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Regelverfahren fUr ein Antriebsaggregat
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Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren fUr ein Antriebsaggregat
gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es sind bereits verschiedene Regelverfahren bekannt, die einer Uberlastung
des Getriebes und bzw. oder insbesondere der Brennkraftmaschine vori##ugen sollen.
Beispielsweise ist bei einem hydrostatischen Getriebe, dessen Einstellung durch
einen willkürlich wählbaren Steuerdruck bestimmt werden kann, bekannt, daß bei zu
hohem Druck und gleichzeitig zu hoher Temperatur der Steuerdruck gesenkt wird und
damit das Getriebe auf kleinere Abtriebsdrehzahl und damit bei der normalen Charakteristik
eines angetriebenen Verbrauchers kleinere Leistungsaufnahme verstellt wird (DE-OS
24 21 198).
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Auch ist es bereits bekannt, bei einem hydrostatischen Getriebe mit
nachgeschaltetem Stufenschaltgetriebe bei Erreichen einer Grenztemperatur des Arbeitsmediums
des hydrostatischen Getriebes das Stufenschaltgetriebe auf die kleinere Stufe zu
schalten (DE-OS 21 66 186).
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Bei einem anderen hydrostatischen Getriebe, dessen Einstellung durch
einen willkürlich einstellbaren Steuerdruck bestimmt ist, ist ebenfalls bekannt,
daß bei zu hohem Förderdruck der Steuerdruck gesenkt wird und damit das Getriebe
auf Übersetzung zu kleinerer Abtriebsdrehzahl eingestellt wird (DE-OS 23 27 257
- DE-OS 24 59 795).
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Weiterhin ist ein hydrostatisches Getriebe, dessen Einstellung durch
einen Steuerdruck bestimmt wird, bekannt, wobei bei Absinken der Antriebsdrehzahl
der Pumpe des hydrostatischen Getriebes und damit der diese antreibenden Brennkraftmaschine
der Steuerdruck gesenkt wird und dadurch die Getriebeübersetzung in Richtung auf
kleinere Abtriebsdrehzahl verstellt wird (DE-AS 15 55 480).
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Bei all diesen bekannten Regelverfahren wird bei Überlastung das Getriebe
auf kleinere Abtriebsdrehzahl gestellt, um die vom Getriebe abgegebene Leistung
und damit aber auch die vom Getriebe aufgenommene Leistung zu vermindern, um dadurch
zu verhindern, daß die antreibende Brennkraftmaschine überlastet wird. Dabei wird
aber stets - sofern die äußere Last dies abfordert - die gesamte Leistung der Brennkraftmaschine
frei, wobei ein großer Teil der Antriebsleistung verheizt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verlustleistung
im einstellbaren, vorzugsweise hydraulischen Getriebe zu vermindern, insbesondere
auf ein ungefährliches Maß zu reduzieren, die bei den bisher bekannten Regelverfahren
für einstellbare Getriebe beträchtliche Werte erreichen und bei blockiertem Abtrieb
so-gar die gesamte Leistung der Brennkraftmaschine erreichen kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei Erreichen eines
Grenzwertes durch das Überlastsignal die
Getriebeeinstellung derart
verändert, daß die Brennkraftmaschine in einem Bereich arbeitet, in dem bei bis
zur oberen Leerlaufdrehzahl steigender Drehzahl die Leistung abnimmt mit der Folge,
daß bei Überlastung die Drehzahl der Brennkraftmaschine und damit die Antriebsdrehzahl
des Getriebes steigt, wobei jedoch infolge des Regeleingriffs die Abtriebsdrehzahl
des Getriebes sinkt.
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Dabei wirc einerseits die Tatsache ausgenutzt, daß bei einem aus einer
Brennkraftmaschine und einem stufenlos einstellbaren Getriebe bestehenden Antriebsaggregat
die Paarung zwischen Antriebsdrehzahl und Antriebsdrehmoment bei einem bestimmten
geforderten Abtriebsdrehmoment und damit möglichst einer bestimmten geforderten
Abtriebsleistung und Abtriebsdrehzahl, solange die Brennkraftmaschine im Teillastbereich
arbeitet, willkürlich gewählt werder kann und daß andererseits die proportional-drehzahlgeregelte
Brennkraftmaschine einen Arbeitsbereich aufweist, in dem bei steigender Drehzahl
die Brennstoffmenge gedrosselt wird.
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Gemeinsam ist dem bisher bekannten Regelverfahren und dem neuen Regelverfahren
gemäß der Erfindung, daß bei beiden bei Eintreffen eines Überlastsignales die Einstellung
des stufenlosen Getriebes derart verändert wird, daß die Abtriebsdrehzahl im Verhältnis
zu Getriebeantriebsdrehzahl vermindert wird. Bei einem hydrostatischen Getriebe
heißt das, daß der Hydromotor auf größeres Hubvolumen pro Umdrehung bzw. insbesondere
die Pumpe auf kleineres Hubvolumen pro Umdrehung geschwenkt wird. Der Unterschied
besteht darin, daß bei den bisher bekannten Regelverfahren auf den Punkt maximaler
Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine gesteuert wird, das heißt, dann, wenn die
Brennkraftmaschine ihre bei der gegebenen Einstellung maximale Leistung abgibt,
wird die Veränderung der Getriebeein-
stellung bewirkt, es wird
vermieden, daß die Brennkraftmaschine auf eine Drehzahl läuft, die oberhalb der
Nenndrehzahl liegt, bei der die Brennkraftmaschine die maximale Leistung abzugeben
vermag. Im Gegensatz dazu wird bei dem Regelverfahren gemäß der Erfindung die Änderung
der Getriebeeinstellung derart vorgenommen, daß die Brennkraftmaschine entlastet
wird und damit in den Bereich der (meist geradlinig verlaufenden) Abregelkennlinie
oberhalb der Nenndrehzahl hinein läuft, das heißt, die Brennkraftmaschine arbeitet
im Teillastbereich. Auch bei diesem Regelverfahren kann die Brennkraftmaschine nicht
durch Überlastung zum Stillstand gebracht werden. Sie läuft zwar mit immer höherer
Drehzahl, aber maximal mit der Leerlaufdrehzahl, bei deren Erreichen das stufenlose
Getriebe derart eingestellt ist, daß es keine Leistung mehr aufnimmt. Der Unterschied
gegenüber dem bekannten Verfahren der "Drückungsregelung", das beispielsweise beschrieben
ist in dem Beitrag "die hydraulische Grenzlastregelung eines stufenlosen hydrostatischen
Getriebes" in der Zeitschrift "Konstruktion" Dezember 1976, Seiten 459 - 462, besteht
also schon in der Zielsetzung, von der ausgehend das Regelverfahren ausgelegt wird.
Während bei dem bekannten Verfahren die Getriebeübersetzung erst dann in dem genannten
Sinne verändert wird, wenn die Brennkraftmaschine auf volle Leistungsabgabe einstellt
ist, beispielsweise ein Dieselmotor auf volle Einspritzung eingestellt ist und trotzdem
die Leistung nicht mehr zu erbringen vermag und daher die Drehzahl gedrückt wird,
wobei immer im Bereich unterhalb der Nenndrehzahl gearbeitet wird, wird bei dem
neuen Verfahren gemäß der Erfindung von irgendeinem bestimmten ausgewählten, Überlastung
anzeigenden Signal ausgegangen und bei Auftreten dieses Signales die Getriebeeinstellung
derart verändert, daß die Brennkraftmaschine in einen Drehzahl bereich oberhalb
der Nenndrehzahl läuft.
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Das Regelverfahren gemäß der Erfindung kann auch kombiniert angewendet
werden mit einem Regelverfahren der bisher bekannten Art derart, daß bis zu einer
bestimmten kennzeichnenden Betriebsgröße, wobei als diese vorzugsweise die Nenndrehzahl
der Brennkraftmaschine bei der gegebenen Einstellung ausgewählt wird, das bisher
bekannte Regelverfahren benutzt wird und bei Erreichen dieser kennzeichnenden Größe
die Regeleinrichtung umgestellt wird auf die Auslegung gemäß der Erfindung oder
umgestellt wird auf ein anderes Grenzlastsignal, beispielsweise die Temperatur.
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Dabei ist darauf zu achten, daß immer in einem ganz bestimmt vorgegebenen
Betriebspunkt eine Umschaltung derart erfolgt, daß bis zu diesem Betriebspunkt nur
das eine und ab diesem Betriebspunkt nur das andere Regelverfahren wirksam ist.
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Das Überlastungssignal kann gegeben werden durch ein Drehzahlsignal,
insbesondere einen Vergleich der mittels einer Abtriebswellendrehzahlmeßeinrichtung
gemessenen Drehzahl der Getriebeabtriebsdrehzahl mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine
und mit einem Sollwert, der durch die Getriebeeinstelleinrichtung bestimmt wird.
Eine Einrichtung zum Steuern eines stufenlos einstellbaren elektrischen Getriebes,
bei dem die Drehzahl der antreibenden Brennkraftmaschine und die Drehzahl der Getriebeabtriebswelle
miteinander verglichen werden und in einer Regeleinrichtung verarbeitet werden,
in die auch der Sollwert eingegeben wird, ist ebenfalls bereits bekannt (DE-OS 30
33 541).
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Weicht das Drehzahlverhältnis von Antrieb zu Abtrieb des Getriebes
gegenüber dem durch den gewählten Sollwert voreingestellten Verhältnis ab, so liegt
im Getriebe ein Leistungsverlust - bei einem hydrostatischen Getriebe Leckölverlust
- durch Belastung vor. Ab einer gewissen Drehzahl -abweichung kann von einem Überlastdetektor
das Überlastsignal erzeugt werden, welches die Getriebeeinstellung derart steuert,
daß die Brennkraftmaschine in dem Regelbereich arbeitet, in dem bei steigender Drehzahl
die Brennstoffzufuhr gedrosselt und damit die Leistungserzeugung vermindert wird.
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Bei einem stufenlos einstellbaren hydrostatischen Getriebe kann auch
das Grenzwertsignal durch die Temperatur des Arbeitsmittels gegeben sein, wobei
eine diese Temperatur messende Temperaturmeßeinrichtung auf die Regeleinrichtung
einwirkt.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird bewirkt, daß bei steigender
Belastung die Drehzahl der Brennkraftmaschine zunimmt bis in den genannten Betriebsbereich
und damit die Brennkraftmaschine eine kleinere Leistung abgibt, so daß auch im Getriebe
eine kleinere Leistung übertragen wird und damit eine kleinere Erwärmung auftritt.
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Die Erfindung wird im weiteren anhand der Zeichnung und der in dieser
gegebenen Ausführungsbeispiele erläutert.
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Figur 1 zeigt ein Arbeitsdiagramm zu einer Brennkraftmaschine mit
einer Charakteristik, wie sie gemäß der Erfindung verwendet wird.
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Figur 2 zeigt das Schaltschema zu einer Regeleinrichtung mit Differenzdrehzahlüberwachung.
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Figur 3 zeigt das Schaltschema zu einer Regeleinrichtung mit Temperaturüberwachung.
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In dem Diagramm in Figur 1 ist auf der Ordinate die Leistung P der
Brennkraftmaschine aufgetragen und auf der Abszisse die Drehzahl n der Brennkraftmaschine.
Im Diagramm ist als ausgezogene Linie die Leistung der Brennkraftmaschine über der
Drehzahl aufgetragen. Der gekrümmte Teil der Kurve ergibt sich dadurch, daß das
Drehmoment sich mit der Drehzahl ändert, infolge unterschiedlicher Strömungswiderstände
in den Ansaug- und Abgaskanälen und unterschiedlicher Zeit für das Durchbrennen
des Gemischs im Zylinder und für den Wärmeübergang der abzuführenden Verlustwärme.
Dieser gekrümmte Kurventeil steigt bis zu einer Maximalleistung, die bei einer Drehzahl
n erreicht wird. In diesem Punkt greift das Drehzahlregelorgan ein, das unzulässige
Überdrehzahlen vermeiden soll und bei zunehmender Drehzahl die Brennstoffzufuhr
drosselt, bis bei der Drehzahl n2 die obere Leerlaufdrehzahl erreicht ist. Mit a
ist der Drehzahlregelbereich bezeichnet, der gemäß der Erfindung ausgenutzt wird.
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In Figur 2 ist mit 1 die proportional-drehzahlgeregelte Brennkraftmaschine
bezeichnet, die über die Welle 2 das stufenlos einstellbare Getriebe 3 antreibt,
dessen Ausgangswelle 4 einen hier nur symbolisch als Abtriebsrad dargestellten Verbraucher
5 antreibt.
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Mit der Welle 2 ist ein Drehzahlsignalgeber 6 verbunden und mit der
Welle 4 ist ein Drehzahlsignalgeber 7 verbunden. Von dem Drehzahlsignalgeber 6 geht
über eine Signalleitung 8 ein Drehzahl signal zu dem Überlastdetektor 9, dem über
eine Leitung 10 auch ein Drehzahl signal von dem Drehzahlsignalgeber 7 zugeführt
wird und dem weiterhin von der Getriebesteuerung 11 aus über eine Leitung 12 ein
Sollwertsignal
zugeführt wird. Die über die Leitungen 8, 10 und 12 dem Überlastdetektor 9 zufließenden
Signale werden in diesem verglichen und verarbeitet zu einem Steuersignal, das über
die Leitung 13 zu einem Summierpunkt 14 gegeben wird, dem andererseits von der Getriebesteuerung
11 aus über die Leitung 15 ein Sollwertsignal zufließt. Von dem Summierpunkt 14
aus fließt schließlich über die Leitung 16 ein Steuersignal an das Einstellorgan
des einstellbaren Getriebes 3.
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In Figur 3 ist mit 21 wiederum die proportional-drehzahlgeregelte
Brennkraftmaschine bezeichnet, die über eine Welle 22 das stufenlos einstellbare
hydrostatische Getriebe 23 antreibt, das über eine Welle 24 den hier wiederum nur
als Rad symbolisch dargestellten Verbraucher mechanischer Energie 25 antreibt. An
einer geeigneten Stelle des hydrostatischen Getriebes 23 ist ein Temperaturmeßfühler
angeordnet, der über die Leitung 17 ein Temperatursignal an das Temperaturmeßwertverarbeitungsgerät
18 gibt, von dem aus ein Ausgangssignal durch die Leitung 19 zu dem Summierglied
20 fließt, dem weiterhin durch die Leitung 26 ein Sollwertsignal zugeführt wird.
Von dem Summierglied 20 führt eine Signalleitung 27,in der ein Begrenzungsglied
28 angeordnet ist, zu dem Temperaturregler 29, von dem aus ein Steuersignal durch
die Leitung 30 zu dem Summierglied 31 fließt, dem andererseits von der Getriebe
steuerung 32 aus über die Leitung 33 ein Sollwertsignal zufließt. Das von dem Summierglied
31 ausgehende Signal wird durch die Leitung 34 dem Einstellorgan des hy-drostatischen
Getriebes 23 zugeführt.
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L e e r s e i t e