DE3911706A1 - Verfahren zum betreiben einer antriebseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aus einem Verbrennungsmotor und einer daran angeschlossenen hydraulischen Aggregategruppe bestehenden Antriebseinheit, bei dem die dem Verbrennungsmotor zugeführte Kraftstoffmenge von einer proportional wirkenden Drehzahlregelung begrenzt und bei Überlastung des Verbrennungsmotors die Leistungsaufnahme der hydraulischen Aggregategruppe von einem Grenzlastregler reduziert wird, indem nach Unterschreiten einer willkürlich vorgegebenen Solldrehzahl des Verbrennungsmotors, die von dem Grenslastregler überwacht wird, die Aggregategruppe in Richtung auf eine geringere Leistungsaufnahme verstellt wird.

Derartige Verfahren sind bekannt und z.B. in der DE-OS 33 21 636 beschrieben. Um die höchstmögliche Leistung des Verbrennungsmotors ausnutzen zu können, ohne diesen zu überlasten, ist dabei eine sogenannte Grenzlastregelung vorgesehen, die die Leistungsaufnahme der an den Verbren­ nungsmotor angeschlossenen Aggregategruppe durch Vergleich der Istdrehzahl des Motors und der vorgegebenen Nenndreh­ zahl überwacht und bei Überlastung des Motors, d.h. bei einem Absinken der Istdrehzahl unter die willkürlich vorgegebene Solldrehzahl, z.B. die Nenndrehzahl, ein Signal abgibt, aufgrund dessen die leistungsaufnehmende Aggregategruppe so eingestellt wird, daß die Leistungsaufnahme das Leistungsabgabevermögen des Motors nicht übersteigt. Bei unbelastetem Motor steigt dessen Istdrehzahl über die Solldrehzahl hinaus bis auf die sogenannte obere Leerlaufdrehzahl. Der Bereich zwischen der Nenndrehzahl und der oberen Leerlaufdrehzahl wird als Leerlaufabregelkennlinie bezeichnet, bei der beispielsweise bei einem Dieselmotor die Einspritzmenge fliehkraftgeregelt reduziert wird.

Bei Arbeitsmaschinen, wie z.B. Baggern, ist es oftmals erwünscht, die Leistung der gesamten Antriebseinheit für bestimmte Anwendungsfälle auf einen Wert unterhalb der Nennleistung zu begrenzen. Zu diesem Zweck gibt es eine Reihe von hydraulischen Schaltungen, die als Leistungsbegrenzer bekannt sind. Um eine stufenweise variable Leistungsbegrenzung zu erhalten, kann dabei meist eine Umschaltung von hydraulisch-mechanischen Parametern vorgenommen werden.

Solche Schaltungen und Vorrichtungen sind aufwendig und teuer.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den genannten Nachteil zu vermeiden und ein Verfahren zum Betreiben einer aus einem Verbrennungsmotor und einer daran angeschlossenen hydraulischen Aggregategruppe bestehenden Antriebseinheit zu schaffen, die eine variable Leistungsbegrenzung ohne hydraulischen Leistungsbegrenzer ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Solldrehzahl auf einen einer gewünschten Leistungsabgabe entsprechenden beliebigen Wert zwischen der Nenndrehzahl des Verbrennungsmotors und der oberen Leerlaufdrehzahl eingestellt wird. Dadurch kann eine niedrigere Leistung als die Nennleistung allein durch den Einsatz eines Grenzlastreglers eingestellt werden, wozu lediglich dessen Arbeitsdrehzahl, d.h. der gewählte Sollwert, auf einen Drehzahlwert innerhalb der Leerlaufabregelkennlinie eingestellt wird. Der Grenzlastregler wird also im Bereich der Leerlaufabregelkennlinie des Verbrennungsmotors betrieben. Bei einem Dieselmotor mit proportionalem Drehzahlregler wird in diesem Bereich die Menge des von der Einspritzpumpe eingespritzten Kraftstoffs auf eine Teileinspritzmenge verringert, wodurch die Leistungsabgabe des Dieselmotors gesenkt wird, wobei sich jedoch die Drehzahl des Dieselmotors nicht verringert, sondern erhöht. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil damit die hydraulische Anlage, die an den Motor angeschlossen ist, mit annähernd gleichbleibender Nenngeschwindigkeit weiterbetrieben werden kann. Hingegen würde sich diese Nenngeschwindigkeit erheblich verringern, wenn die Leistungsverringerung im Wege einer Drehzahlverringerung unterhalb der Nenndrehzahl erreicht werden würde, wie dies bei einer herkömmlichen Leistungsbegrenzung der Fall ist.

Eine Grenzlastregelung im Punkt der Nennleistung so zu betreiben, daß bei Drehzahldrückung in den Bereich der Leerlaufabregelkennlinie hineingeregelt wird, ist aus der o.g. DE-OS an sich bekannt. Es ist jedoch neu und erfinderisch, den Bereich der Leerlaufabregelkennlinie für eine variable Leistungsbegrenzung bei hoher erzielbarer Arbeitsgeschindigkeit zu nutzen, indem der Sollwert der Grenzlastregelung auf eine einer gewünschten Leistungsabgabe entsprechenden Drehzahl eingestellt wird. Die vom Dieselmotor abgebbare mechanische Leistung kann also durch die Einspritzmenge des Dieselmotors begrenzt werden, ohne einen aufwendigen und teuren hydraulischen Leistungsbegrenzer einzusetzen.

Um eine Drückungsregelung auch in diesem Bereich zu ermöglichen, ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die lstdrehzahl des Verbrennungsmotors fortlaufend zu messen und mit der willkürlich eingestellen Solldrehzahl zu vergleichen, wobei das Vergleichssignal einem elektronischen Grenzlastregler zugeführt und proportional zu dem Vergleichssignal die Leistungsaufnahme der Aggregategruppe geregelt wird.

Die kennlinienbedingte Drehzahländerung zwischen der Nenndrehzahl und der oberen Leerlaufdrehzahl beträgt im allgemeinen etwa 5 bis 10% der Nenndrehzahl. Der Regelbereich des Grenzlastreglers sollte relativ zu diesem bereits engen Bereich der Leerlaufabregelkennlinie klein sein, um eine möglichst genaue Leistungsbegrenzung zu verwirklichen. Wegen dieser Genauigkeitsanforderung an die Drehzahlkonstante des leistungsbegrenzenden Grenzlastreglers ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß bei Unterschreiten der Solldrehzahl die Einspritzmenge der Einspritzpumpe in Richtung auf eine kleinere Drehzahl bei gleichbleibender Leistungsabgabe des Dieselmotors verändert wird. Dadurch wird die Steigung der Leerlaufabregelkennlinie verändert, nämlich abgeflacht. Die Anforderung an die Drehzahlgenauigkeit des Grenzlastreglers können daher verringert werden, wobei jedoch nach wie vor die gewünschte Leistungsbegrenzung sehr genau eingehalten wird.

Zu diesem Zweck wird ein Drehzahlregelkreis vorgeschlagen, bei dem ein Drehzahlsensor an eine die Drehzahl des Dieselmotors überwachende Drehzahlmeßeinrichtung angeschlossen ist, die mit einem von der Solldrehzahl beaufschlagten Summierpunkt in Verbindung steht, wobei der Summierpunkt an einer Drehzahlsteuereinheit angeschlossen ist, die über ein Stellglied mit einem Drehzahlstellorgan der Einspritzpumpe des Dieselmotors in Verbindung steht. Diese Drehzahlmitkopplung wirkt also im Gegensatz zum Grenzlastregler nicht auf die Verstellung einer an den Dieselmotor angeschlossenen hydraulischen Verstellpumpe, sondern mittels eines geeigneten Stellgliedes auf die Einspritzpumpe des Dieselmotors, wobei bei größerer Belastung die Dieseldrehzahl kleiner geregelt wird, was im Gegensatz zu bekannten Gegenkopplungen steht.

Um das Drehzahlband der Grenzlastregelung klein zu halten, kann auch vorgesehen werden, eine an den Verbrennungsmotor angeschlossene Verstellpumpe mit einer Druckaufschaltung zu versehen und den Grenzlastregler als Regler mit Integralanteil auszubilden.

Die Erfindung soll anhand der nachstehenden schematischen Figuren in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Drehzahlkennlinie eines Dieselmotors,

Fig. 2 eine Drehzahlkennlinie eines Dieselmotors mit Drehzahlmitkopplung,

Fig. 3 ein Funktionsschema einer Drehzahlmitkopplung.

In Fig. 1 ist auf der Abszisse die Drehzahl eines Dieselmotors aufgetragen und auf der Ordinate die dabei abgebbare Leistung. Vorgegeben wird eine Solldrehzahl, z.B. bei gewünschter voller Leistungsabgabe (Punkt B) die Nenndrehzahl n _N . Solange allerdings der Dieselmotor unbelastet läuft, also keine Leistung aufgenommen wird (Punkt A), liegt seine Drehzahl oberhalb der Nenndrehzahl n _N im sogenannten oberen Leerlauf n _OL. Der Bereich zwischen B und A wird als Leerlaufabregelkennlinie bezeichnet. In diesem Bereich wird die Einspritzmenge der Einspritzpumpe von einem maximalen Wert bei Punkt B auf einen minimalen Wert bei Punkt A reduziert, um zu verhindern, daß die Drehzahl über n _OL steigt und dadurch der Dieselmotor zerstört wird. Erst wenn der Dieselmotor verbraucherseitig so stark belastet wird, daß er seine höchstmögliche Leistung abgibt, d.h. wenn die Leistungsaufnahme der hydraulischen Aggregategruppe die eingestellte Leistungsabgabe des Dieselmotors erreicht, sinkt die Drehzahl auf die Nenndrehzahl n _N .

Wird der Motor noch stärker belastet, so sinkt dessen Istdrehzahl unter die vorgegebene Nenndrehzahl ab, so daß die Grenzlastregelung eingreift und die verbraucherseitige Belastung reduziert, beispielsweise indem das Fördervolumen einer Verstellpumpe eines an den Dieselmotor angeschlossenen hydrostatischen Getriebes verringert wird. Es erfolgt daher eine Stabilisierung der Drehzahl in dem schraffierten Bereich Δ n bei der Nenndrehzahl n _N .

Wenn eine geringere Leistung des Dieselmotors gewünscht wird, könnte man dessen Drehzahl auf einen Wert unterhalb der Nenndrehzahl n _N verringern, was jedoch den Nachteil hat, daß die an den Motor angeschlossene hydraulische Aggregategruppe nicht mehr mit der vorgesehenen Nenngeschwindigkeit arbeiten kann. Daher erweist es sich als vorteilhaft, die Drehzahl des Dieselmotors auf einen Wert oberhalb der Nenndrehzahl n _N zu steuern, weil so eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erzielt werden kann. Zu diesem Zweck wird der Sollwert der Grenzlastregelung auf einen Drehzahlwert n _C im Bereich der Leerlaufabregelkennlinie eingestellt, der einer gewünschten Leistungsbegrenzung entspricht (Punkt C). Dadurch wird nur noch eine Teileinspritzmenge von der Einspritzpumpe eingespritzt, so daß eine abgesenkte Leistungsabgabe des Dieselmotors erreicht wird.

Um eine möglichst enge Leistungsbegrenzung, d.h. eine möglichst exakte Einhaltung der gewünschten Leistung zu erhalten, ist es sinnvoll, den schraffierten Regelbereich Δ n der Grenzlastregelung im Punkt n _C möglichst klein zu halten. Die zu der gewünschten Leistungsabgabe gehörige Drehzahl müßte daher möglichst genau eingehalten werden. Die Leerlaufabregelkennlinie ist im allgemeinen relativ steil, was aus Fig. 2 ersichtlich ist, wo zwischen Punkt B und Punkt A eine gestrichelte Kennlinie des Fliehkraftreglers der Einspritzpumpe dargestellt ist. Die kennlinienbedingte Drehzahländerung beträgt etwa 5 bis 10 % der Nenndrehzahl. Es ist daher zweckmäßig, die Steigung der Kennlinie zu verringern, um die Genauigkeitsanforderung an die Drehzahlkonstanz verringern zu können.

Dies kann durch einen zusätzlichen Drehzahlregelkreis, nämlich eine Drehzahlmitkopplung, erreicht werden. Die durch eine solche Drehzahlmitkopplung veränderte Drehzahlkennlinie ist ausgezogen dargestellt. Die Steigung der Leerlaufabregelkennlinie von B′ nach A ist wesentlich flacher, wodurch mit geringerer Drehzahlgenauigkeit die gleiche Leistung (Punkt C′) eingestellt werden kann wie auf der Leerlaufabregelkennlinie B-A (Punkt C), wobei allerdings die Maximalleistung etwas absinkt (Punkt B′), was jedoch ohne Bedeutung ist, da ja ohnehin mit diesem Verfahren nur eine Teilleistung eingestellt werden soll. Durch andere geeignete Maßnahmen, z.B. einen Eingriff in die Einspritzpumpe, kann auch der Punkt A zu anderen Drehzahlwerten hin verschoben werden.

Fig. 3 zeigt ein Funktionsschema einer Drehzahlmitkopplung. Ein Dieselmotor 1 ist mit einer Einspritzpumpe 2 versehen. Die Drehzahl des Dieselmotors 1 wird von einem Drehzahlsensor 3 erfaßt und an eine Drehzahlmeßeinrichtung 4 gemeldet. Die Istdrehzahl wird über eine Leitung 5 einem Summierpunkt 6 mitgeteilt, der über eine Leitung 7 die Solldrehzahl erhält. Der Summierpunkt 6 ist an eine Drehzahlsteuereinheit 8 angeschlossen, die über ein mechanisches Stellglied 9 mit einem Drehzahlstellhebel 10 der Einspritzpumpe 2 in Verbindung steht.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben einer aus aus einem Verbrennungsmotor und einer daran angeschlossenen hydraulischen Aggregategruppe bestehenden Antriebseinheit, bei dem die dem Verbrennungsmotor zugeführte Kraftstoffmenge von einer proportional wirkenden Drehzahlregelung begrenzt und bei Überlastung des Verbrennungsmotors die Leistungsaufnahme der hydraulischen Aggregategruppe von einem Grenzlastregler reduziert wird, indem nach Unterschreiten einer willkürlich vorgegebenen Solldrehzahl des Verbrennungsmotors, die von dem Grenzlastregler überwacht wird, die Aggregategruppe in Richtung auf eine geringere Leistungsaufnahme verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Solldrehzahl auf einen einer gewünschten Leistungsabgabe entsprechenden beliebigen Wert zwischen der Nenndrehzahl des Verbrennungsmotors und der oberen Leerlaufdrehzahl eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Istdrehzahl des Verbrennungsmotors fortlaufend gemessen und mit der willkürlich eingestellten Solldrehzahl verglichen wird, wobei das Vergleichssignal einem elektronischen Grenzlastregler zugeführt und proportional zu dem Vergleichssignal die Leistungsaufnahme der Aggregategruppe geregelt wird.

3. Verfahren, bei dem die hydraulische Aggregategruppe von einem Dieselmotor angetrieben wird, dessen Einspritzpumpe oberhalb der Nenndrehzahl bis zum Erreichen der oberen Leerlaufdrehzahl stetig auf eine geringere Einspritzmenge verstellt wird, und bei dem eine einer gewünschten Leistungsabgabe entsprechende Solldrehzahl zwischen der Nenndrehzahl und der oberen Leerlaufdrehzahl eingestellt wird nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten der Solldrehzahl die Einspritzmenge der Einspritzpumpe in Richtung auf eine kleinere Drehzahl bei gleichbleibender Leistungsabgabe des Dieselmotors verändert wird.

4. Vorrichtung für ein Verfahren nach Anspruch 3, bei der ein Drehzahlsensor an eine die Drehzahl des Dieselmotors überwachende Drehzahlmeßeinrichtung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlmeßeinrichtung (4) mit einem Summierpunkt (6) in Verbindung steht, der von der Solldrehzahl beaufschlagt ist, und der an eine Drehzahlsteuereinheit (8) angeschlossen ist, die über ein Stellglied (9) mit einem Drehzahlstellorgan (10) der Einspritzpumpe (2) des Dieselmotors (1) in Verbindung steht.

5. Vorrichtung für ein Verfahren nach Anspruch 2, bei der mindestens eine Verstellpumpe an die Verbrennungsmaschine angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckaufschaltung für die Verstellpumpe vorgesehen ist und der Grenzlastregler als Regler mit Integralanteil ausgebildet ist.