DE69027529T2

DE69027529T2 - Steuerungseinheit änderlicher kapazität zum antrieb von rädern

Info

Publication number: DE69027529T2
Application number: DE69027529T
Authority: DE
Inventors: Masanori Komatsu Mec Kab Ikari
Original assignee: Komatsu Ltd; Komatsu MEC Corp
Current assignee: Komatsu Ltd; Komatsu MEC Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2010-04-18
Also published as: KR920701723A; JPH02286963A; JP2711894B2; EP0471842A4; US5190445A; EP0471842B1; EP0471842A1; DE69027529D1; WO1990013762A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Pumpe veränderlicher Kapazität in einem hydrostatischen Antrieb für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Steuereinheiten für Pumpen veränderlicher Kapazität für hydraulisch angetriebene Räder sind dazu eingerichtet, eine hydraulische Pumpe veränderlicher Kapazität zu steuern, die dazu eingerichtet ist, die Umdrehungen eines Motors von einem Fahrzeug entsprechend der Antriebslast in einem Arbeitsfahrzeug, wie zum Beispiel bei einem Schaufellader, der ein statisch hydraulisches Antriebssystem benutzt, zu vergrößern oder zu verringern.
Ein Steuersystem für eine Pumpe veränderlicher Kapazität nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist bereits in der FR-A-2 231 537 offenbart, in der eine Steuerpumpe entleert wird, oder sich zu einem Tank hin öffnet, wenn der Öldruck in einem Haupthydraulikkreis hoch wird, um dadurch die Pumpenkapazität herabzusetzen. Dieser Kreis stellt lediglich einen Entlastungskreis dar. Das bedeutet, daß, wenn der Öldruck des Haupthydraulikkreises hoch wird, Öl aus der Steuerpumpe in einen Tank entlassen wird, indem ein Auswahlventil 34 geschaltet wird. Dies berücksichtigt jedoch nicht, daß ein übergang vergleichsweise langsam stattfindet, so daß ein schnelles Ansteigen der Antriebslast nicht durch eine schnelle Verringerung der Geschwindigkeit der Pumpenkapazität bei der Konstruktion nach der FR-A-2 231 537 erfolgt. Daher werden die Umdrehungen des Motors in dieser kurzen Zeit erheblich abfallen.
In einer anderen Entgegenhaltung, der GB-A-1 415 977 wird der schnelle Wechsel in der Ausgabeflußrate einer Pumpe veränderlicher Kapazität ausgeglichen und moderiert werden, so daß völlig ruckfreie Übergänge möglich sind. Dies verlängert die Antwortzeit des Systems.
Figur 7 und 8 zeigen Darstellungen herkömmlicher Steuerungseinheiten für Pumpen veränderlicher Kapazität für ein hydraulisch angetriebenes Rad.
In Figur 7 ist ein Steuerzylinder C für veränderliche Kapazität zur Steuerung einer hydraulischen Pumpe P veränderlicher Kapazität (im folgenden als veränderliche Pumpe bezeichnet) mit einem Führungskreis a versehen, der mit einem Auslaßventil b versehen ist, wobei die Arbeitsgeschwindigkeit des Steuerzylinders C für die Pumpenkapazität mit der gleichen Geschwindigkeit in beiden Richtungen zur Steigerung und Reduzierung der Pumpenkapazität veränderlich ist. Mit E ist ein Motor bezeichnet, mit A eine Steuerpumpe, mit V ein Steuerventil, mit K ein Aufladeschaltkreis, mit M ein Motor und mit S ein Hauptkreis.
In Figur 8 umfaßt ein Steuerschaltkreis ein Ein-Weg- Auslaßventil d, das aus einem Drosselventil d&sub1; und einem Absperrventil d&sub2; besteht, in dem unter Druck stehendes Öl durch das Absperrventil d&sub2; in der Richtung zur Verstärkung der Pumpenkapazität fließt, während unter Druck stehendes Öl durch das Drosselventil d&sub1; in Richtung zur Verringerung der Kapazität fließt, wodurch die Fortbewegungseigenschaften und die Stabilität des Fahrzeugs miteinander in Einklang gebracht werden, indem die Beschleunigung in der Zeit vergrößert wird, in der die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zunimmt und die Verringerungsrate in der Zeit verringert wird, in der die Geschwindigkeit verringert wird.
In der herkömmlichen Steuereinheit für eine Pumpe veränderlicher Kapazität für ein hydrostatisch angetriebenes Rad, wie es in der Fig. 7 und 8 dargestellt ist, wird die Beschleunigung und Verzögerung des Fahrzeuges reguliert und die Betriebsinstabilität zum Zeitpunkt des Umschaltens von Vorwärts- zu Rückwärtsbewegung und der Veränderung der Umdrehungszahl des Motors werden durch Steuerung der Betriebsgeschwindigkeit des Steuerzylinder C für veränderliche Pumpenkapazität, wobei das Drosselventil b oder ein Einwegdrosselventil d in dessen Führungskreis vorgesehen ist.
Die herkömmliche Steuereinheit einer Pumpe veränderlicher Kapazität arbeitet bei normalen Fortbewegungsbedingungen effektiv, besitzt aber das folgende Problem beim Ausbaggern und Aufladebetrieb mit einem Schaufellader oder dergleichen. Dieses besteht darin, daß die Last plötzlich ansteigt, wenn das Fahrzeug Aushub- oder Aufladebetrieb durchführt. Zu diesem Zeitpunkt neigt die veränderliche Pumpe P dazu, den Steuerzylinder C für die Pumpenkapazität zurückzuziehen in Richtung auf Verringerung der Pumpenkapazität aufgrund des Ansteigens des unter Druck stehenden Öls in dem Hauptkreis S. Jedoch ist eine Menge Öl, die aus dem Steuerzylinder C entlassen werden kann, aufgrund des Vorhandenseins des Drosselventils b oder d&sub1; in dem Steuerschaltkreis a begrenzt, wodurch die Verringerungsgeschwindigkeit der Pumpenkapazität reduziert ist, und ein Drehmoment der veränderlichen Pumpe P, das auf den Motor aufgebracht wird, vergrößert wird, was das Problem des Verringerns der Umdrehungszahl des Motors mit sich bringt. Als Ergebnis ergeben sich die weiteren Probleme, daß die Aufladeeffizienz verringert ist, und der Motor stoppt, da ein übermäßiges Drehmoment auf den Motor in dem Fall aufgebracht wird, daß das unter Druck stehende Öl dazu benutzt wird, die veränderliche Pumpe zu steuern und das Ausheben und Aufladen durchzuführen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Umstellung einer Pumpe veränderlicher Kapazität zu beschleunigen, so daß ein scharfes Ansteigen der Antriebslast vorteilhafterweise durch eine scharfe Verringerung der Geschwindigkeit der Pumpenkapazität gefolgt wird, so daß die Umdrehungen eines Motors nicht wesentlich in dieser kurzen Zeit abnehmen.
Um die genannte Aufgabe zu erfüllen, schafft die vorliegende Erfindung eine Steuereinheit für eine Pumpe veränderlicher Kapazität in einem hydrostatischen Antrieb für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Nach dieser Konstruktion arbeitet die Einrichtung mit veränderlicher Drossel derart, daß ein Absperrventil oder ein Drosselventil in dem Steuerkreis des Steuerzylinders für die Pumpenkapazität geöffnet wird, wenn der hydraulische Hauptantriebskreis sich unter hohem Druck befindet. Dadurch wird ein hydraulischer Rückführ- Kreis des Pumpensteuerzylinders ausgedehnt, um die Verringerungsgeschwindigkeit der Pumpenkapazität zu beschleunigen und ein übermäßiges Drehmoment an dem Motor zu verhindern.
Figur 1 bis 4 zeigen hydraulische Schaltkreisdiagramme der Steuereinheit für eine Pumpe veränderlicher Kapazität nach ersten bis vierten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
Figur 5 und 6 zeigen hydraulische Schaltkreisdiagramme einer Steuereinheit einer Pumpe veränderlicher Kapazität nach modifizierten Beispielen des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 7 und 8 zeigen hydraulische Schaltkreisdiagramme der herkömmlichen Steuereinheiten für Pumpen veränderlicher Kapazität; und
Figur 9 zeigt eine tabellarische Aufstellung, die die Veränderung der Auslaßrate der Pumpe relativ zu dem Öldruck im Hauptkreis darstellt.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Detail bezugnehmend auf Figur 1 bis 6 und 9 beschrieben.
Figur 1 zeigt ein hydraulisches Schaltkreisdiagramm, daß das System der Steuereinheit für eine Pumpe veränderlicher Kapazität nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bestandteile der Steuereinheit für eine Pumpe veränderlicher Kapazität in Figur 1, die denen der herkömmlichen Steuereinheit für eine Pumpe veränderlicher Kapazität in der Figur 9 gleichen, besitzen gleiche Bezugszeichen.
In Figur 1 besitzt ein Steuerschaltkreis 10 eines Pumpenkapazitäts-Steuerzylinders C ein Ein-Weg-Drossel-Ventil 11 (11&sub1; ist ein Drosselventil und 11&sub2; ist ein Absperrventil) und ein steuerbetätigtes Richtungssteuerventil 13, das mit einer Steuerleitung in einem Hauptkreis 5 verbunden ist. Da das Richtungssteuerventil 13 parallel mit ein Ein-Weg-Ventil 11 in dem Steuerschaltkreis 10 angeordnet ist, öffnet das Richtungssteuerventil 13, wenn der Öldruck in dem Haupthydraulikkreis 5 eine Einstellung des Richtungssteuerventils 13 übersteigt. Als Ergebnis wird unter Druck stehendes Öl in dem Steuerzylinder C durch das Richtungssteuerventil 13 fließen, so daß die Verminderungsgeschwindigkeit der Abgaberate der veränderlichen Pumpe P vergrößert wird.
Figur 2 zeigt ein Diagramm eines Hydraulikkreises, das das System der Steuereinheit für eine Pumpe veränderlicher Kapazität nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verdeutlicht. In Figur 2 besitzt ein Führungskreis 20 des Steuerzylinders C für die Pumpenkapazität ein Drosselventil 21 und ein führungsgesteuertes Absperrventil 24. Das Absperrventil 24 wird durch einen Öldruck in dem Hauptkreis 5 betätigt, der durch eine Steuerleitung 22 zugeführt wird. Das Absperrventil 24 ist parallel mit dem Drosselventil in dem Führungskreis 20 angeordnet. Das unter Druck stehende Öl in dem Steuerzylinder C fließt durch das in verbindender Stellung 24b stehende Absperrventil 24, da von der die blockierenden Position 24a auf die verbindende Stellung 24b geschaltet ist, wenn der Öldruck des Haupthydraulikkreises 5 einen eingestellten Druck des Absperrventils 24 übersteigt, so daß die Verringerungsgeschwindigkeit der Abgabekapazität der veränderlichen Pumpe P vergrößert ist.
In Figur 3, die ein Diagramm eines Kreises nach einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt, besitzt ein Führungskreis 30 des Pumpenkapazitätssteuerzylinders C ein Ein-Weg-Drosselventil 31, das mit einem Kolben 35 durch den Öldruck des Hauptkreises 5 betrieben werden kann, der durch eine Führungsleitung 32 zugeführt wird. Wenn der Öldruck in dem Haupthydraulikkreis 5 größer als die rückwirkende Kraft der Feder des Kolbens 35 ist, wird der Kolben 35 sogar, wenn er sich in seiner blockierenden Position 31a befindet, das Ein-Weg-Drosselventil 31 aus der blockierenden Position in eine Durchflußposition 31b umschalten, so daß in dem Steuerzylinder C unter Druck stehendes Öl durch eine Verbindungsstelle 31b fließt. Als Ergebnis wird die Verringerungsgeschwindigkeit der Abgabekapazität der veränderlichen Pumpe vergrößert
In Figur 4, das ein Schema eines Kreises in einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt, besitzt ein Führungskreis 40 des Steuerzylinders C für die Pumpenkapazität ein Absperrventil 41 und ein führungsbetätigtes veränderliches Drosselventil 46, das parallel mit dem Absperrventil 41 angeordnet ist und durch den Öldruck des Hauptkreises 5 betätigbar ist, der durch eine hydraulische Führungsleitung 42 zugeführt wird. Wenn das unter Druck stehende Öl des Hauptkreises 5 sich vermehrt, wird es die rücktreibende Kraft des steuerbetätigten Drosselventils 16 überwinden, so daß der Drosselbereich in dem Drosselventil 41 sich fortschreitend von einer Drosselposition hin zu einer Durchlaßposition vergrößert. Im Ergebnis vergrößert das unter Druck stehende Öl in dem Steuerzylinder C seine Durchflußgeschwindig keit, da der Öldruck des Hauptkreises S höher wird, so daß die Verringerungsgeschwindigkeit der Auslaßkapazität der veränderlichen Pumpe vergrößert ist.
Veränderte Beispiele einer Steuereinheit für eine Pumpe veränderlicher Kapazität nach den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf Figur 5 und 6 beschrieben. Die modifizierten Beispiele betreffen insbesondere die Führungsleitungen.
In Figur 5 ist eine Steuerleitung 52 des Hauptkreises S mit einem Pendelventil 53 (shuttle valve) verbunden und eine Leitung 59 mit einer Leitung 56. Die Leitung 56 ist mit einer Arbeitspumpe 57 und einem Arbeits- Betriebsventil 58 verbunden. Das unter höherem Druck stehende Öl aus der Steuerrohrleitung 52 und der Leitung 59 wird an die Steuerleitung 54 abgegeben.
In Figur 6 ist eine Steuerrohrleitung 62 mit einem Vielstufenkolben 61 verbunden und eine Steuerrohrleitung 69 mit einer Leitung 56. Der Vielstufenkolben 61 wird dann mit einer Steuerrohrleitung 64 verbunden. Das unter Druck stehende Öl aus der Steuerrohrleitung 62 und dasjenige, das aus der Steuerrohrleitung 69 zugeführt wird, werden in dem Vielstufenkolben 61 zusammengefaßt, so daß die zusammengefaßte Menge des unter Druck stehenden Öls an die Steuerrohrleitung 64 gegeben wird. Obwohl die Steuerrohrleitungen, wie sie in Figur 5 und 6 dargestellt sind, modifizierte Beispiele des ersten Ausführungsbeispiels sind, können sie beim zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel ohne weiteres angewendet werden.
Figur 9 zeigt eine tabellarische Aufstellung, die die Veränderung der Abgaberate einer Pumpe relativ zum Öldruck eines Hauptkreises zeigt. Wenn der Druck des Hauptkreises größer ist als jede der vorgewählten Druckeinstellungen der Richtungssteuerventile (13 in Fig. 1, 24 in Fig. 2, 35 in Fig. 3 und 46 in Fig. 4), wird die Verringerungsgeschwindigkeit der Pumpenkapazität vergrößert verglichen mit derjenigen einer herkömmlichen Steuereinheit für eine Pumpe veränderlicher Kapazität.
Folgender Effekt kann erreicht werden, da die Verringerungsgeschwindigkeit der Pumpenkapazität vergrößert ist, verglichen mit derjenigen einer herkömmlichen Steuereinheit für eine Pumpe veränderlicher Kapazität, wenn der Öldruck des Hauptkreises größer ist, als die vorgewählte Druckeinstellung des Richtungssteuerventils:
(1) Sogar wenn der Öldruck des Hauptkreises scharf ansteigt, wenn das Fahrzeug sich mit seiner Ladeschaufel zum Ausheben oder zu Ladezwecken eingräbt, wird die Verringerungsgeschwindigkeit der Pumpenkapazität beschleunigt, um zu verhindern, daß das Drehmoment, das auf den Motor ausgeübt wird, übermäßig ist, wodurch die Drehzahlen des Motors weniger verringert werden.
(2) Da der Hauptkreis die Verringerungsgeschwindigkeit der Pumpenkapazität mit einem optimalen Wert bei hohem oder niedrigem Druck auswählen kann, ist es möglich, die Geschwindigkeit des Fahrzeuges sanft abzubremsen, wenn der hydraulische Hauptkreis sich unter niedrigem Druck befindet, während er sich auf einer flachen Straße fortbewegt, mit einer Verringerungsrate zum Zeitpunkt der Verringerung der Drehzahlen des Motors und zum Zeitpunkt des Wechselns des Ganges in die Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung.
Wie oben beschrieben, ist nach der vorliegenden Erfindung ein hydraulischer Rückführ-Schaltkreis eines Pumpensteuerzylinders vorteilhafterweise für eine Steuereinheit für eine Pumpe veränderlicher Kapazitat eines hydraulisch angetriebenen Rades ausgelegt, da ein solcher Kreis vergrößert wird, um die Verringerungsgeschwindigkeit der Pumpenkapazität zu beschleunigen und um zu verhindern, daß übermäßiges Drehmoment auf den Motor ausgeübt wird.

Claims

1. Steuersystem für eine Pumpe veränderlicher Kapazitat in einem hydrostatischen Antrieb für ein Fahrzeug, mit:

- einer hydraulischen Pumpe (P) veränderlicher Kapazität in einem Haupthydraulikkreis (S),

- einer Kontrollpumpe (A),

- einem Steuerzylinder (C) für veränderliche Kapazität zur Steuerung der Pumpenkapazität der hydraulischen Pumpe (P) veränderlicher Kapazität, und

- einem hydraulischen Steuerkreis (20; 40; 10) mit einer veränderlichen Drosseleinrichtung (V), (21, 24); (41, 46) zur Veränderung des Druckes des Steuerzylinders (C) für veränderliche Kapazität,

wobei die veränderliche Drosseleinrichtung (V); (21, 24); (41, 46) ein Drosselventil (21; 46; 11&sub1;) umfaßt und ein Absperrventil (24; 41; 11&sub2;) zur Steuerung des Steuerzylinders (C) für die Kapazität,

- Mitteln (22; 42) zum Betrieb eines steuerbetriebenen Ventils (24; 46; 13) aufgrund des Druckes der hydraulischen Flüssigkeit in dem Haupthydraulikkreis (S),

um so hydraulische Flüssigkeit durch das steuerbetriebene Ventil (24; 46; 13) zusätzlich zu dem Drosselventil (21; 46) aus dem Steuerzylinder (C) für veränderliche Kapazität abzugeben, wenn der Druck der hydraulischen Flüssigkeit in dem Haupthydraulikkreis (5) hoch ist, so daß die Verringerungsrate der Pumpenkapazität vergrößert ist, und dadurch übermäßiges Drehmoment an einem Motor (M) verhindert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit durch das Absperrventil (24; 41) in die Richtung zur Vergrößerung der Pumpenkapazität fließt.

2. Steuersystem für eine Pumpe veränderlicher Kapazität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das führungsgesteuerte Ventil ein Absperrventil (24) ist, das durch einen Flüssigkeitsdruck betrieben ist, der durch eine Steuerrohrleitung (22) zugeführt wird, und daß es parallel mit dem Drosselventil (21) zwischen einem Steuerventil (V) und dem Steuerzylinder (C) für die Pumpenkapazität angeordnet ist.

3. Steuersystem für eine Pumpe veränderlicher Kapazität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das führungsgesteuerte Ventil ein Drosselventil (46) ist, das durch einen Flüssigkeitsdruck betrieben wird, der durch eine Steuerrohrleitung (42) zugeführt wird, und daß es parallel mit dem Absperrventil (41) zwischen dem Kontrollventil (V) und dem Steuerzylinder (C) für die Pumpenkapazität angeordnet ist.

4. Steuersystem für eine Pumpe veränderlicher Kapazität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das führungsgesteuerte Ventil ein führungsgesteuertes Richtungssteuerventil (13) ist, das durch einen Flüssigkeitsdruck betrieben wird, der durch eine Steuerrohrleitung (12) zugeführt wird, und daß es parallel mit dem Drosselventil (11&sub1;) und dem Absperrventil (11&sub2;) zwischen dem Steuerventil (V) und dem Steuerzylinder (C) für die Pumpenkapazität angeordnet ist.

5. Steuersystem für eine Pumpe veränderlicher Kapazität nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Steuerrohrleitung (52), eine Rohrleitung (59), die mit einer zwischen einer Steuerpumpe (57) und einem Arbeitsbetriebsventil (58) verlaufenden Leitung (56) verbunden ist, und zwei Absperrventilen, die die unter höherem Druck stehende Flüssigkeit aus den beiden Rohrleitungen (52, 59) an eine Steuerrohrleitung (54) abgeben, die mit dem Steuerventil (13) verbunden ist.

6. Steuersystem für eine Pumpe veränderlicher Kapazität nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Steuerrohrleitung (62), eine Rohrleitung (69), die mit einer zwischen einer Arbeitspumpe (57) und einem Arbeitsbetriebsventil (58) verlaufenden Leitung (56) verbunden ist, und einem Vielstufenkolben (61), der eine unter Druck stehende Flüssigkeit an die Steuerrohrleitung (64), die mit dem Steuerventil (13) verbunden ist, in einer Menge abgibt, die den hinzugeführten Mengen der beiden Rohrleitungen (62, 69) entspricht.