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Technisches Gebiet
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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.
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Hintergrund der Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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Offenlegung der Erfindung
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Probleme, die durch die Erfindung gelöst
werden sollen
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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.
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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.
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Mittel zur Lösung
der Probleme
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weiterhin
wird im obigen Aspekt der Erfindung der Antrieb des Motors vorzugsweise
aufgrund der Soll-Motordrehzahl gesteuert, die dem vom Detektor
ermittelten Pumpenschluckvolumen entspricht.
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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.
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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.
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Wirkung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Hydraulikschaltplan nach einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung. (Beispiel)
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2 ist
ein Kennlinien-Datenblatt eines Motors. (Beispiel)
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3 ist
ein Kennlinien-Datenblatt bei Erhöhung des Drehmoments
des Motors. (Beispiel)
-
4 ist
ein Kennlinien-Datenblatt bei Reduzierung des Drehmoments des Motors.
(Beispiel)
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5 ist
ein Ablaufschema der Steuerung nach der Erfindung. (Beispiel)
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6 ist
ein Blockschema einer Steuereinheit. (Beispiel)
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7 ist
eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen
einem Pumpenschluckvolumen und einer Soll-Motordrehzahl veranschaulicht.
(Beispiel)
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8 ist
eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen
einer Motordrehzahl und dem Drehmoment des Motors veranschaulicht.
(erläuterndes Beispiel)
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9 ist
eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen
der Motordrehzahl und dem Drehmoment des Motors veranschaulicht.
(Beispiel)
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10 ist
eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen
dem Drehmoment des Motors und einer Soll-Motordrehzahl veranschaulicht.
(Beispiel)
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11 ist
ein Hydraulikschaltplan mit offener Mitte. (Beispiel)
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12 ist
ein Hydraulikschaltplan mit offener Mitte und negativer Steuerung.
(Beispiel)
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13 ist
eine grafische Darstellung, die die Steuerungsmerkmale des negativ
gesteuerten Hydraulikkreislaufs aus 12 veranschaulicht.
(Beispiel)
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14 ist
eine grafische Darstellung, die die Pumpen-Steuerungsmerkmale des
negativ gesteuerten Hydraulikkreislaufs aus 12 veranschaulicht. (Beispiel)
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15 ist
ein Hydraulikschaltplan mit offener Mitte und positiver Steuerung.
(Beispiel)
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16 ist
eine grafische Darstellung, die die Pumpen-Steuerungsmerkmale des
positiv gesteuerten Hydraulikkreislaufs aus 15 veranschaulicht. (Beispiel)
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- 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
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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.
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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.
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Beispiele
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dementsprechend
ist nicht davon auszugehen, dass sich der Hydraulikkreislauf nach
der Erfindung nur auf den lastgesteuerten Hydraulikkreislauf beschränkt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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..
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
Technikphilosophie der Erfindung ist auf eine Motorsteuerung eines
Dieselmotors anwendbar.
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Zusammenfassung
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 10-273919
A [0006]
- - JP 6-58111 B [0150]