DE3321636C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren für ein Antriebs­ aggregat gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind bereits verschiedene Regelverfahren bekannt, die einer Überlastung des Getriebes und bzw. oder insbesondere der Brennkraftmaschine vorbeugen sollen. Beispielsweise ist bei einem hydrostatischen Getriebe, dessen Einstellung durch einen willkürlich wählbaren Steuerdruck bestimmt wer­ den 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). Auch ist es bereits bekannt, bei einem hydrostatischen Ge­ triebe mit nachgeschaltetem Stufenschaltgetriebe bei Er­ reichen einer Grenztemperatur des Arbeitsmediums des hydro­ statischen Getriebes das Stufenschaltgetriebe auf die kleinere Stufe zu schalten (DE-OS 21 66 186).

Bei einem anderen hydrostatischen Getriebe, dessen Ein­ stellung durch einen willkürlich einstellbaren Steuerdruck bestimmt ist, ist ebenfalls bekannt, daß bei zu hohem För­ derdruck der Steuerdruck gesenkt wird und damit das Getriebe auf eine Übersetzung zu kleinerer Abtriebsdrehzahl eingestellt wird (DE-OS 23 27 257 und DE-OS 24 59 795).

Weiterhin ist ein hydrostatisches Getriebe, dessen Ein­ stellung durch einen Steuerdruck bestimmt wird, bekannt, wobei bei Absinken der Antriebsdrehzahl der Pumpe des hy­ drostatischen Getriebes und damit der diese antreibenden Brennkraftmaschine der Steuerdruck gesenkt wird und da­ durch die Getriebeübersetzung in Richtung auf kleinere Abtriebsdrehzahl verstellt wird (DE-AS 15 55 480).

Bei all diesen bekannten Regelverfahren wird bei Überlastung das Getriebe auf eine 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 Brennkraftma­ schine überlastet wird. Dabei wird aber stets - sofern die äußere Last dies abfordert - die gesamte Leistung der Brennkraftmaschine frei, wobei ein großer Teil der Antriebs­ leistung verheizt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verlustleistung im einstellbaren, vorzugsweise hydrau­ lischen Getriebe zu vermindern, insbesondere auf ein ungefährliches Maß zu reduzieren, die bei den bisher be­ kannten Regelverfahren für einstellbare Getriebe beträcht­ liche Werte erreichen und bei blockiertem Abtrieb sogar die gesamte Leistung der Brennkraftmaschine erreichen kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dadurch wird bei Erreichen eines Grenzwertes durch das Überlastsignal die Getriebeeinstellung derart verändert, daß die Brennkraft­ maschine 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.

Dabei wird 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 Abtriebs­ leistung und Abtriebsdrehzahl, solange die Brennkraftma­ schine im Teillastbereich arbeitet, willkürlich gewählt werden kann und daß andererseits die proportional-dreh­ zahlgeregelte Brennkraftmaschine einen Arbeitsbereich auf­ weist, in dem bei steigender Drehzahl die Brennstoffmenge gedrosselt wird.

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 Ab­ triebsdrehzahl im Verhältnis zu Getriebeantriebsdrehzahl vermindert wird. Bei einem hydrostatischen Getriebe heißt das, daß der Hydromotor auf größeres Hubvolumen pro Um­ drehung bzw. insbesondere die Pumpe auf kleineres Hubvo­ lumen pro Umdrehung geschwenkt wird. Der Unterschied be­ steht darin, daß bei den bisher bekannten Regelverfahren auf den Punkt maximaler Leistungsabgabe der Brennkraft­ maschine gesteuert wird, das heißt, dann, wenn die Brenn­ kraftmaschine ihre bei der gegebenen Einstellung maximale Leistung abgibt, wird die Veränderung der Getriebeein­ stellung bewirkt, es wird vermieden, daß die Brennkraft­ maschine auf eine Drehzahl läuft, die oberhalb der Nenn­ drehzahl liegt, bei der die Brennkraftmaschine die maxi­ male Leistung abzugeben vermag. Im Gegensatz dazu wird bei dem Regelverfahren gemäß der Erfindung die Änderung der Getriebeeinstellung derart vorgenommen, daß die Brenn­ kraftmaschine entlastet wird und damit in den Bereich der (meist geradlinig verlaufenden) Abregelkennlinie oberhalb der Nenndrehzahl hinein läuft, das heißt, die Brennkraft­ maschine 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 Ge­ triebe 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 Zeit­ schrift "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 eingestellt ist, beispielsweise ein Diesel­ motor 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 Ver­ fahren 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 Drehzahlbereich oberhalb der Nenndrehzahl läuft.

Das Regelverfahren gemäß der Erfindung kann auch kombi­ niert angewendet werden mit einem Regelverfahren der bisher bekannten Art derart, daß bis zu einer bestimmten kenn­ zeichnenden Betriebsgröße, wobei als diese vorzugsweise die Nenndrehzahl der Brennkraftmaschine bei der gegebenen Einstellung ausgewählt wird, das bisher bekannte Regel­ verfahren benutzt wird und bei Erreichen dieser kennzeich­ nenden Größe die Regeleinrichtung umgestellt wird auf die Aus­ gestaltung gemäß der Erfindung oder umgestellt wird auf ein anderes Grenzlastsignal, beispielsweise die Temperatur. Dabei ist darauf zu achten, daß immer in einem ganz be­ stimmt vorgegebenen Betriebspunkt eine Umschaltung derart erfolgt, daß bis zu diesem Betriebspunkt nur das eine und ab diesem Betriebspunkt nur das andere Regelverfahren wirksam ist.

Das Überlastungssignal kann gegeben werden durch ein Dreh­ zahlsignal, insbesondere einen Vergleich der mittels einer Abtriebswellendrehzahlmeßeinrichtung gemessenen Drehzahl der Getriebeabtriebsdrehzahl mit der Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine und mit einem Sollwert, der durch die Ge­ triebeeinstelleinrichtung bestimmt wird. Eine Einrichtung zum Steuern eines stufenlos einstellbaren elektrischen Getriebes, bei dem die Drehzahl der antreibenden Brenn­ kraftmaschine und die Drehzahl der Getriebeabtriebswelle miteinander verglichen werden und in einer Regeleinrich­ tung verarbeitet werden, in die auch der Sollwert einge­ geben wird, ist ebenfalls bereits bekannt (DE-OS 30 33 541). Es sind aber auch andere Möglichkeiten für das Gewinnen eines Überlastsignales für ein Regelverfahren gemäß der Erfindung gegeben. Ist beispielsweise das hydrostatische Getriebe ein solches, bei dem die Einstellage durch einen Steuerdruck bestimmt wird, der seinerseits durch ein elek­ trisches Regelmagnetventil bestimmt wird, so kann aus dem die Regelmagnetventilspule durchfließenden Strom eine charakteristische Größe für Überlast abgeleitet werden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist gegeben durch die Möglichkeit, das Regelverfahren gemäß der Erfindung mit einem der bisher bekannten Regelverfahren zu kombinieren und zwar solchen, bei denen der Grenzwert aus dem Arbeits­ druck im Getriebe abgeleitet wird, als auch solchen, bei denen ein übergroßes Drehmoment an der Abtriebswelle des Getriebes direkt gemessen oder durch eine Drückung der Drehzahl der Primärenergiequelle festgestellt wird und bei absinkender Drehzahl die Getriebeübersetzung auf kleinere Getriebeabtriebsdrehzahl zurückgeregelt wird.

Weicht das Drehzahlverhältnis von Antrieb zu Abtrieb des Getriebes gegenüber dem durch den gewählten Sollwert vor­ eingestellten Verhältnis ab, so liegt im Getriebe ein Leistungsverlust - bei einem hydrostatischen Getriebe Leck­ ölverlust - durch Belastung vor. Ab einer gewissen Drehzahl­ abweichung kann von einem Überlastdetektor das Überlast­ signal erzeugt werden, welches die Getriebeeinstellung derart steuert, daß die Brennkraftmaschine in dem Regel­ bereich arbeitet, in dem bei steigender Drehzahl die Brenn­ stoffzufuhr gedrosselt und damit die Leistungserzeugung vermindert wird.

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.

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.

Die Erfindung wird im weiteren anhand der Zeichnung und der in dieser gegebenen Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Arbeitsdiagramm zu einer Brennkraftma­ schine mit einer Charakteristik, wie sie gemäß der Erfin­ dung verwendet wird,

Fig. 2 das Schaltschema zu einer Regeleinrichtung mit Differenzdrehzahlüberwachung und

Fig. 3 das Schaltschema zu einer Regeleinrichtung mit Temperaturüberwachung.

In dem Diagramm in Fig. 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 Dreh­ zahl ändert, infolge unterschiedlicher Strömungswider­ stände 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 n₁ erreicht wird. In diesem Punkt greift das Drehzahlregelorgan ein, das unzulässige Über­ drehzahlen 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.

In Fig. 2 ist mit 1 die proportional-drehzahlgeregelte Brennkraftmaschine bezeichnet, die über die Welle 2 das stufenlos einstellbare Getriebe 3 antreibt, dessen Ausgangs­ welle 4 einen hier nur symbolisch als Abtriebsrad darge­ stellten Verbraucher 5 antreibt.

Mit der Welle 2 ist ein Drehzahlsignalgeber 6 verbunden und mit der Welle 4 ist ein Drehzahlsignalgeber 7 verbun­ den. Von dem Drehzahlsignalgeber 6 geht über eine Signal­ leitung 8 ein Drehzahlsignal zu dem Überlastdetektor 9, dem über eine Leitung 10 auch ein Drehzahlsignal 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 Steuersig­ nal, das über die Leitung 13 zu einem Summierpunkt 14 ge­ geben 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 ein­ stellbaren Getriebes 3.

In Fig. 3 ist mit 21 wiederum die proportional-drehzahl­ geregelte Brennkraftmaschine bezeichnet, die über eine Welle 22 das stufenlos einstellbare hydrostatische Ge­ triebe 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 hydro­ statischen Getriebes 23 ist ein Temperaturmeßfühler ange­ ordnet, der über die Leitung 17 ein Temperatursignal an das Temperaturmeßwertverarbeitungsgerät 18 gibt, von dem aus ein Ausgangssignal durch die Leitung 19 zu dem Summier­ glied 20 fließt, dem weiterhin durch die Leitung 26 ein Sollwertsignal zugeführt wird. Von dem Summierglied 20 führt eine Signalleitung 27,in der ein Begrenzungs­ glied 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 hydro­ statischen Getriebes 23 zugeführt.

Claims (7)

1. Regelverfahren für ein Antriebsaggregat aus einer ein­ stellbaren, proportional-drehzahlgeregelten Brennkraft­ maschine und einem von dieser angetriebenen stufenlos einstellbaren, vorzugsweise hydrostatischem Getriebe, bei dem bei Überlastung ein eine Veränderung der Ge­ triebeübersetzung im Sinne einer Verringerung der Leistungsaufnahme bewirkendes Signal auf eine Regelein­ richtung einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Er­ reichen eines Grenzwertes die Getriebeeinstellung der­ art verändert wird, daß die Brennkraftmaschine in einem Bereich arbeitet, in dem bei weiter steigender Drehzahl die Brennstoffmenge gedrosselt wird.

2. Regelverfahren nach Anspruch 1, für ein Antriebsaggre­ gat mit einem hydrostatischen Getriebe, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Grenzwertsignalgeber ein Signalgeber für die Temperatur des Getriebearbeitsmediums ist.

3. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertsignalgeber ein Signalgeber für die Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert des Drehzahl­ verhältnisses an Antrieb und Abtrieb des einstellbaren Getriebes unter Belastung ist.

4. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Signalgeber für zwei verschiedene Grenzwerte auf die Regeleinrichtung ein­ wirken.

5. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein bestimmter Betriebspunkt des Antriebsaggregates vorgegeben ist und bei Arbeit in dem Bereich auf einer Seite dieses Betriebspunktes ein Regelverfahren der bisher bekannten Art verwendet wird und bei Erreichen des vorgegebenen Betriebspunktes die Regeleinrichtung auf das Regelverfahren gemäß der Erfindung umgeschaltet wird.

6. Regelverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit Umschalten auf das Regelverfahren gemäß der Erfindung ein anderer Grenzwertsignalgeber wirksam wird.

7. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, für ein Antriebsaggregat, bei dem die Einstellage des hydrostatischen Getriebes bestimmt wird durch einen Steuerdruck, der seinerseits in einem elektrischen Regelmagnetventil eingestellt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß eine charakteristische Größe für Überlast aus dem den Regelmagnetventil durchfließenden Strom abgeleitet ist.