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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf die elektronische Kontrolle von Kompressions- Verbrennungsmotoren
mit elektronischen Steuereinheiten, die programmierbar sind, um
einen Bereich von Motorgeschwindigkeitsbetrieb mit ersten und zweiten Schwellen
zu definieren, und um den Motorbetrieb nach dem Detektieren eines
Motorbetriebs in einem Bereich zwischen den Schwellen in ein bestimmtes Intervall
anzupassen.
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Die vielen beweglichen Teile eines
Fahrzeugantriebes oder einer motorisierten Maschinerie führen häufig zu
harmonischen Schwingungen durch den gesamten Antrieb, die schwere
Vibrationen und Beanspruchungen in den Komponenten, in den Aufhängungsstrukturen
und durch das ganze Fahrzeug oder die den Motor tragende Maschine
hervorrufen können.
Während
häufig
mechanische Dämpfer
verwendet wurden, um den Effekt eines Betriebs des Antriebes bei
denjenigen Geschwindigkeiten zu reduzieren, bei denen die harmonische
Verstärkung von
destruktiven Schwingungen hervorgerufen wird, ist das Hinzufügen von
Masse zu dem beweglichen Komponenten oder der Maschine häufig nicht
erwünscht,
weil solche Dämpfer
eine begrenzte Effektivität
haben, die Effizienz des Fahrzeugs oder der Maschine als Ganzes
reduzieren können
und die Abnutzung über
die Lebensdauer der Ausrüstung
vergrößern können. Das
Entfernen destruktiver Drehkräfte im
normalen Betriebsbereich kann relativ kostspielig sein.
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Darüber hinaus sprechen keine der
herkömmlich
bekannten Dämpfer
automatisch auf elektronische Steuereinheiten an, die die Zündung und den
Betrieb eines Motors beeinflussen. Daher konnte ein Benutzer einen
Motor bei unerwünschten
Geschwindigkeiten für
ausgedehnte Zeiträume
betreiben, bei denen die hervorgerufenen Vibrationen durch Harmonische
verstärkt
wurden, die destruktiv im Hinblick auf den Motor, benachbarte Komponenten
und die den Motor tragende Ausrüstung
sind. Dementsprechend vermieden die herkömmlich bekannten Steuerungen
für interne
Verbrennungsmotoren nicht die destruktiven Effekte des Betreibens
eines Motors in Geschwindigkeitsbereichen, die für die Einrichtung als unerwünscht angesehen
wird.
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Die vorliegende Erfindung überwindet
die vorstehend geschilderten Nachteile, indem sie ein elektronisches
Steuersystem für
einen Motor zur Verfügung
stellt, das den Motorbetrieb in einem als unerwünscht geltenden Bereich detektieren
kann, und das die Einstellung der Motorgeschwindigkeit so steuern
kann, dass der unerwünschte
Bereich vermieden wird. Die Antwort kann die Erzeugung eines Signals
sein, das die Motorgeschwindigkeit über eine Schwelle beschleunigt
oder unter eine Schwelle abbremst, wobei die Schwellen den als unerwünscht definierten
Bereich bestimmen. Darüber
hinaus können
eine Vielzahl von Bereichen oder Schwellen in die Steuerung programmiert
werden oder auf andere Weise als erwünscht gemessen werden, um unerwünschte Drehzahlbereiche
(RPM: Rounds per minute, Umdrehungen pro Minute) zu vermeiden, ohne die
Funktion des die Steuerung verwendenden Fahrzeugs oder der Maschinerie übermäßig zu beeinflussen.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Zeit
des Motorbetriebs in einem unerwünschten
Geschwindigkeitsbereich begrenzt durch einen zusätzlichen Stromkreis, der den
Motorbetrieb in dem Bereich detektiert und es der Steuerung erlaubt,
einen automatischen Durchlauf durch den Bereich anzuordnen, in welchem
zwei Motorgeschwindigkeits-Ausgaben, wobei
jede jeweils einer den Bereich definierenden Schwellengeschwindigkeit
zugeordnet ist, ein Geschwindigkeitsbefehl und ein Drehmoment- oder
Geschwindigkeits-Begrenzungs-Kontrolleinheitssignal mit zwei Relais
und einer Diode verbunden sind, um den automatischen Durchlauf durchzuführen. Alternativ
kann das Ergebnis eines einzigen Geschwindigkeitsschalters einen
Geschwindigkeits-Steuerbefehl in die Lage versetzen, dem Motor eine
Beschleunigung zu einer vorbestimmten Geschwindigkeit außerhalb
des Bereiches zu erlauben. Solch ein Ausführungsbeispiel kann bevorzugt
werden, wo einfachere Schaltkreise gewünscht werden und der Eingriff
eines Benutzers möglich
ist, z.B. um die Motorgeschwindigkeit zu einer niedrigeren Betriebsgeschwindigkeit
umzuschalten, z.B. wo die Anfrage „Leerlauf" durch den Benutzer bestimmt wird. Solch eine
Alternative kann digitale Eingaben eines variablen Geschwindigkeitsregler-Blockierers
und eines alternativen minimalen einstellbaren Geschwindigkeitsreglers
(VSG) sowie eine digitale Ausgabe erfordern, z.B. eine Geschwindigkeitsschalterausgabe, die
vorzugsweise durch eine Geschwindigkeitsschalterausgabe oder ein
Kontrollsignal für
die Geschwindikgeitsüberschreitung
des Motors zur Verfügung
gestellt wird.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel, das nicht auf
einer Schnittstelle zwischen diskreten Schaltkreisen und der elektronischen
Steuerung beruht, kann verwendet werden durch das Ausnutzen eines
Zeitgeber-basierten drehzahlbegrenzenden Betriebs, der herkömmlich in
Detroit-Dieselschiffsmotorsteuerungen programmiert wurde und modifiziert
ist durch das Reduzieren des Kraft-Steuersignals zu einer geringeren
als der erwünschten
Kraftschwelle, wenn der Motor in einem als unerwünscht bestimmten Geschwindigkeitsbereich
betrieben wird. Dieser Überlastungsschutz
für den
Motor verhindert normalerweise den Betrieb bei Drehzahlen oberhalb
der normalen Propellerbelastungskurve für eine ausgedehnte Zeitspanne,
indem zeitweise die Beschleunigungsleistung aufrecht erhalten wird,
während
er die Motorlebensdauer schützt,
indem die Motorleistung allmählich
auf die maximal erlaubten Drehzahlen herabgesenkt wird.
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Darüber hinaus kann ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in einer neuen Software implementiert
werden. Die Neuprogrammierung herkömmlich bekannter elektronischer
Steuereinheiten, z.B. das Neuprogrammieren mit einem Kalibrations-Parameter, stellt
einen Motor-Geschwindigkeitsbereich-Ausschluss zur Verfügung oder
begründet eine
digitale Eingabe, wenn ein Geschwindigkeitssignal in einem Bereich
zwischen ersten und zweiten Schwellen liegt. Eine vorbestimmte Geschwindigkeitstabelle
kann die Beschleunigung durch die obere Schwelle bewirken, so dass
die Motorgeschwindigkeit oberhalb der oberen Schwelle bleibt, bis
das abgefragte Geschwindigkeitssignal unter die erste Schwelle fällt. Unabhängig von
dem verwendeten Ausführungsbeispiel
vermeidet die vorliegende Erfindung Motorbetrieb in einem unerwünschten
Geschwindigkeitsbereich zwischen oberen und unteren Schwellengeschwindigkeiten.
Der Detektor kann ein einfach hinzugefügter Schaltkreis sein, der
mit der elektronischen Steuereinheit kommuniziert, oder er kann
abgeleitet werden von Signalen, die schon von der elektronischen
Steuereinheit empfangen wurden, wie sie im Betrieb eines neu programmierten
Mikroprozessors verarbeitet wurden. Im Ergebnis reduziert die vorliegende
Erfindung wesentlich den destruktiven Betrieb, und sie führt zu einer
längeren
Lebensdauer für
das Fahrzeug oder die Maschinerie, die mit der Steuerung betrieben
werden.
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Die vorliegende Erfindung wird klarer
verstanden werden durch Bezug auf die nachfolgende, detaillierte
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit
den beigefügten Zeichnungen,
in denen gleiche Bezugszeichen in allen Ansichten die gleichen Teile
bezeichnen, und in denen
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1 eine
diagrammatische Ansicht eines Apparats wie eines Fahrzeugs oder
einer Maschine ist und eine perspektivische Ansicht auf eine Motorsteuerung
gemäß der vorliegenden
Erfindung einschließt,
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2 eine
diagrammatische und schematische Ansicht eines Steuersystems ist,
das in dem Apparat nach 1 verwendet
wird,
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3 eine
graphische Darstellung von Geschwindigkeitsänderungen über der Zeit gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist,
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4 ein
schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung mit einem diskreten Schaltkreis ist,
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5 eine
graphische Darstellung eines existierenden System ist, das modifiziert
wurde um eine Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung auszuführen,
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6 ein
Blockdiagramm von Motorsteuerungsvertahren ist, die gemäß der vorliegenden
Erfindung programmiert sind,
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7 ein
Blockdiagramm eines modifizierten Motorsteuerungs-Verfahrensprogramms
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist,
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8 ein
schematisches Diagramm eines modifizierten Ausführungsbeispiels alternativ
zu 4 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist und
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9 ein
Blockdiagramm eines Verfahrens-Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung
ist.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines kompressions-gezündeten,
internen Verbrennungsmotors 10, der eine Vielzahl von Merkmalen
einer Motorsteuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist. Wie der einschlägige Fachmann erkennt, kann
der Motor 10 in einem weiten Spektrum von Geräten 11 für verschiedene
Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich unter anderem Lastwagen, Baustellen-Ausrüstung, Schiffen
und stationären
Generatoren. Der Motor 10 weist eine Vielzahl von Zylindern
auf, die unter einer entsprechenden Abdeckung vorgesehen sind, die
generell mit den Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Motor 10 ein kompressionsgezündeter interner Verbrennungsmotor
mit mehreren Zylindern, so wie ein 4-, 6-, 8-, 12-, 16- oder 24- Zylinder-Dieselmotor.
Darüber
hinaus sollte festgehalten werden, dass die vorliegende Erfindung
nicht auf einen bestimmten Motor- oder
Kraftstoff-Typ begrenzt ist. Der Motor 10 weist eine Motorsteuerungseinheit
(MSE) 14 auf. Die MSE 14 kommuniziert mit verschiedenen
Motorsensoren und Stellgliedern über zugeordnete
Kabel oder Drähte,
die generell mit den Bezugszeichen 18 bezeichnet sind,
um eine Steuerung 32 zum Steuern des Motors und des Gerätes 11 zu
bilden. Darüber
hinaus kommuniziert die Steuerung 32 mit dem Motorbenutzer
mit Hilfe zugeordneter Lichter, Schalter, Anzeigen usw. wie dies
im Detail in 2 dargestellt
ist. Wenn er in einem Fahrzeug vorgesehen ist, ist der Motor 10 über eine Schwungscheibe 16 an
ein Getriebe gekoppelt. Wie es dem einschlägigem Fachmann wohl bekannt
ist, beinhalten viele Getriebe eine Kraftübertragungs-Konfiguration,
in der eine Hilfswelle mit zugeordneten Hilfsgeräten verbunden sein kann, die durch
den Motor und das Getriebe bei einer relativ konstanten Rotationsgeschwindigkeit
mittels des variablen Geschwindigkeitsreglers des Motors verbunden
ist. Die Hilfsgeräte
können
hydraulische Pumpen für
Baumaschinen umfassen, sowie Wasserpumpen für Löschfahrzeuge, Kraftgeneratoren
und eine beliebige Anzahl anderen, über Rotation angetriebenen Zubehörs. Typischerweise
ist der Kraftübertragungsbetrieb
nur benutzt, während
das Fahrzeug stationär ist.
Allerdings ist die vorliegende Erfindung unabhängig von dem jeweiligen Betriebszustand
des Motors, sowie davon, ob das Fahrzeug stationär ist oder sich bewegt bei
denjenigen Anwendungen, bei denen der Motor in einem Fahrzeug mit
einem Kraftübertragungsmodus
benutzt wird.
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In 2 ist
ein Blockdiagramm dargestellt, das ein Motorsteuerugssystem 30 mit
begrenzendem Betrieb in einem Geschwindigkeitsbereich gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Das System 30 repräsentiert das Steuerungssystem
für den
Motor 10 von 1.
Das System 30 weist vorzugsweise einen Regler 32 in
Verbindung mit verschiedenen Sensoren 34 und Stellgliedern 36 auf.
Die Sensoren 34 können
verschiede ne Positionssensoren sowie einen Beschleunigungs- oder
einen Bremspositionssensor 38 aufweisen. Ebenfalls kann
der Sensor 34 einen Kühlmitteltemperatursensor 40 aufweisen,
der eine Anzeige der Temperatur des Motorblocks 42 zur
Verfügung
stellt. Ebenfalls kann ein Öldrucksensor 44 benutzt
werden, um die Betriebsbedingungen des Motors zu überwachen,
indem er ein entsprechendes Signal an den Regler 32 übermittelt.
Andere Sensoren können
Rotationssensoren zum Detektieren der Rotationsgeschwindigkeit des
Motors umfassen, so wie den Sensor 38 zum Messen der Drehzahl
(Umdrehungen pro Minute, UPM) und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
(FGS) 90 in verschiedenen Anwendungen. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 90 stellt
eine Anzeige der Rotationsgeschwindigkeit der Ausgangswelle oder
der Schwanzwelle eines Getriebes (nicht gezeigt) zur Verfügung, die
benutzt werden kann um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu berechnen.
Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 90 kann ebenfalls einen
oder mehrere Radgeschwindigkeits-Sensoren repräsentieren, die beispielsweise
in Antiblockiersystemen-Anwendungen (ABS) verwendet werden.
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Die Stellglieder 36 umfassen
verschiedene Fahrzeugkomponenten, die über zugeordnete Steuersignale
des Reglers 32 angesteuert werden. Wie in 2 angedeutet, können verschiedene Stellglieder 36 auch
Rückkopplungssignale
bezüglich
ihres Betriebszustandes an den Regler 32 bereitstellen,
zusätzlich
zu rückgekoppelten
Positions- oder anderen Signalen, die zur Steuerung der Stellglieder 36 benutzt
werden. Vorzugsweise umfassen die Stellglieder 36 zusätzlich zu
einer Vielzahl von Kraftstoff-Einspritzdüsen Komponenten, die über zugeordnete Spulen 64 angesteuert
werden, um den jeweiligen Zylindern Kraftstoff zuzuführen. In
einem Ausführungsbeispiel
steuert der Regler 32 eine Kraftstoffpumpe 56, um Kraftstoff
von einer Quelle 58 zu einer gemeinsamen Leitung oder einer
Verteilerleiste 60 zu transportieren. Der Betrieb der Spulen 64 steuert
die Zufuhr, den Zeitpunkt und die Dauer des Treibstoffeinspritzens
auf an sich bekannte Art und Weise. Während das in 2 repräsentativ gezeigte Steuersystem
mit einem zugeordneten Kraftstoff-Untersystem die typische Anwendungsumgebung
der vorliegenden Erfindung illustriert, ist die Erfindung nicht
auf einen bestimmten Typ von Kraftstoff oder ein bestimmtes Kraftstoffsystem
beschränkt.
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Die Sensoren 34 und die
Stellglieder 36 können
verwendet werden, um Status- und Steuerinformationen über eine
Konsole 48 an einen Motorbenutzer zu übermitteln. Die Konsole 48 kann
verschiedene Schalter 50, 54 zusätzlich zu
Anzeigeelementen 52 um fassen. Vorzugsweise ist die Konsole 48 sehr nah
zum Motorbenutzer angeordnet, beispielsweise in der Kabine eines
Fahrzeuges. Die Anzeigeelemente 52 können jede beliebige Anzahl
von hörbaren und
sichtbaren Anzeigeelementen umfassen, beispielsweise Lichter, die
gezeigt oder beleuchtet werden in einer Antwort auf das Detektieren
eines Motorbetriebs in einem für
unerwünscht
gehaltenen Geschwindigkeitsbereich, wobei die Anzeigeelemente Bildschirme,
Summer, Alarmtöne
und ähnliches
umfassen. Vorzugsweise werden einer oder mehr Schalter, so wie die
Schalter 50 und 54, benutzt, um einen bestimmten
Betriebsmodus abzufragen, so wie beispielsweise einen Tempostat-Modus.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Regler 32 eine
programmierte Mikroprozessor-Einheit 70, die mit den verschiedenen
Sensoren 34 und den Stellgliedern 36 über einen
Ein-Ausgabe-Baustein kommuniziert. Wie es wohl bekannt ist, können die
Ein-Ausgabe-Bausteine 72 in
Form von Prozessor-Schaltkreisen eine Schnittstelle bereitstellen,
um die Signale aufzubereiten, den Regler 32 zu schützen und
um abhängig
von dem jeweiligen Eingabe- oder Ausgabegerät angemessene Signalpegel zu
erreichen. Der Prozessor 70 kommuniziert mit den Eingabe-Ausgabe-Bausteinen 72 mittels
eines konventionellen Daten/Adressbus-Systems. Gleichermaßen kommuniziert
der Prozessor 70 mit verschiedenen Typen von computerlesbaren
Speichermedien 76, die einen „keep-alive memory" (KAM) 78,
einen „read-only
memory" (ROM) 80 und
einen „random-access
memory" (RAM) 82 umfassen
können. Die
verschiedenen Typen von computerlesbaren Speichermedien 76 stellen
Kurzzeitspeicher und Langzeitspeicher für die vom Regler 32 zum Steuern des
Motors benutzten Daten dar. Die computerlesbaren Speichermedien 76 können durch
jede beliebige Anzahl von bekannten physikalischen Elementen implementiert
werden, die zum Speichern von solchen Daten geeignet sind, die vom
Mikroprozessor 70 ausführbare
Anweisungen repräsentieren.
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Solche Elemente umfassen PROM, EPROM,
EEPROM, „Flash
Memory" und Ähnliches zusätzlich zu
verschiedenen magnetischen, optischen und kombinierten Medien, die
zum zeitweiligen oder permanenten Speichern von Daten geeignet sind.
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Die computerlesbaren Speichermedien 76 beinhalten
Daten, die Programmanweisungen (Software), Kalibrationen, Betriebsvariablen
und Ähnliches
repräsentieren,
die in Verbindung mit der zugeordneten Hardware verwendet werden,
um die verschiedenen Systeme und Untersysteme des Motors und/oder
des Fahrzeugs zu steuern. Die Motor/Fahrzeug-Steuerlogik ist über den
Regler 32 basierend auf den Daten, die in dem computerlesbaren
Speichermedien 76 zusätzlich
zu den verschiedenen anderen elektrischen und elektronischen Schaltkreisen gespeichert
sind, implementiert.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung umfasst der Regler 32 eine Steuerlogik, um den
Motorbetrieb in einem Geschwindigkeitsbereich dadurch zu beschränken, dass
die tatsächliche
Motorgeschwindigkeit mit einem unerwünschten Motorgeschwindigkeitsbereich
verglichen wird, und dass wenigstens ein Antwortsignal generiert
wird, das die Motorgeschwindigkeit außerhalb der ersten und der
zweiten Schwelle des Bereiches einstellt. Die mittels des Reglers 32 implementierte
Kontrollogik überwacht
die Betriebsgeschwindigkeit des Motors oder der damit verbundenen
Komponenten. Gleichermaßen
bestimmt ein Detektor, ob die Motorgeschwindigkeit innerhalb der
ersten und zweiten Schwellen eines Geschwindigkeitsbereiches liegt. Der
Regler 32 treibt dann die Fahrzeug-Stellglieder an, um
automatisch die Motorgeschwindigkeit anzupassen, wenn die Betriebszeit
zwischen den ersten und zweiten Schwellen eine programmierbare Grenze überschreitet.
Selbstverständlich
können
in Abhängigkeit
von der jeweiligen Anwendung einer oder mehrere Bereiche mit Schwellen überwacht
werden, um den Betrieb in mehr als einem Geschwindigkeitsbereich
zu begrenzen.
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Für
die gesamte Beschreibung der Erfindung gilt, dass eine wählbare oder
programmierbare Grenze oder Schwelle aus einer beliebigen Anzahl
von individuellen Grenzen/Schwellen mittels eines Programmierelementes
ausgewählt
werden kann, beispielsweise mittels eines Elementes 66,
das wahlweise über
einen entsprechenden Stecker oder Verbinder 68 mit dem
Regler 32 verbunden werden kann. Statt primär durch
die Software gesteuert zu werden, kann die wählbare oder programmierbare Grenze
auch durch einen entsprechenden Hardware-Schaltkreis bereitgestellt
werden, der verschiedene Schalter, Wählscheiben oder ähnliches
aufweist. Selbstverständlich
kann die wählbare
oder programmierbare Grenze auch mittels einer Kombination von Software
und Hardware geändert
werden, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Vom einschlägigen Fachmann wird gewürdigt werden,
dass die Blockdiagramme der 6 und 7 die Kontrollogik repräsentieren,
die implementiert oder ausgeführt
wer den kann in der Hardware, in der Software oder in einer Kombination
von Hardware und Software. Die verschiedenen Funktionen werden vorzugsweise
von einem programmierten Mikroprozessor ausgeführt, wie er beispielsweise
in dem DDEC-Regler umfasst ist, der von der Detroit Diesel Corporation
aus Detroit, Michigan, hergestellt wird. Natürlich kann die Steuerung des
Motors oder Fahrzeugs eine oder verschiedene Funktionen umfassen, die
bei bestimmten elektrischen, elektronischen, oder integrierten Schaltkreisen
implementiert sind. Die einschlägigen
Fachleute werden auch erkennen, dass die Kontrolllogik durch eine
beliebige Anzahl von bekannten Programmier- und Prozessortechniken
oder -Strategien implementiert werden kann und nicht auf die in
den 3 bis 7 dargestellte Sequenz begrenzt
ist. Beispielsweise kann unterbrochenes oder ereignisgesteuertes
Prozessieren typischerweise in Echtzeit- Steueranwendungen verwendet
werden, wie sie bei der Steuerung eines Motors oder Fahrzeuges vorliegt.
Ebenfalls können
paralleles Rechnen, Multi-Tasking oder mehrfach verschränkte Systeme
und Verfahren verwendet werden, um die Ziele, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung zu verwirklichen. Die Erfindung ist unabhängig von
einer bestimmten Programmiersprache, einem Betriebssystem, Prozessor
oder Schaltkreisen, um die dargestellte Steuerlogik zu entwickeln
und/oder zu implementieren. Gleichfalls können abhängig von der bestimmten Programmiersprache
und Rechnerstrategie verschiedene Funktionen in der dargestellten
Reihenfolge zu im wesentlichen den gleichen Zeitpunkten oder in
einer anderen Reihenfolge ausgeführt
werden, während
die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Die dargestellten Funktionen können
verändert
oder in einigen Fällen
ausgelassen werden, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Erfindung
abzuweichen.
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In 3 ist
ein bevorzugtes, automatisches Verfahren zum Vermeiden eines Betriebs
in einem programmierbaren Bereich von Motorgeschwindigkeiten graphisch
dargestellt. Wenn der Benutzer die Geschwindigkeit erhöht, wird
der Motor automatisch durch den programmierbaren Ausschlussbereich
hindurchlaufen. Darüber
hinaus wird der Motor automatisch durch den programmierbaren Ausschlussbereich
hindurchlaufen, wenn die Motorgeschwindigkeit wieder verringert
wird. Ein Ausführungsbeispiel
des automatisierten Verfahrens benutzt zwei Motorgeschwindigkeitsausgänge 84 und 88,
einen Geschwindigkeits-Steuereingang 100, einen Drehmoment- oder
einen geschwindigkeitsbegrenzenden Eingang 86, zwei Relais 94, 96 und
eine Diode 97. Ein Ausführungsbeispiel
mit diesen Komponenten ist in 4 dargestellt.
Die graphische Darstellung der Ge schwindigkeit über der Zeit in 3 zeigt die aufeinanderfolgenden
Verlangen nach erhöhter
Geschwindigkeit und dann nach verringerter Geschwindigkeit, die
von dem Benutzer des Gerätes
ausgeführt
werden. Zum Beispiel kann der Geschwindigkeitsschalter Nr. 1, der
bei 85 gezeigt ist, vom Geschwindigkeitsschalter-Ausgang des DDEC
IV-Reglers gebildet werden. Dieser Ausgang stellt ein Signal zur
Verfügung,
herkömmlicherweise
die Anlasser-Abschaltung zum Verhindern der Wieder-Inbetriebnahme
des Anlassers, sowie Fehleranzeigen so wie eine Motor-Übergeschwindigkeit
für andere
Steuermodule, während
der Motor oberhalb einer kalibrierten Geschwindigkeit läuft. Herkömmlicherweise
erlaubt ein offener Schaltkreis an dem Anschluss dem Anlasser eine
erneute Betriebsaufnahme, wenn der Motor unterhalb einer kalibrierten
Geschwindigkeit läuft,
beispielsweise von 60 UPM. Die Aktivierungs- und Deaktivierungsschwellen
des Ausgangssignals, die ausgewählten
UPM-Werten entsprechen, können
auf jeden beliebigen Wert gesetzt werden und sind mittels verschiedener
Werkzeuge programmierbar. In ähnlicher
Weise kann die Polarität
wie gewünscht programmiert
werden. Ein digitaler Ausgang wird auch benutzt um anzuzeigen, dass
der Motor läuft. Das
Anwendungs-Code-System (ACS) setzt die vorgegebene Standardfunktion,
die Anzahl und die Polarität,
um jeden der Eingänge
und der sechs digitalen Ausgangs-Anschlüsse zu programmieren. Die Funktion
des Ausgangsanschlusses kann bestellt werden zum Zeitpunkt der Bestellung
des Motors oder konfiguriert werden durch ein elektronisches Fahrzeugprogrammsystem
(VEPS)- Werkzeug oder durch ein Neuprogrammier-System eines Händlers. In ähnlicher
Weise können
die UPM-Werte oder die Polarität
wie gewünscht
gesetzt werden.
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Im Folgenden wird Bezug genommen
auf 4. Wenn die Motorgeschwindigkeit
eine niedrige Geschwindigkeitsschwelle erreicht, beispielsweise die
vorbestimmbare Geschwindigkeit des Geschwindigkeitsschalters Nr.
1, der bei 85 gezeigt ist, wird der Ausgang 84 aktiviert.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das Aktivieren vorzugsweise ausgeführt durch Schalten des Ausgangs
auf Erde, wie in 4 gezeigt,
obwohl das System 30 auch mit der entgegengesetzten Polarität betrieben
werden könnte, ohne
von der Erfindung abzuweichen. Das Ausgangssignal 84 wird
benutzt, um den Motorgeschwindigkeits-Steuereingang 86 zu
aktivieren, beispielsweise mit dem DDEC-digitalen Eingang, der herkömmlich für den alternativen
minimalen einstellbaren Geschwindigkeitsregler (ALT MIN VSG) verwendet
wurde, welcher programmiert ist, die angepeilte Motorgeschwindigkeit
leicht oberhalb der oberen Schwelle 92 (3) zu setzen. Zu sätzlich wird der Ausgang 84 des
Geschwindigkeitsschalters Nr. 1 benutzt, um die Erde aus einem gemeinsamen
Eingang auf ein erstes Relais 94 zu legen, beispielsweiss
auf einen Stift 30 auf einem standardmäßigen Bosch-Relais.
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Der zweite Geschwindigkeitsschalter 88 ist programmiert
auf eine Motorgeschwindigkeit oberhalb der oberen Geschwindigkeitsschwelle 92 und unterhalb
der angepeilten Geschwindigkeit, die generiert ist, sobald der erste
Geschwindigkeitsschalter 94 den Motorgeschwindigkeits-Steuereingang
aktiviert hat. Wenn der Geschwindigkeitsschalter 88 aktiviert
ist, schaltet er beide Relais 94 und 96 ein. Das Relais 94 ist
eingeklinkt, sobald es eingeschaltet ist, weil das Erde-Signal vom
Signalausgang 84 des Geschwindigkeitsschalters Nr. 1, das
vorher zum gemeinsamen Eingang (beispielsweise dem Stift Nr. 30)
zugeführt
wurde, jetzt über
den normalerweise offenen Kontakt 98 direkt mit der Erdseite
der Spule des Relais 94 verbunden ist. Der normalerweise
geschlossene Ausgang des Relais 96 ist jetzt offen, womit
er die Erde davon abhält,
die Motorgeschwindigkeits-Begrenzungsfunktion
zu aktivieren.
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Das Motorsteuersignal sollte eine
Zielgeschwindigkeit oder ein Zieldrehmoment von genügender Höhe setzen,
um ein Pendeln zwischen der oberen Geschwindigkeitsbereichs-Schwelle 92 und der
unteren Geschwindigkeitsbereich-Schwelle 90 zu vermeiden.
Beispielsweise kann der Geschwindigkeitsschalter Nr. 2 bei 38 (ehemals
die Motor-Überdrehzahl)
der digitale Ausgang eines DDEC IV Reglers sein, dessen digitaler
Ausgang auf Erde geschaltet wird, wenn die untere Seite des digitalen
Ausgangs benutzt wird, oder der zu einem positiven Signal der Batterie
geschaltet wird, wenn die hohe Seite des digitalen Ausgangs verwendet
wird. Das Schalten tritt auf, wenn ein kalibrierter Wert, beispielsweise ein
Stellwert für
eine Motor-Überdrehzahl, überschritten
wird. Der Motorgeschwindigkeits-Steuerwert ist programmierbar.
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Wenn im bevorzugten Ausführungsbeispiel die
Motorgeschwindigkeit unter die Geschwindigkeit fällt, bei der der Geschwindigkeitsschalter 88 deaktiviert
wird, wird der Anschluss auf offen geschaltet, und er schaltet das
Relais 96 ab. Weil das Relais 94 eingeklinkt ist,
liegt der Ausgang des Relais 98 auf Erde, um einen die
Motorgeschwindigkeit begrenzenden Eingang 100 durch das
normalerweise geschlossene Relais 96 zu ermöglichen.
Sobald er aktiviert ist, zwingt der geschwindigkeitsbegrenzende Eingang 100 die
Motorgeschwindigkeit unterhalb die den Schalter 84 deaktivierende
Schwelle und schaltet das Relais 94 ab. In einem Arbeitsbeispiel,
bei dem die programmierbaren Parameter den Betrieb zwischen 1400
UPM und 1600 UPM begrenzen, ist der Motorgeschwindigkeits-Steuerbefehl
auf einen Wert von ungefähr
1630 UPM gesetzt. Die Grenze, die den Ausgang des Geschwindigkeitsschalters
Nr. 1 84 aktiviert, ist auf 1400 UPM gesetzt. Die Grenze, die den
Geschwindigkeitsschalter Nr. 1 84 deaktiviert, ist auf 1390 UPM
gesetzt. Die Grenze, die den Ausgang des Geschwindigkeitsschalters
Nr. 2 88 aktiviert, ist auf 1610 UPM gesetzt. Die Grenze, die den zweiten
Schalter 88 deaktiviert, ist auf 1600 UPM gesetzt. Die
ACS-Drehmomentbegrenzungs-UPM, welches die den Motor begrenzende
Drehzahl UPM ist, kann auf 1200 UPM gesetzt werden. Die Diode 97 erlaubt
es nur dem Ausgang 88, das Relais 96 zu steuern.
Ohne die Diode 97 würde
das Relais 96 eingeschaltet bleiben, bis die Ausgänge 84 und 88 deaktiviert
sind.
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Wie in 8 gezeigt,
besteht eine andere Variante darin, dass der Ausgang des Geschwindigkeitsschalters 84 den
Eingang des Motor-Geschwindigkeitsbefehls aktiviert. Der Befehlseingang 86 ist an
der oberen Schwellengeschwindigkeit programmiert, beispielsweise
bei 1600 UPM im obigen Beispiel, so dass wenn der Eingang 86 aktiviert
ist, der Motor zu der befohlenen Geschwindigkeit beschleunigen wird.
Der Benutzer kann die Motorgeschwindigkeit zwischen der oberen Geschwindigkeitsschwelle
(der befohlenen Motorgeschwindigkeit) 92 und der angepeilten
Motorgeschwindigkeit variieren. Wenn der Benutzer in einem unteren
Geschwindigkeitsbereich operieren möchte, kann der Benutzer einen
Schalter umlegen, der den Eingang einer Leerlaufanfrage aktiviert.
Dieses Verfahren ist einfacher zu implementieren, aber es erfordert
zusätzliche
Intervention durch den Benutzer, statt einer vollständig automatischen
Antwort wie es oben beschrieben wurde. In einer solchen Modifikation
würden
die angeforderten digitalen Eingänge
des elektronischen Steuermoduls 14 die Leerlauf-Geschwindigkeitsaufforderung
(Blockierung des variablen Geschwindigkeitsreglers) und der Motorgeschwindigkeitsbefehl (alternierendes
minimales VSG) sein. Zusätzlich
werden zwei Ausgänge
von Geschwindigkeitsschaltern benutzt, so wie der Ausgang des DDEC-Geschwindigkeitsschalters
und der Ausgang der Geschwindigkeits-Überdrehzahl.
Wenn in dieser Anwendung der Benutzer nach einer Geschwindigkeitsveränderung oberhalb
des Leerlaufes verlangt, läuft
der Motor in einem Bereich vom Leerlauf bis herauf zu 1400 UPM. Sobald
der Motor die Schwelle von 1400 UPM erreicht, wird der Ausgang des
Geschwindigkeitsschalters (ehemals der Ausschalter des Anlassers) 84 aktiviert,
der ein Erde-Signal an den Eingang 86 (ehemals der alternie rende,
minimale VSG) legt, der sofort befiehlt, die Motorgeschwindikgeit
auf 1600 UPM herauflaufen zu lassen. Alternativ kann der Ausgang 84 des
Geschwindigkeitsschalters auch an einen Relais-betriebenen Schalter
in Reihe mit dem Schalter der Leerlaufabfrage verbunden werden,
um eine Anfrage nach Leerlauf unterhalb von 1400 UPM zu verhindern.
Wenn der Eingang 86 (ehemals der alternierende minimale
VSG) aktiviert wird, ist der Motor-Geschwindigkeitsbereich jetzt
von 1600 UPM bis hinauf zur Ziel-Motorgeschwindigkeit.
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Bezug nehmend auf die 5 verwendet ein zweites
Verfahren zum Implementieren der Betriebsbegrenzung in einem Geschwindigkeitsbereich
zwischen ersten und zweiten Schwellen ein Zeitglied-basiertes drehzahlbegrenzendes
Element. Beispielsweise kann bei existierenden Schiffsmotor-Steuerungen
ein drehzahlbegrenzendes Element implementiert werden in der Absicht,
dass das maximale abgefragte Drehmoment bei einem überhöhten Leistungslevel
kalibriert wird, um den Schiffen zu erlauben, momentan überhöht zu beschleunigen,
aber nicht in der Absicht, den überhöhten Kraftlevel
für längere, durchgehende
Betriebe aufrecht zu erhalten. Dieses Element kann programmiert
werden, nach einem Zeitintervall zu reagieren, das dasjenige überschreitet, welches
durch die kalibrierten Zeitgeber-Werte im ECM 14 vorgegeben
ist, um das Drehmoment durch den unerwünschten Motorbetriebs-Geschwindigkeitsbereich
zu reduzieren, falls der Motor in dem unerwünschten Geschwindigkeitsbereich
für ein
Zeitintervall verbleibt, welches durch den kalibrierten Zeitgeber
vorgesehen ist.
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Dieses Verfahren hat den Vorteil,
dass es keine zusätzliche
Software erfordert und sich keine Verkabelung ändert, wenn das Element durch
das Setzen eines Kalibrationsparameters aktiviert wird. Dieses Element
begrenzt die verfügbare
Leistung in einem programmierbaren Geschwindigkeitsbereich, während das
vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
die Zeit des Motorbetriebes in dem programmierbaren Motorbereich
begrenzt.
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Wie in 5 gezeigt,
verhindert ein Motor-Überlastungsschutz
den Betrieb des Motors bei Drehmomenten oberhalb der normalen Propeller-Lastkurve
für verlängerte Zeitintervalle.
Eine hörbare
Warnung kann ertönen
und eine warnende Nachricht kann angezeigt werden, beispielsweise durch
ein Anzeigeelement 52, wenn die Motorleistung die erlaubte
maximale Drehmomentkurve für mehr
als eine Minute überschreitet.
Nach einer zusätzlichen
Zeitspanne, beispielsweise von zwei Minuten, kann das Motorüberprüfungslicht
(check engine light, GEL) bei 52 erleuchtet und ein Code 58 auf einem
LED-Bildschirm 53 angezeigt
werden. Die Motorleistung wird auf die erlaubte maximale Drehmomentkurve
heruntergefahren. Das System kann überschritten werden durch das
Drücken
und Freilassen des Motor-Überreiten-Knopfes
(Engine Override Button, ENG OVR) bei der aktiven Steuerstation 48.
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Wie in 9 gezeigt,
beinhaltet eine andere Version zum Implementieren des Verfahrens
zum Steuern des Motors die Implementierung einer neuen Software
in dem Regler. In diesem Verfahren werden kalibrierbare minimale
und maximale Schwellen bestimmt durch das Auswählen des Bereiches, in dem der
Motorbetrieb als unerwünscht
definiert wurde. Das Verfahren zum Aktivieren des Elements kann aus
dem Erzeugen eines digitalen Einganges basiert auf einem programmierbaren
Kalibrationsparameter bestehen, beispielsweise der Aktivierung einer
Eingabe eines Motor-Geschwindigkeitsbereich-Ausschlusses, was vorzugsweise als Teil
des elektronischen Steuermoduls 14 umfasst ist. Wenn das
Element aktiviert ist, wird der Motor durch die programmierte Schwelle
beschleunigt, falls die Motorgeschwindigkeit oder eine äquivalente
Geschwindigkeit basierend auf einer Abfrage des Drehmomentes die minimale
Schwelle überschreitet.
Die Motorgeschwindigkeit würde
oberhalb der oberen Schwelle verbleiben, bis die Anfrage nach Motorgeschwindigkeit
unter die untere Schwelle fällt.
Sobald die Anfrage nach Geschwindigkeit unter die untere Schwelle gefallen
ist, wird die Steuerung die Kraftstoffversorgung des Motors unterbinden,
bis sie wenigstens unterhalb die untere Schwelle der Motorgeschwindigkeit
gefallen ist. Selbstverständlich
ist vorzugsweise eine Hysterese implementiert, um wiederholtes Pendeln
zu vermeiden.
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Eine andere bevorzugte Methode würde eine kalibrierbare „PTO Input
Raw Counts To Set Speed"-Tabelle
erlauben. In diesem Verfahren wird eine Tabelle hinzugefügt, die
statt den Versatz und die Steigung der Leistungs-Abtriebsseite einzugeben,
die original-Zählung berücksichtigt
und zu einer Motorgeschwindigkeit in Bezug setzt. Dies würde eine
Flexibilität
der Bereiche, mehrfache Bereiche und sogar eine nicht-lineare Spline-Kurve erlauben. Der „PTO Input
Raw Counts" kann
jede Steuerung für Motorgeschwindigkeiten
in herkömmlich
bekannten elektronischen Steuermodulen sein.
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In 6 zeigt
ein Flussdiagramm ein Verfahren wie dasjenige, das mit Bezug zur 4 beschrieben wurde. Zusätzlich stellt 7 ein vereinfachtes Blockdiagramm
zum Implementieren eines Verfahrens-Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung
dar.
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Auf jeden Fall stellt die vorliegende
Erfindung eine Motorsteuerung zur Verfügung, die den Betrieb in Geschwindigkeitsbereichen
zwischen für
unerwünscht
geltenden ersten und zweiten Schwellen beschränkt. Die oberen und unteren
Grenzen der Schwellen, sowie die oberen und unteren Grenzen für jeden
Schalter, der im Betreiben des Systems verwendet werden kann, können wie
gewünscht
während
der Herstellung des Steuermoduls oder durch nachfolgendes Programmieren
in dem Gerät
gesetzt werden.