisses zwischen einem Pumpenschluckvolumen D und der Soll-Motordrehzahl N und eines voreingestellten Verhältnisses zwischen dem Drehmoment des Motors T und der Soll-Motordrehzahl N während der Steuerung des Motors in der hochtourigen Regelzone F2 ermittelt wird. Der Antrieb des Motors wird so gesteuert, dass der Motor bei der Soll-Motordrehzahl N läuft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 10-273919 A [0006]
- JP 6-58111 B [0150]

Claims

Motorsteuerungsvorrichtung, die umfasst: eine hydraulische Verstellpumpe, die von einem Motor angetrieben wird; einen hydraulischen Stellantrieb, der von dem Drucköl einer Hydraulikpumpe angetrieben wird; ein Regelventil, das das Drucköl von der Hydraulikpumpe so steuert, dass das Drucköl zum hydraulischen Stellantrieb gefördert wird; ein Detektor, der ein Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe und ein Drehmoment des Motors ermittelt; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die den Kraftstoff regelt, der dem Motor zugeführt wird; eine Befehlseinheit, die einen der variablen Befehlswerte auswählt und anweist; eine erste Einstelleinheit, die eine erste Soll-Motordrehzahl entsprechend des von der Befehlseinheit angewiesenen Befehlswerts sowie eine zweite Soll-Motordrehzahl ausgehend von der ersten Soll-Motordrehzahl einstellt, wobei die zweite Soll-Motordrehzahl niedriger als die erste Soll-Motordrehzahl ist; und eine zweite Einstelleinheit, die ein Verhältnis zwischen dem vom Detektor ermittelten Pumpenschluckvolumen und einer Soll-Motordrehzahl sowie ein Verhältnis zwischen dem vom Detektor ermittelten Drehmoment des Motors und der Soll-Motordrehzahl einstellt, wobei, wenn die Antriebssteuerung des Motors aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl ausgelöst wird, die Kraftstoffeinspritzvorrichtung so gesteuert wird, dass der Motor regelbar bei der Soll-Motordrehzahl läuft, die von der zweiten Einstelleinheit entsprechend dem vom Detektor ermittelten Pumpenschluckvolumen oder dem Drehmoment des Motors eingestellt wurde.
Vorrichtung zur Steuerung des Motors nach Anspruch 1, wobei, während der Motor aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, der Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, die von der zweiten Einstelleinheit eingestellt wird, nachdem das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe ein voreingestelltes zweites vorgegebenes Pumpenschluckvolumen übersteigt oder nachdem das Drehmoment des Motors ein voreingestelltes zweites vorgegebenes Drehmoment des Motors übersteigt.
Motorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei, während der Motor aufgrund der ersten Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, der Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, die von der zweiten Einstelleinheit eingestellt wird, nachdem das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe unter ein voreingestelltes erstes vorgegebenes Pumpenschluckvolumen sinkt oder nachdem das Drehmoment des Motors unter ein voreingestelltes erstes vorgegebenes Drehmoment des Motors sinkt.
Motorsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Soll-Motordrehzahl, die von der zweiten Einstelleinheit eingestellt wird, ist der höhere Wertaus der Soll-Motordrehzahl entsprechend des vom Detektor ermittelten Pumpenschluckvolumens oder der Soll-Motordrehzahl entsprechend des vom Detektor ermittelten Drehmoments des Motors.
Motorsteuerungsverfahren eines Motors, wobei der Motor umfasst: eine hydraulische Verstellpumpe, die von einem Motor angetrieben wird; einen hydraulischen Stellantrieb, der von dem Drucköl einer Hydraulikpumpe angetrieben wird; ein Regelventil, das das Drucköl von der Hydraulikpumpe steuert so, dass das Drucköl zum hydraulischen Stellantrieb gefördert wird; und einen Detektor, der ein Pumpenschluckvolumen und ein Drehmoment des Motors der Hydraulikpumpe ermittelt, wobei das Motorsteuerungsverfahren umfasst: das Auswählen eines der variablen Befehlswerte, so dass eine erste Soll-Motordrehzahl entsprechend des ausgewählten variablen Befehlswerts eingestellt wird; das Einstellen einer zweiten Soll-Motordrehzahl auf der Grundlage der ersten Soll-Motordrehzahl, wobei die zweite Soll-Motordrehzahl niedriger ist als die erste Soll-Motordrehzahl; das Voreinstellen der Soll-Motordrehzahlen entsprechend des ermittelten Pumpenschluckvolumens und des ermittelten Drehmoments des Motors; und das Auslösen des Antriebs des Motors aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl und das Steuern des Antriebs des Motors aufgrund einer der voreingestellten Soll-Motordrehzahlen, die entweder einem der vom Detektor ermittelten Pumpenschluckvolumen oder Drehmoment des Motors entsprechen.
Motorsteuerungsverfahren nach Anspruch 5, wobei, während der Motor aufgrund der zweiten Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, der Antrieb des Motors aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, nachdem das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe ein voreingestelltes zweites vorgegebenes Pumpenschluckvolumen übersteigt oder nachdem das Drehmoment des Motors ein voreingestelltes zweites vorgegebenes Drehmoment des Motors übersteigt.
Motorsteuerungsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei, während der Motor aufgrund der ersten Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, der Antrieb des Motors aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, nachdem das Pumpenschluckvolumen der Hydraulikpumpe unter ein voreingestelltes erstes vorgegebenes Pumpenschluckvolumen sinkt oder nachdem das Drehmoment des Motors unter ein voreingestelltes erstes vorgegebenes Drehmoment des Motors sinkt.
Motorsteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Antrieb des Motors aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, die dem vom Detektor ermittelten Pumpenschluckvolumen entspricht.
Motorsteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Antrieb des Motors aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert wird, die dem vom Detektor ermittelten Drehmoment des Motors entspricht.
Motorsteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Antrieb des Motors aufgrund des höheren Werts aus der voreingestellte Soll-Motordrehzahl, die dem vom Detektor ermittelten Pumpenschluckvolumen entspricht, oder aus der voreingestellte Soll-Motordrehzahl, die dem vom Detektor ermittelten Drehmoment des Motors entspricht, gesteuert wird.