DE3606391A1

DE3606391A1 - Verfahren zur regelung der leistungsabgabe eines verbrennungsmotors und/oder einer von diesem angetriebenen verstellbaren hydraulischen pumpe

Info

Publication number: DE3606391A1
Application number: DE19863606391
Authority: DE
Inventors: Hideo Yawata Kawai; Takeshi Hirakata Kobayashi; Yukio Hirakata Moriya; Akihisa Takahashi; Hideyuki Yawata Takehara
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1985-02-28
Filing date: 1986-02-27
Publication date: 1986-09-04
Anticipated expiration: 2006-02-28
Also published as: CN86101977A; KR940001327B1; US4773369A; GB2171757A; KR860006624A; GB8604509D0; GB2171757B; CN1005580B; DE3606391C2

Description

Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines Verbrennungsmotors und/oder einer von diesem angetriebenen verstellbaren hydraulischen Pumpe

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines Verbrennungsmotors (einer Verbrennungskraftmaschine) und/oder einer vom Motor angetriebenen verstellbaren hydraulischen Pumpe. Insbesondere betrifft sie ein Regelungsverfahren, wodurch ein wirkungsvoller Betrieb eines Verbrennungsmotors oder einer von diesem angetriebenen Pumpe oder von beiden erreicht wird, während der Kraftstoffverbrauch des Motors gering gehalten wird.

2. Stand der Technik:

Bekannt ist ein Typ von Verbrennungsmotor, der geregelt wird.entsprechend einer spezifischen Vorgabe unabhängig von irgendeiner Veränderung im Drehmomentbedarf einer verstellbaren hydraulischen Pumpe (hiernach einfach als Verstellpumpe bezeichnet), die vom Motor angetrieben ist, d.h. von deren eingestellter Verdrängung multipliziert mit ihrem Abgabedruck. Der Drehmomentbedarf der Verstellpumpe wird verändert durch eine Betriebsartwahl- Regelvorrichtung, um den Kraftstoffverbrauch des Motors niedrig zu halten, vgl. europäische Patentanmeldung EP 0156339 A2 des Anmelders.

Der Motor weist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem mechanischen geschwindigkeitsabhängigen Regler auf. Die Kurve b in Fig. 1 ist eine Regler- Regelkurve, und jede der Kurven a- bis a,- zeigt einen spezifischen Kraftstoffverbrauch des Motors, und zwar nimmt dieser in der Reihenfolge der Kurven von a,- bis a₁ ab. Zu einem bestimmten Punkt auf der Regler-Regelkurve b gehört stets ein bestimmter Kraftstoffverbrauch des Motors. Beispielsweise der durch die Kurve a„ angegebene

Kraftstoffverbrauch am Nennpunkt C der Kurve b.

Die Betriebsart der Verstellpumpe, die von dem solche Regler- Eigenschaften aufweisenden Motor angetrieben wird, kann beispielsweise in drei Stufen einstellbar sein, d.h. ein Hochlastbetrieb M₁ , ein Mittellastbetrieb M_g und ein Niederlastbetrieb M-, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Motor wird dann durch den mechanischen Regler jeweils auf Betrieb bei den Punkten C (Nennpunkt), S und L auf der Regler-Regelkurve b geregelt. Wenn die Betriebsart der Verstellpumpe verändert wird, hat der Motor ein Ausgangsdrehmoment, das von einer Betriebsart zur anderen stark verschieden ist, obgleich die Drehzahl des Motors im wesentlichen gleichbleibend gehalten wird.

Infolgedessen unterscheidet sich der Drehmomentbedarf der Verstellpumpe auch stark von einer Betriebsart zur anderen, wie in Fig. 2 gezeigt. Da die Verstellpumpe so konstruiert ist, daß sie den besten Wirkungsgrad in einer ihrer Betriebsarten zeigt, z.B. M₁, ist ihr Wirkungsgrad von einer Betriebsart zur anderen stark unterschiedlich. Sie hat also den Nachteil, daß sie die Motorleistung in irgendeiner anderen Betriebsart als M₁ nicht wirksam ausnutzt.

Jede der Kurven in Fig. 2 ist eine Kurve gleichen Wirkungsgrades der Verstellpumpe. Der Wirkungsgrad der Pumpe nimmt in dieser Darstellung zu mit abnehmendem Kurvenradius der Kurven. Außerdem hat die Regelung des Motors durch den üblichen mechanischen Regler den Nachteil, daß der Motor bei Niederlast, wie am Punkt L in Fig. 1 gezeigt, einen hohen Kraftstoffverbrauch hat. Das Austritts-(Abtriebs-)Drehmoment wird auch einfach als Drehmoment des Motors bezeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter diesen Umständen liegt der Erfindung zunächst die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines mit einem elektronischen Regler versehenen Verbrennungsmotors anzugeben, wobei zur Verringerung eines Unterschiedes zwischen Kurven gleicher Pumpenabgabeleistung (längs deren der Abgabedruck einer Verstellpumpe multipliziert mit ihrer eingestellten Verdrängung, ausgedrückt als emv Umdrehung kon-

stant ist) von einer Betriebsart der Pumpe zu einer anderen, d.h. des Unterschieds des Drehmomentbedarfs der Pumpe von einer Betriebsart zur anderen, der Motor so betrieben wird, daß ein Ausgangsdrehmoment des Motors in einem Bereich hoher Drehzahlen bei einem Nennpunkt jeder der Betriebsarten zu dem verändert wird, das bei einem gegebenen Punkt auf einer Kurve gleicher Leistung (längs welcher das Ausgangsdrehmoment des Motors multipliziert mit der Drehzahl des Motors konstant ist) in jeder Betriebsart vorliegt, welcher Punkt nahe dem Punkt des maximalen Ausgangsdrehmoments des Motors auf der Kurve gleicher Leistung in jeder Betriebsart ist und einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch als den im Bereich hoher Drehzahlen hat.

Weiterhin soll erfindungsgemäß ein Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines mit einem elektronischen Regler versehenen Verbrennungsmotors angegeben werden, wobei die Drehzahl des Motors entsprechend einem Abfall seines Ausgangsdrehmoments unter einen vorbestimmten Wert verringert wird, um seinen Kraftstoffverbrauch und sein Arbeitsgeräusch zu verringern, wenn er bei Niederlast arbeitet.

Ferner soll erfindungsgemäß ein Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines mit einem elektronischen Regler versehenen Verbrennungsmotors und der Leistungsabgabe einer vom Motor angetriebenen Verstellpumpe angegeben werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Schrägscheibe der Verstellpumpe bei einem maximalen Winkel gehalten wird, um ihre einstellbare Verdrängung bei Niederlast auf einem geringsten Wert zu halten, das Ausgangsdrehmoment <§es Motors längs einer Kurve gleicher Leistung in einem vorbestimmten Bereich gleichen Kraftstoffverbrauchs gesteigert wird, um den Abgabedruck der Pumpe zu steigern, und der Winkel der Schrägscheibe verringert wird, während das Ausgangsdrehmoment des Motors bei seinem erhöhten Wert gehalten wird, um die verstellbare Verdrängung der Pumpe längs einer Kurve gleicher Pumpenabgabeleistung zu verringern und ihren Abgabedruck mit einem Lastanstieg zu erhöhen, wodurch der Druckverlust der Verstellpumpe verringert und das Ausgangdrehmoment des die Pumpe antreibenden Motors wirksam ausgenutzt wird.

Diese Aufgaben werden erreicht durch ein Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines mit einem elektronischen Regler versehenen Motors und/oder von wenigstens einer vom Motor angetriebenen verstellbaren hydraulischen Pumpe, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß wenn der Motor in einem Bereich hoher Drehzahlen arbeitet, die etwa gleich der Drehzahl bei einem Nennpunkt auf einer für den Motor spezifischen Regler-Regelkurve sind oder diese übersteigen, der Motor durch die Einwirkung des elektronischen Reglers bei einem bestimmten Punkt auf einer Kurve gleicher Leistung betrieben wird, wo das Ausgangsdrehmoment des Motors höher als im Bereich der hohen Drehzahlen und der Kraftstoffverbrauch geringer als im Bereich der hohen Drehzahlen ist, so daß der Motor und/oder die Pumpe mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten können.

5 Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines mit einem elektronischen Regler versehenen Verbrennungsmotors angegeben, wobei die Leistungsabgabe des Motors in einer Mehrzahl von Betriebsarten einstellbar ist, um einen Drehmomentbedarf einer vom Motor angetriebenen verstellbaren hydraulischen Pumpe zu verändern, wobei der Motor in einer solchen Weise betrieben wird, daß das Ausgangsdrehmoment des Motors in einem Bereich hoher Drehzahlen bei einem Nennpunkt jeder der Betriebarten verändert wird auf das, welches bei einem bestimmten Punkt auf einer Kurve gleicher Leistung des Motors in jeder Betriebsart gegeben ist, wo ein Punkt eines maximalen Ausgangsdrehmoments des Motors auf der Kurve gleicher Leistung diesem Punkt benachbart und der Kraftstoffverbrauch niedriger als im Bereich der hohen Drehzahlen ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines mit einem elektronischen Regler versehenen Verbrennungsmotors, der für den Antrieb von wenigstens einer verstellbaren hydraulischen Pumpe eingerichtet ist, vorgeschlagen, wobei die Drehzahl des

•35 Motors entsprechend einer Verringerung des Ausgangsdrehmoments des Motors auf eine Stufe unter einem vorbestimmten Wert verringert wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines mit einem elektronischen Regler versehenen Verbrennungsmotors und einer vom Motor angetriebenen verstellbaren hydraulischen Pumpe angegeben, wobei eine Taumelscheibe der Pumpe bei einem maximalen Winkel gehalten wird, um die verstellbare Verdrängung der Pumpe bei Niederlast zu maximieren, das Ausgangsdrehmoment des Motors längs einer Kurve gleicher Motorleistung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gleichen Kraftstoffverbrauches erhöht wird, um den Abgabedruck der Pumpe zu erhöhen, und der Winkel der Taumelscheibe verringert wird, während das Ausgangsdrehmoment des Motors bei seinem erhöhten Wert gehalten wird, um die verstellbare Verdrängung der Pumpe längs einer Kurve gleicher Pumpenabgabeleistung zu verringern und ihren Abgabedruck mit einem Lastanstieg zu erhöhen.

Die Erfindung wird mit weiteren Einzelheiten erläutert durch die folgende Beschreibung, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der üblichen Regelung einer Maschine durch einen mechanischen geschwindigkeitsabhängigen (all-speed) Regler (Fliehkraftregler);

Fig. 2 eine graphische Darstellung der üblichen Steuerung der Abgabeleistung einer verstellbaren hydraulischen Pumpe;

Fig. 3 ein allgemeines Schaltbild eines Steuerungssystems, welches das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines Motors und einer Mehrzahl von vom Motor angetriebenen verstellbaren hydraulischen Pumpen benutzt;

Fig. 4 ein Diagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung der Leistungsabgabe eines Motors;

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Regelungssystems, das zur Durchführung des in Fig. 4 gezeigten Verfahrens angewandt wird;

Fig. 6 ein Diagramm einer erfindungsgemäßen Methode zur Regelung der Abgabeleistung einer verstellbaren hydraulischen Pumpe;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Abgabeleistung der nach der in Fig. 6 gezeigten Methode geregelten Pumpe;

Fig. 8 ein Diagramm einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Methode zur Regelung der Leistungsabgabe eines Motors;

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines Regelungssystems, das zur Durchführung der in Fig. 8 gezeigten Methode angewandt wird;

Fig. 10 eine Regler-Regellcurve für den nach der in Fig. 8 gezeigten Methode geregelten Motor;

Fig. 11 ein Diagramm einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Methode zur Regelung der Leistungsabgabe eines Motors;

Fig. 12 ein Diagramm der Regelung einer verstellbaren hydraulischen Pumpe entsprechend der in Fig. 11 gezeigten Methoder

Fig. 13 eine graphische Darstellung der Leistungsabgabe der Pumpe, welche durch die in Fig. 12 gezeigte Regelung erhal-5 ten wird;

Fig. 14 ein Blockdiagramm eines Regelungssystems, das zur Durchführung der in den Figuren 11 und 12 gezeigten Regelungen verwendet wird; und

Fig. 15 eine graphische Darstellung der durch die in Fig. 11 gezeigte Methode erreichten Regelung der Motorleistungsabgabe.

Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren wird nun mit weiteren Einzelheiten mit Bezug auf die Figuren 3 bis 15 beschrieben.

Fig. 3 zeigt als Diagramm ein System zur Regelung der Leistungsabgabe eines Motors 1 und zweier verstellbarer hydraulischer Pumpen 2a und 2b (Pumpen mit verstellbarer Verdrängung). Ein Stellantrieb 3a ist mit der Pumpe 2a über ein Ventil 4a und ein anderer Stellantrieb 3b mit der Pumpe 2b über ein Ventil 4b verbunden. Ein Servomotor regelt die Pumpe 2a und ist mit deren Ausgangsseite über ein Regelventil 6a verbunden, und ein Servomotor 5b, der die Pumpe 2b regelt, ist mit deren Ausgangsseite über ein Regelventil 6b verbunden.

Ein Steuergerät 7 enthält einen Mikrocomputer und ist durch ein Paar elektrischer Steuerhebel 8a und 8b steuerbar. Eine Kraft stoff einspritzvorrichtung 9 ist mit einem elektronisehen Regler versehen. Ein Reglerpotentiometer 10 dient zur Erfassung der Stellung ihres Drosselhebels. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 ist auch mit einem Zahnstangenstellungsde-

tektor 11 ausgerüstet. Ein Umdrehungssensor 12 dient zur Messung der Drehzahl des Motors 1. Die Ausgangssignale dieser Sensoren, sowie diejenigen der Servomotoren 5a und 5b werden der Steuervorrichtung 7 übermittelt. Der Wählschalter 13 dient zur Wahl der Betriebsart. Die Ausgangssignale des Reglerpotentiometers 10 und des umdrehungs sensors 1 2 werden vom Mikrocomputer im Steuergerät 7 verarbeitet, so daß dieses ein entsprechendes Zahnstangenstellungssignal liefert, um die Kraftstoffeinspritzung zu regeln.

Fig. 4 ist ein Diagramm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Methode zur Regelung der Leistungsabgabe des Motors. A, B,und C sind die gegebenen Punkte, welche die jeweilige Drehzahl des Motors und sein Ausgangsdrehmoment angeben, welche erforderlich sind, damit die vom Motor angetriebene hydraulische Pumpe arbeitet, und sind so gewählt, daß in den drei verschiedenen Betriebsarten L₁, L₂ und L₃ jeweils die maximale Leistungsabgabe erzeugt wird. Mit anderen Worten sind A, B und C jeweils die Nennlastpunkte für die erste bis dritte Betriebsart.

Die Kurven a, b und c gleicher Motorleistung gehen jeweils durch die Nennlastpunkte A, B, und C. Auch die Kurven a₁, a₂ und a« gleichen Kraftstoffverbrauchs gehen jeweils durch die Punkte A, B, und C und ferner sind auf den Kurven a, b und c Punkte D, E und P angegeben.

Der elektronische Regler in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 ist so eingestellt, daß die Drehzahl der Motors in der ersten Betriebsart L₁ längs einer Kurve AD, in der zweiten Betriebsart L₂ längs einer Kurve BE und in der dritten Betriebsart L₁J längs einer Kurve CP entsprechend einer Laständerung verändert werden kann. Eine der Betriebsarten wird ausgewählt als Antwort auf ein entsprechendes Betriebsartwechaelsignal vom Betriebsartwählschalter 13.

Ein Regelungssystem, das zur Durchführung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Methode verwendet werden kann, ist im Blockdiagramm der Fig. 5 gezeigt. Ein Signal, das einer der Betriebsarten, beispielsweise der ersten Betriebsart L₁ entspricht, wird vom Betriebsartwählschalter 13 (Fig. 3) dem

Steuergerät 7 eingegeben. Das eingegebene Betriebsart L₁-Signal wird von einem Betriebsartdetektor 15 im Steuergerät 7 aufgenommen. Das aufgenommene Betriebsart L₁-Signal und ein Signal N vom Potentiometer 10 werden in einen Operator 16 eingegeben, und der Operator 16 liefert ein Ausgangssignal, welches die Zieldrehzahl Nr₁ des Motors in der Betriebsart L₁ darstellt. Die Zieldrehzahl Nr₁ ist die Drehzahl am Punkt D in Fig. 4. Das die Zieldrehzahl Nr₁ wiedergebende Signal und ein Signal, das die vom DrehzahlsenSor 12 gemessene tatsächliche Drehzahl N des Motors wiedergibt, werden einem Operator 17 eingegeben. Der Operator 17 liefert ein Ausgangssignal, das deren Unterschied An C=SNr₁-N) darstellt. Der Ausgang ΔN wird in einen Funktionsgenerator 18 eingegeben und in ein Signal I umgewandelt, das in das Servosystem der Pumpen eingegeben wird. Das Signal I ist ein vorbestimmtes Signal, das sich mit ΔΝ verändert und die Abgabemenge und den Abgabedruck jeder hydraulischen Pumpe Regelt. Das Betriebsartsignal L₁ wird auch der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 eingegeben, um sie entsprechend einem im elektronischen Regler gespeicherten Muster, d.h. längender Kurve AD in Fig. 4 zu regeln, so daß die Drehzahl des Motors längs der entsprechenden Kurve gleicher Leistung verringert werden kann. Bei Höchst last wird der Motor mit der bei D gezeigten Zieldrehzahl Nr₁ angetrieben, die auf die hydraulischen Pumpen abgestimmt ist. '

In der zweiten und dritten Betriebsart wird die Ausgangsleistung des Motors entsprechend jeweils längs der in Fig. 4 gezeigten Kurven BE und CF gleicher Leistung geregelt.

Die Ausgangsdrehmomente des Motors bei den Höchst lastpunkten D, E und F definieren zwischen sich einen Unterschied ΔT₂, der kleiner ist als der Unterschied Δ T₁ zwischen den Punkten A, B und C. Das bedeutet eine Verringerung im Unterschied der Ausgangsleistungen T_D, T_E und T_p der Pumpe, die definiert sind durch deren Abgabeleistung pro Umdrehung und deren Abgabedruck, wenn die Pumpe durch den an den Höchstlastpunkten D, E bzw. F rotierenden Motor angetrieben wird, wie in Fig. 6 gezeigt. Daraus folgt, daß die Pumpe, welche so konstruiert ist, daß sie in der ersten Betriebsart L₁ mit einem maximalen Wirkungsgrad

arbeitet, auch in den anderen Betriebsarten wirksam arbeitet. Jede der Kurven b₁, b₂ und b₃ in Fig. 6 ist eine Kurve gleichen Pumpenwirkungsgrades.

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung der von der Pampe in jeder der Betriebsarten L₁ bis L₃ geleisteten Arbeit.

Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Methode zur Regelung der Leistungsabgabe des Motors. Diese Methode ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Motors längs einer Kurve CJ gesteuert wird, die durch den Punkt des geringsten Kraftstoffverbrauchs auf der Kurve gleicher Leistung bei einer Verringerung des Ausgangsdrehmoments des Motors als Ergebnis einer Verringerung der Last geht, im Gegensatz zu der üblichen Methode, welche die Leistungsabgabe des Motors mittels eines mechanischen geschwindigkeitsabhängigen 5 Reglers ohne Berücksichtigung des Kraftstoffverbrauchs längs einer vom Nennpunkt C der Leistungsabgabe ausgehenden Kurve CI regelt.

Die übliche Regelungskurve CI schneidet die Kurve d gleicher Leistung im Punkt 6 auf der Kurve ä« gleichen Kraftstoff-Verbrauchs. Daher beträgt der Kraftstoffverbrauch des Motors am Punkt G a~ (g/kW . h). Die Kurve d schneidet jedoch auch die Kurve a₂ gleichen Kraftstoffverbrauchs. Da die Menge a₂ kleiner als a„ ist, verbraucht der Motor eine kleinere Kraftstoffmenge, wenn er am Punkt H als wenn er am Punkt G arbeitet.

Wenn die Punkte geringsten Kraftstoffverbrauchs entsprechend für alle·.anderen Punkte der Leistung erhalten werden, definieren sie die Kurve CJ, welche die Regelung der Leistungsabgabe des Motors bei Verringerung des Kraftstoffverbrauchs ermöglicht.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren für ein System angewandt wird, das eine hydraulische Pumpe aufweist, wie in Fig. gezeigt, führt eine Veränderung der Drehzahl des Motors bei Niederlast im allgemeinen zu einer Veränderung der Arbeitsgeschwindigkeit eines Stellantriebs. Daher wird der Winkel einer Taumelscheibe der Pumpe so geregelt, daß deren Durchsatz Q (l/min), d.h. die von ihr-!gelieferte Menge, welche gleich ist ihrer eingestellten Verdrängung q (cm /Umdrehung) multipliziert

mit der Drehzahl N (UpM) des Motors konstant ist.

Bei dem in Fig. 9 gezeigten Steuerungssystem wird ein Signal P, welches den tatsächlichen Abgabedruck der Pumpe wiedergibt, von einem Pumpenabgabe druckdetektor 23 einem Operator 15 eingegeben, und ein Signal X, das den tatsächlichen Durchsatz der Pumpe wiedergibt, von einem Pumpenschrägstellungsdetektor 14 dem Operator 15 eingegeben. Daraus wird das Lastdrehmoment der Pumpe berechnet, und ein Drehmomentsignal T wird vom Operator 15 dem Operator 16 eingegeben. Der Operator 16 vergleicht das Drehmoment T mit dem von einem Drosselhebel bestimmten Zieldrehmoment T_Q, und nur wenn T kleiner als T ist, liefert der Operator ein Ausgangssignal, das deren Differenz Λ Τ (= T-T) wiedergibt.

Das Auftreten des Unterschiedes Δ T bedeutet, daß der Motor 1 begonnen hat, bei einer niedrigeren Last zu arbeiten, und definiert eine Basis für die in Fig. 8 gezeigte Kurve CJ. Das Signal Δ T wird in einen ersten Funktionsgenerator 17 eingegeben und in ein SignalΛN umgewandelt, das den Unterschied in den Drehzahlen der Maschine wiedergibt. Dabei erfolgt die Um-Wandlung entsprechend der durch die Kurve CJ definierten und im ersten Funktionsgenerator 17 gespeicherten Beziehung zwischen A T und Δ N. Das Signal Δ N wird in einen zweiten, dritten und vierten Funktionsgenerator 18, 19 und 20 eingegeben. Es wird vom zweiten Funktionsgenerator 18 umgewandelt in ein Signal M zur Veränderung der Zahnstangenstellung, um die Menge Y des eingespritzten Kraftstoffs einzustellen, und vom dritten Funktionsgenerator 19 umgesetzt, um die Kraftstoffeinspritzzeit t einzustellen. Wenn der Unterschied ΔN zwischen der Zieldrehzahl des Motors und dessen tatsächlicher Drehzahl groß ist, wird die Zahnstangenverschiebung M entsprechend verringert und die Kraftstoffeinspritzzeit t verlgngsamt, um die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 gelieferte Menge Y an eingespritztem Kraftstoff zu verringern und so die Drehzahl des Motors herabzusetzen. Diese Verringerung der Drehzahl des Motors führt im allgemeinen zu einer plötzlichen Veränderung der Pumpenabgabeleistung und daher zu einer plötzlichen Veränderung der Arbeitsgeschwindigkeit des Stellantriebs. Daher

wandelt ein vierter Funktionsgenerator 20 das SignalΔΝ um in ein Pumpenschrägstellungssignal X und gibt dieses in einen Operator 21 ein, in den außerdem ein Signal eingegeben wird, das die Drehzahl N des Motors wiedergibt. Der Operator 21 stellt einen Schrägstellungswinkel für die Pumpe so ein, daß ein konstantes Produkt von X und N und damit eine konstante Pumpenabgabeleistung erhalten wird. Je größer die Verringerung der Drehzahl des Motors (d.h. je größer N) ist, desto größer ist das Pumpenschrägstellungssignal X, so daß die Pumpenabgabeleistung stets bei einem konstanten Wert gehalten werden kann.

Fig. 10 zeigt die auf der Grundlage von ΔT und ΔΝ erzeugte Kurve CE. Die Symbole T und Nr geb;en die Ziel- (oder Anfangs-) Werte an, die durch den Drosselhebel eingestellt sind.

5 Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung werden die Leistungen eines Motors und der von diesem angetriebenen hydraulischen pumpen gesteuert. Wie Fig. 11 zeigt, wird die Leistungsabgabe des Motors durch einen elektronischen Regler längs einer Kurve vom Nennlastpunkt C₁, der die Drehzahl * und das Ausgangsdrehmoment des Motors wiedergibt, die zur Erreichung der höchsten Abgabeleistung der Pumpe erforäfedich sind, " zum Punkt K-. gesteuert, wo die Kurve eine Kurve d gleichen Kraftstoffverbrauchs schneidet, die auch durch den Punkt C₁ geht. Wenn die Leistungsabgabe des Motors den Punkt K₁ erreicht hat, werden ein den Abgabedruck der Pumpe wiedergebendes Signal und ein die Drehzahl des Motors wiedergebendes Signal von einem Mikrocomputer verarbeitet. Der Winkel der Taumelscheibe der Pumpe wird entsprechend dem Ausgangssignal des Mikrocomputers so gesteuert, daß eine gleiche Motorleistung aufrechterhalten wird. Als Ergebnis wird die Pumpe längs der in Fig. 12 gezeigten Kurve K₁K₂ gesteuert. Die Kurve C₁K₃ in Fig. 12 ist eine übliche Regelungskurve.

Die eingestellte Verdrängung der Pumpe steigt längs der Kurve vom Punkt K₂ nach K₁ bei einer Verringerung der Pumpenlast. Wenn die Verdrängung den Punkt K₁ erreicht hat, bei der sich die Taume Ischeibe bei ihrem maximalen Einstellwinkel befindet, wird die Taumelscheibe durch ein Signal von einem Potentiometer bei diesem maximalen Winkel gehalten, und die

Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird so gesteuert, daß die eingespritzte Kraftstoffmenge verringert und so die Motorleistungsabgabe längs der Kurve K₁C₁ in Fig. 11 verringert wird. Die durch eine solche Steuerung, erhaltene Abgabeleistung der Pumpe ist in Fig. 13 gezeigt, welche eine Kurve gleicher Leistung (kW) zeigt, die definiert ist durch die Kombination der Motorregelungskurve C₁K₁ und der Pumpenregelungskurve K₁K₃.

Ein Regelungssystem, das zur Durchführung der Motor- und Pumpenregelung, wie oben beschrieben, verwendet werden kann,

TO ist als Blockdiagramm in Fig. 14 gezeigt. Die Leistungsabgabe des Motors ist durch einen Drosselhebel auf die Drehzahl Nr eingestellt und entspricht der Pumpenlast am Punkt C₁ in Fig. 1 5 ( auch Fig. 11). Bei steigender Pumpenlast wird die Motorleistungsabgabe längs einer Kurve gleicher (kW) Leistung G₁-

T 5 c^.,-7 K₁ gesteuert, wie in Fig. 15 gezeigt.

Wie Fig. 14 zeigt, wird ein Signal P, das den tatsächlichen Abgabedruck der Pumpe wiedergibt, von einem Pumpenabgabedruckdetektor 23 einem ersten Operator 15 eingegeben, und ein Signal X, das den Stellwinkel der Schrägscheibe der Pumpe und damit die tatsächliche Abgabemenge der Pumpe wiedergibt, von einem Stellwinkeldetektor 14 dem ersten Operator 15 eingegeben. Das Lastdrehmoment der Pumpe wird vom ersten Operator 15 erhalten und durch ein Signal T wiedergegeben, und dieses Signal T und ein Signal T_Q, welches das Drehmoment wiedergibt, das der durch den Drosselhebel eingestellten Zieldrehzahl Nr entspricht, werden einem zweiten Operator 16 eingegeben. Dieser zweite Operator 16 liefert ein AusgangssignalΔ T, das den Unterschied zwischen T_Q und T wiedergibt, nur wenn T größer als T ist. Das Signal Δ Τ wird einem ersten Funktionsgenerator 17 eingegeben, und in ein Signal ΔN umgewandelt, das den Unterschied zwischen der Zieldrehzahl und tatsächlichen Drehzahl des Motors wiedergibt. Der erste Funktionsgenerator 17 stellt die Beziehung zwischen Δτ und Δν so her, daß die Kurve C₁K₁ in Fig. 11 oder die Kurve gleicher (KW) Leistung (T_q+At) . (Nr -ΛΝ) = T_Q . Nr konstant ist. Wenn die Last an der Pumpe um Δ τ erhöht wurde, wird die Drehzahl der Maschine um verringert, so daß die Last an der Pumpe am Punkt C₁· auf der

Kurve C^K₁ gleicher (kW) Motorleistung ausgeglichen wird, wie in Fig. 15 gezeigt.

Das Signal ΔΝ wird in einen zweiten, einen dritten und einen vierten Funktionsgenerator 18, 19.und 20 eingegeben. Es wird vom zweiten Funktionsgenerator 18 umgewandelt in ein Zahnstangenverstellsignal M und vom dritten Funktionsgenerator 19 in ein Kraftstoffeinspritzzeitsignal t, um die Menge Y des eingespritzten Kraftstoffes einzustellen. Der zweite und dritte Funktionsgenerator 18 und 19 sind ebenso wie der erste Funktionsgenerator 17 vorab so eingestellt, daß die Leistungsabgabe des Motors längs der Kurve C₁K₁ in Fig. 15 gesteuert wird.

Wenn die Last auf der Pumpe weiter steigt, erreicht sie den Punkt K₁ in Fig. 15 (auch Fig. 11). Am Punkt K₁ ist das Drehmomentsignal ΔΤ gleich AT_Q und das Drehzahlsignal AN gleich ÄN_Q, und selbst wenn sich das Drehmoment weiter verändert, d.h. Δ Τ etwa größer als ΔΤ wird, bleibt das Signal ΔΝ gleich ^N . Demgemäß bleibt das Zahnstangenverstellsignal M gleich N und das Kraftstoffeinspritzzeitsignal t gleich t . Daher erzeugt der Motor weiter die am Punkt K₁ gezeigte Leistung.

Falls Δτ größer als Δτ ist, wird nicht die Leistungsabgabe

"st des Motors, jedoch die Abgabeleistung der Pumpe gesteuert. Das Signal AN wird auch in den vierten Funktionsgenerator 20 eingegeben, und umgewandelt in ein Pumpenschrägstellungswinkelsignal X. Das Signal X ist gleich X_Q, wenn ΔN nicht größer alsAN_Q, und nimmt mit steigendem ΔN ab, wenn ΔΝ größer als AN ist. Wenn X gleich X_Q ist, ist der Schrägstellungswinkel der Pumpe maximal. Wenn X kleiner als X_Q ist, wird der Schrägstellungswinkel der Pumpe und damit deren Abgabeleistung verringert. So gleicht die Steuerung der Pumpe irgendeine große Lastveränderung aus, während die Motorleistung auf der Höhe des Punkts K₁ in Fig. 1 5 gehalten werden kann. Bei jedem Punkt unterhalb K₁ wird der Motor so geregelt , daß eine solche Laständerung ausgeglichen wird (siehe Fig. 13).

Eine Veränderung der Betriebsart wird bei der Regelungsmethode entsprechend der zweiten oder dritten Ausführungsform der Erfindung nicht vorgenommen.

Ai

- Leerseite

Claims

PATENTANWALT

DR. HANS ULRIG'P. MAY

3606391 ^DS MÖNCHEN 22, THIERSCHf VRAÜSEt27

TELEeRAMME: MAYPATENT'MCNCHEN TELEX Ö2 4487 PATOP IELEFON COS« ZZBOSI

K-12-P-3/21 51 München, 27· Februar 1986

FP 85-65-Ger. Dr.M/kh

KABUSHIKI KAISHA KOMATSÜ SEISAKUSHO in Tokyo, Japan

Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines Verbrennungsmotors und/oder einer von diesem angetriebenen verstellbaren hydraulischen Pumpe

Patentansprüche

Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe eines Verbrennungsmotors, der mit einem elektronischen Regler versehen ist, und/oder der Leistungsabgabe von wenigstens einer, vom Motor angetriebenen verstellbaren hydraulischen Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß wenn, der Motor in einem'Bereich hoher Drehzahlen arbeitet, der der Drehzahl des Motors bei einem Nennpunkt auf einer für den Motor spezifischen Reglersteuerungskurve etwa gleich ist oder diese übersteigt, der Motor an einem gegebenen Punkt auf einer Kurve gleicher Leistung der Maschine betrieben wird, wo das Ausgangsdrehmoment des Motors höher als im Bereich der hohen Drehzahlen und der Kraftstoffverbrauch niedriger als der im Bereich der hohen Drehzahlen ist, wodurch der Motor und/oder die Pumpe mit einem höheren Wirkungsgrad arbeiten können.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leistungsabgabe des Motors auf eine Mehrzahl von Betriebsarten einstellbar ist, um den Drehmomentbedarf einer vom Motor angetriebenen verstellbaren hydraulischen Pumpe zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor so betrieben wird, daß sein Ausgangsdrehmoment in einem Bereich hoher Drehzahlen bei einem Nennpunkt jeder der Betriebarten verändert wird zu dem Ausgangsdrehmoment bei einem bestimmten Punkt auf einer Kurve gleicher Leistung des Motors in jeder Betriebsart, wo ein Punkt des maximalen Aus-

gangsdrehmoments des Motors auf der Kurve gleicher Leistung diesem Punkt benachbart ist und wo der Kraftstoffverbrauch niedriger als im Bereich der hohen Drehzahlen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehzahl des

Motors im Verhältnis au einer Verringerung des Ausgangsdrehmoments des Motors auf eine Stufe unter einem vorbestimmten Wert verringert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 ,- wobei eine Taumelscheibe der Pumpe in einem maximalen Winkel gehalten wird, um die verstellbare Verdrängung der Pumpe bei niedriger Last zu maximieren, das Ausgangsdrehmoment des Motors längs der Kurve gleicher Leistung im vorbestimmten Bereich gleichen Kraftstoffverbrauchs erhöht wird, um den Abgabedruck der Pumpe zu steigern, und während das erhöhte Ausgangsdrehmoment des Motors bei diesem 5 Wert gehalten wird, der Winkel der Taumelscheibe verringert wird, um die verstellbare Verdrängung der Pumpe längs einer Kurve gleicher Pumpenabgabeleistung zu verringern und so den Abgabedruck der Pumpe bei einem Anstieg der Last zu erhöhen.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Drehzahl des Motors längs einer Kurve verringert wird, die beim Nennpunkt beginnt und durch Punkte geringsten Kraftstoffverbrauchs auf allen Kurven gleichen Kraftstoffverbrauchs unterhalb des Nennpunktes verläuft.