DE112008001715T5

DE112008001715T5 - Brennkraftmaschinensteuersystem für Baumaschine

Info

Publication number: DE112008001715T5
Application number: DE112008001715T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Tsuchiura-shi Okano; Hidetoshi Tsuchiura-shi Satake; Akihiro Tsuchiura-shi Narazaki
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: CN101688384B; KR20100057780A; KR101512207B1; US8321094B2; CN101688384A; WO2009005094A1; JP2009013632A; US20100332088A1; DE112008001715B4; JP5096813B2

Abstract

Brennkraftmaschinensteuersystem für eine Baumaschine, die versehen ist mit einer Brennkraftmaschine mit Turboaufladung, einem Elektromotor sowie einer Hydraulikpumpe, die durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden können, einem Hydraulikstellglied, das durch mit Druck beaufschlagtes Öl, das von der Hydraulikpumpe gefördert wird, betreibbar ist, einer Steuervorrichtung, um das Hydraulikstellglied zu steuern, und einem Kondensator, der dem Elektromotor elektrische Energie zuführen kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkraftmaschinensteuersystem versehen ist mit einem Lastbedingungs-Detektionsmittel, um eine Bedingung zu detektieren, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, einem Ladungsmengen-Detektionsmittel, das eine Ladungsmenge im Kondensator detektieren kann, einem Verstärkungsdrucksensor und einem Bestimmungsverarbeitungsmittel, um eine Verarbeitung auszuführen, um elektrische Energie vom Kondensator dem Elektromotor zuzuführen, falls dann, wenn durch das Lastbedingungs-Detektionsmittel gleichzeitig mit der Betätigung der Steuervorrichtung die Bedingung detektiert wird, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, für einen Verstärkungsdruck, der durch den Verstärkungsdrucksensor detektiert...

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Brennkraftmaschinensteuersystem für eine Baumaschine wie etwa einen Hydraulikbagger, das mit einem Elektromotor, der durch eine Maschine mit Turbolaufladung angetrieben werden kann, und mit einer Hydraulikpumpe versehen ist und das ein Abfallen (lag-down), das eine vorübergehende Abnahme der Brennkraftmaschinendrehzahl ist, unterdrücken kann.
Gebiet des technischen Hintergrunds
Herkömmlich entwickelt eine Baumaschine wie etwa ein Hydraulikbagger, der mit einer Brennkraftmaschine mit Turboaufladung versehen ist, im Allgemeinen ein so genanntes ”Abfall”-Phänomen, d. h. eine vorübergehende Abnahme der Brennkraftmaschinendrehzahl, wenn ein Hydraulikstellglied schnell betrieben wird und eine plötzliche Last an die Brennkraftmaschine angelegt wird. Dieses Phänomen tritt auf, weil dann, wenn die Brennkraftmaschine nicht unter Last steht, die Einspritzrate von Kraftstoff niedrig ist, die Menge der Abgase, die auf einen Turbolader einwirken, abnimmt, was einen niedrigen Verstärkungsdruck zur Folge hat, eine Antwortverzögerung beim Anstieg des Brennkraftmaschinendrehmoments auftritt und deshalb eine Hydrauliklast (ein durch eine Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment), die durch eine schnelle Betätigung hervorgerufen wird, ein Brennkraftmaschinendrehmoment übersteigt. Eine vorübergehende Abnahme des Brennkraftmaschinendrehmoments auf Grund eines solchen Abfalls zeigt sich als Änderung des Klangs der Brennkraftmaschine, so dass einer Bedienungsperson ein unangenehmes Gefühl vermittelt wird. Ferner führt die Verzögerung des Anstiegs der Brennkraftmaschinendrehzahl zu einer Abnahme der Förderrate der Hydraulikpumpe, was außerdem die Arbeitskapazität und die Steuerbarkeit nachteilig beeinflusst. Weiterhin erhöht ein Regler in Reaktion auf eine Verringerung der Brennkraftmaschinendrehzahl die Kraftstoffeinspritzrate in dem Versuch, die Brennkraftmaschinendrehzahl zu einer normalen Brennkraftmaschinendrehzahl zurückzuführen, was die Emission von schwarzem Rauch und eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch eine schnelle Einspritzung von Kraftstoff zur Folge hat.
Um mit dem Fortschritt zu Baumaschinen mit höherer Leistung in den letzten Jahren Schritt zu halten, wird Jahr für Jahr angestrebt, die maximale Durchflussmenge einer Hydraulikpumpe und die maximale Antriebskraft eines Hydraulikstellglieds zu erhöhen, weshalb die für eine Brennkraftmaschine geforderte Ausgangsleistung ebenfalls zu einer Zunahme strebt. In den letzten Jahren ist eine Zunahme der Ausgangsleistung in einer in einer Baumaschine montierten Brennkraftmaschine im Allgemeinen durch Erhöhen des Turboladerverstärkungsdrucks erzielt worden. Hingegen hat sich das Brennkraftmaschinendrehmoment bei einer Abnahme der Aufladung für Jahre kaum geändert, weil es vom Hubraum der Brennkraftmaschine abhängt. Als Folge davon hat sich das Brennkraftmaschinendrehmoment während einer Abnahme der Aufladung mehr und mehr von einer Zunahme der Brennkraftmaschinenausgangsleistung während der Aufladung entfernt, so dass die für einen Anstieg des Drehmoments erforderliche Zeit länger geworden ist. Folglich ist es bei der Hydrauliksteuerung zum Problem geworden, einen Abfall, der durch eine schnelle Betätigung wie oben erwähnt entsteht, zu verhindern.
Auf Grund des oben beschriebenen Problems ist es herkömmliche Praxis gewesen, eine Brennkraftmaschine mit einem ausreichenden nicht verstärkten Drehmoment zu wählen. Eine Brennkraftmaschine mit einem großen nicht verstärkten Drehmoment besitzt jedoch auf Grund der Zunahme des Hubraums oder dergleichen größere Abmessungen, wodurch Probleme hinsichtlich der Kosten, des Installationsraums oder dergleichen entstehen.
In dem Brennkraftmaschinensteuersystem, das in der Patentschrift 1 offenbart ist und für eine Tiefbau-Baumaschine nützlich ist, ist eine Verringerung des Abfalls daher durch Anordnen eines Mittels, das eine Schlepplast während des Nichtbetriebs anlegt, durch Erhöhen des Brennkraftmaschinendrehmoments in einem bestimmten Ausmaß, um im Voraus das durch Turboaufladung verstärkte Drehmoment zu erhöhen, und daher durch Verkürzen der Zeit, die erforderlich ist, bis ein Brennkraftmaschinendrehmoment ansteigt, erzielt worden.

Patentschrift 1: JP-A-1-224419

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
In der oben erwähnten herkömmlichen Technik, die in der Patentschrift 1 offenbart ist, wird jedoch die Energie, die für die Schlepplast verbraucht wird, die während des Nichtbetriebs angelegt wird, in keiner Weise für Arbeit verwendet. Die herkömmliche Technik besitzt daher die Probleme, dass die Kraftstoffwirtschaftlichkeit beeinträchtigt wird, der Energiewirkungsgrad verschlechtert wird und daher das Brennkraftmaschinensteuersystem dazu neigt, unwirtschaftlich zu werden.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben erwähnte tatsächliche Situation der herkömmlichen Technik gemacht worden, wobei es ihre Aufgabe ist, ein Brennkraftmaschinensteuersystem für eine Baumaschine zu schaffen, das einen Energieverbrauch, der für die Verringerung eines Brennkraftmaschinenabfalls erforderlich ist, der bei einem plötzlichen Anstieg der Last etwa bei einer schnellen Betätigung einer Steuervorrichtung auftritt, verringern kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Um diese Aufgabe zu lösen, ist die vorliegende Erfindung gekennzeichnet durch ein Brennkraftmaschinensteuersystem für eine Baumaschine, wobei das Brennkraftmaschinensteuersystem versehen ist mit einer Brennkraftmaschine mit Turboaufladung, einem Elektromotor sowie einer Hydraulikpumpe, die durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden können, einem Hydraulikstellglied, das durch mit Druck beaufschlagtes Öl betreibbar ist, das von der Hydraulikpumpe gefördert wird, einer Steuervorrichtung, um das Hydraulikstellglied zu steuern, und einem Kondensator, der dem Elektromotor elektrische Leistung zuführen kann, wobei das Brennkraftmaschinensteuersystem versehen ist mit einem Lastbedingungs-Detektionsmittel, um eine Bedingung zu detektieren, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, einem Ladungsmengen-Detektionsmittel, das eine Ladungsmenge im Kondensator detektieren kann, einem Verstärkungsdrucksensor und einem Bestimmungsverarbeitungsmittel, um eine Verarbeitung auszuführen, um elektrische Energie vom Kondensator dem Elektromotor zuzuführen, wenn in dem Fall, in dem in Verbindung mit der Betätigung der Steuervorrichtung durch das Lastbedingungs-Detektionsmittel die Bedingung detektiert wor den ist, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, für einen Verstärkungsdruck, der durch den Verstärkungsdrucksensor detektiert wird, bestimmt wird, dass er niedriger als ein vorgegebener Druck ist, und wenn darüber hinaus für eine durch das Ladungsmengen-Detektionsmittel detektierte Ladungsmenge bestimmt wird, dass sie eine Ladungsmenge ist, die den Elektromotor für eine vorgegebene Zeit antreiben kann.
Falls bei einer schnellen Betätigung oder dergleichen der Steuervorrichtung durch das Lastbedingungs-Detektionsmittel gleichzeitig mit der Detektion der Bedingung, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment als Folge der schnellen Betätigung oder dergleichen der Steuervorrichtung ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, in der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben konstruiert ist, für den Verstärkungsdruck, der durch den Verstärkungsdrucksensor detektiert wird, bestimmt wird, dass er niedriger als der vorgegebene Druck ist, und falls darüber hinaus für eine Ladungsmenge im Kondensator, die durch das Ladungsmengen-Detektionsmittel detektiert wird, bestimmt wird, dass sie eine Ladungsmenge ist, die den Elektromotor für eine vorgegebene Zeit antreiben kann, wird die Verarbeitung durch das Bestimmungsverarbeitungsmittel ausgeführt, um elektrische Energie vom Kondensator dem Elektromotor zuzuführen, so dass der Elektromotor für die vorgegebene Zeit angetrieben wird, um die Last auf die Brennkraftmaschine zu verringern. Als Folge davon kann die Anstiegszeit eines Brennkraftmaschinendrehmoments verkürzt werden, um einen Brennkraftmaschinen-Abfall zu verringern. Nach Verstreichen der vorgegebenen Zeit wird der Elektromotor durch die Brennkraftmaschine angetrieben, so dass eine Speicherung von Ladung im Kondensator erfolgt. Wie oben beschrieben, kann ein Brennkraftmaschinen-Abfall, der bei einer schnellen Betätigung oder dergleichen der Steuervorrichtung auftreten könnte, durch eine Entladung des Kondensators verringert werden. Nach dem Verstreichen der vorgegebenen Zeit wird ein Laden des Kondensators durch Antreiben des Elektromotors mit der Brennkraftmaschine ausgeführt, wobei zu einem Zeitpunkt, zu dem die erforderliche Ladungsmenge akkumuliert worden ist, das Laden durch den Elektromotor angehalten wird. Es ist daher möglich, den für die Verringerung des Brennkraftmaschinen-Abfalls erforderlichen Energieverbrauch zu senken.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Brennkraftmaschinen-Abfall, der bei einer schnellen Betätigung oder dergleichen der Steuervorrichtung auftritt, durch Rückgriff auf eine Entladung des Kondensators verringert. Es ist daher möglich, den Energieverbrauch, der für die Verringerung eines Brennkraftmaschinen-Abfalls erforderlich ist, zu senken. Die vorliegende Erfindung ist daher im Vergleich zu der herkömmlichen Technik wirtschaftlich vorteilhaft.
Beste Arten für die Ausführung der Erfindung
Nun werden anhand von Zeichnungen die besten Arten für die Ausführung des Brennkraftmaschinensteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung für die Baumaschine beschrieben.
Das Brennkraftmaschinensteuersystem gemäß dieser Ausführungsform ist in einer Baumaschine, beispielsweise einem Hydraulikbagger, anzuordnen und ist versehen mit einer Brennkraftmaschine 1 mit Turboaufladung, einem Elektromotor 2 und einer Hydraulikpumpe 3, die durch die Brennkraftmaschine 1 angetrieben werden können, einem Hydraulikstellglied 4 wie etwa einem Auslegerzylinder oder Armzylinder, das durch mit Druck beaufschlagtes Öl betreibbar ist, das von der Hydraulikpumpe 3 gefördert wird, einer Steuervorrichtung 5 zum Steuern des Hydraulikstellglieds 4 und einem Steuerventil 6 zum Steuern einer Strömung von mit Druck beaufschlagtem Öl, das von der Hydraulikpumpe 3 in Übereinstimmung mit einem Betätigungshub der Steuervorrichtung 5 dem Hydraulikstellglied 4 zuzuführen ist. Der oben erwähnte Elektromotor 2 wird außerdem als ein Stromgenerator verwendet.
Dieser Hydraulikbagger ist außerdem mit einem Kondensator 8 für die Speicherung von Ladung gleichzeitig mit dem Antreiben des Elektromotors 2 und mit einer Stromsteuereinheit 7 zum Steuern der Speicherung von Ladung im Kondensator 8 versehen.
Diese Ausführungsform, die an einem solchen Hydraulikbagger angeordnet ist, ist versehen mit einer Steuereinheit 9, um ein Signal vom Kondensator 8 zu empfangen, einem Betätigungshub-Detektor 10, um einen Betätigungshub der Steuervorrichtung 5 zu detektieren und um ein Detektionssignal an die Steuereinheit 9 aus zugeben, und mit einem Verstärkungsdrucksensor 11, der an der Brennkraftmaschine 1 als Zusatzeinrichtung angeordnet ist, um einen Verstärkungsdruck zu detektieren und um ein Detektionssignal an die Steuereinheit 9 auszugeben.
Die oben erwähnte Steuereinheit 9 enthält eine erste Recheneinheit 9a, eine zweite Recheneinheit 9b und eine Bestimmungsverarbeitungseinheit 9c. Die erste Recheneinheit 9a berechnet den Betätigungshub anhand des Detektionssignals von dem Betätigungshub-Detektor 10 und detektiert anhand seines Pegels eine Bedingung, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde. Die zweite Recheneinheit 9b berechnet eine Ladungsmenge im Kondensator 8 anhand eines vom Kondensator 8 ausgegebenen Signals.
Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 9c bestimmt, ob der in der ersten Recheneinheit 9a berechnete Betätigungshub bewirken würde, dass ein Drehmoment, das durch die Hydraulikpumpe absorbiert würde, das Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde oder nicht. Wenn die Bedingung bestimmt wird, dass das durch die Hydraulikpumpe zu absorbierende Drehmoment das Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 9c, ob der durch den Verstärkungsdrucksensor 11 detektierte Verstärkungsdruck niedriger ist als der vorgegebene Druck. Wenn bestimmt wird, dass er niedriger als der vorgegebene Druck ist, führt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 9c eine Verarbeitung aus, um zu bestimmen, ob die Ladungsmenge im Kondensator 8, die durch die zweite Recheneinheit 9b berechnet wird, eine Ladungsmenge ist, die den Elektromotor 2 für eine vorgegebene Zeit A antreiben kann. Wenn in der oben beschriebenen Verarbeitung bestimmt wird, dass die Ladungsmenge den Elektromotor 2 für die vorgegebene Zeit A antreiben kann, führt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 9c eine Verarbeitung aus, derart, dass an die Stromsteuereinheit 7 ein Befehlssignal ausgegeben wird, um eine Entladung des Kondensators 8 anzuweisen und um elektrische Energie vom Kondensator 8 dem Elektromotor 2 zuzuführen.
Der oben erwähnte Betätigungshub-Detektor 10 und die erste Recheneinheit 9a der Steuereinheit 9 bilden das Lastbedingungs-Detektionsmittel, um eine Bedingung, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, zu detektieren. Ferner bildet die oben erwähnte zweite Recheneinheit 9b der Steuereinheit 9 das Ladungsmengen-Detektionsmittel, um eine Ladungsmenge im Kondensator 8 zu detektieren. Ferner bildet das oben erwähnte Bestimmungsverarbeitungsmittel 9c des Prozessors 9 das Bestimmungsverarbeitungsmittel, um eine Verarbeitung zum Zuführen von im Kondensator 8 gespeicherter elektrischer Leistung zu dem Elektromotor 2 auszuführen, falls dann, wenn durch das Lastbedingungs-Detektionsmittel detektiert wird, dass die Steuervorrichtung 5 vollständig betätigt worden ist (maximaler Betätigungshub), für einen durch den Verstärkungsdrucksensor 11 detektierten Verstärkungsdruck bestimmt wird, dass er niedriger als der vorgegebene Druck ist, und falls darüber hinaus für die Ladungsmenge im Kondensator 8, die durch das Ladungsmengen-Detektionsmittel detektiert wird, bestimmt wird, dass sie eine Ladungsmenge ist, die den Elektromotor 2 für die vorgegebene Zeit A antreiben kann.
Wenn in dieser wie oben beschrieben konstruierten Ausführungsform die Steuervorrichtung 5 aus einer Neutralstellung in eine Maximalstellung (Vollausschlagstellung) betätigt wird, wie in 2(a) gezeigt ist, wird der Betätigungshub zu diesem Zeitpunkt durch den Betätigungshub-Detektor 10 detektiert, wobei sein Detektionssignal an die Steuereinheit 9 ausgegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt stimmen die Charakteristiken eines durch die Pumpe absorbierten Drehmoments im Wesentlichen mit jenen des in 2(b) gezeigten Betätigungshubs überein.
In der ersten Recheneinheit 9a der Steuereinheit 9 wird eine Berechnung ausgeführt, um anhand des von dem Betätigungshub-Detektor 10 ausgegebenen Signals einen Betätigungshub zu bestimmen. Während dieser Zeit wird in der zweiten Recheneinheit 9b der Steuereinheit 9 eine weitere Berechnung ausgeführt, um eine Ladungsmenge im Kondensator 8 anhand des vom Kondensator 8 ausgegebenen Signals zu bestimmen.
In der Bestimmungsverarbeitungseinheit 9c der Steuereinheit 9 erfolgt eine Bestimmung, ob der in der ersten Recheneinheit 9a berechnete Betätigungshub eine Last auf die Hydraulikpumpe (eine durch die Hydraulikpumpe zu absorbierende Last) in einem Ausmaß erhöhen würde, dass ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine überschritten wird. Nun wird angenommen, dass ein Überschreiten festgestellt wird. In diesem Fall erfolgt eine Bestimmung, ob der durch den Verstärkungsdrucksensor 11 detektierte Verstärkungsdruck niedriger ist als der vorgegebene Druck. Wie aus 2(g) hervorgeht, wird nun für den Verstärkungsdruck bestimmt, dass er niedriger als der vorgegebene Druck ist. In diesem Fall erfolgt die weitere Bestimmung, ob die Ladungsmenge im Kondensator 8, die durch die zweite Recheneinheit 9b berechnet wird, eine Ladungsmenge ist, die den Elektromotor 2 für die vorgegebene Zeit A antreiben kann.
Es wird angemerkt, dass die oben erwähnte vorgegebene Zeit A eine Antriebsdauer des Elektromotors 2 ist, für die angenommen wird, dass sie ein Brennkraftmaschinendrehmoment mit einer Anstiegszeit t bereitstellen kann, die einen Abfall der Brennkraftmaschine 1, der bei einer Betätigung der Steuervorrichtung 5 mit Vollausschlag auftreten würde, unterdrücken kann.
Ferner ist die Ladekapazität des Kondensators 8 auf eine Kapazität gesetzt, die den Elektromotor 2 für die vorgegebene Zeit A mit einem in 2(c) gezeigten Elektromotorausgang (Drehmoment) antreiben kann (was äquivalent zu dem Flächenanteil des schraffierten Teils in 2(c) ist).
Andererseits ist der Elektromotor 2 so dimensioniert, dass er ein Ausgangsdrehmoment mit einer Größe hat, die einem Differenzdrehmoment zwischen dem Drehmoment mit maximaler Verstärkung und dem Drehmoment ohne Verstärkung der Brennkraftmaschine 1 entspricht.
Nun wird angenommen, wie in 2(e) gezeigt ist, dass für die Ladungsmenge im Kondensator 8 bestimmt worden ist, dass sie nahe bei 100% liegt und eine Ladungsmenge ist, die den Elektromotor 2 für die vorgegebene Zeit A antreiben kann.
Zu diesem Zeitpunkt wird von der Steuereinheit 9 ein Befehlssignal, insbesondere ein Steuerstrom, der in 2(h) gezeigt ist, an die Stromsteuereinheit 7 ausgegeben, um eine Befehlsverarbeitung auszuführen, derart, dass die elektrische Energie, die den Elektromotor 2 für die vorgegebene Zeit A antreiben kann, vom Kondensator 8 entladen wird.
Im Ergebnis wird der Kondensator 8 entladen, ferner wird der Elektromotor 2 durch die resultierende elektrische Energie während der vorgegebenen Zeit A angetrieben, wie in 2(c) gezeigt ist. Auf Grund dieses Antreibens des Elektromotors 2 für die vorgegebene Zeit A wird die auf die Brennkraftmaschine 1 wirkende Last verringert, wobei während dieser Zeitdauer der Verstärkungsdruck wie in 2(g) gezeigt ansteigt. Gleichzeitig kommt zu dem Brennkraftmaschinendreh moment ein Antriebsdrehmoment durch den Elektromotor, das in 2(c) gezeigt ist und einen Betrag hat, der durch die Schraffur in 2(f) angegeben ist, hinzu, so dass die Anstiegszeit t des Brennkraftmaschinendrehmoments kürzer wird als eine herkömmliche allgemeine Anstiegszeit T. Die Anstiegszeit t des Brennkraftmaschinendrehmoments zu diesem Zeitpunkt ist eine Zeit, die nahe bei der Anstiegszeit des durch die Pumpe absorbierten Drehmoments wie in 2(b) gezeigt liegt.
Nach Verstreichen der vorgegebenen Zeit A, beispielsweise zum Zeitpunkt des Endes der Betätigung der Steuervorrichtung 5, wirkt der Elektromotor 2 als ein elektrischer Generator wie in 2(d) gezeigt, wobei, wie in 2(e) veranschaulicht, seine elektrische Energie im Kondensator 8 über die Stromsteuereinheit 7 gespeichert wird. Es wird angemerkt, dass zum Zeitpunkt des Abschlusses der Betätigung der Steuervorrichtung 5 (einschließlich eines Rückkehrintervalls aus der Vollausschlag-Betätigungsstellung in die Neutralstellung) die Last auf die Hydraulikpumpe (die durch die Hydraulikpumpe zu absorbierende Last) in einem Zustand der Abnahme von ihrem maximalen Pegel ist.
Es wird angemerkt, dass dann, wenn für den in der ersten Recheneinheit 9a berechneten Betätigungshub nicht bestimmt wird, dass ein durch die Hydraulikpumpe absorbiertes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, die Bestimmungsverarbeitungseinheit 9c die Verarbeitung des Antreibens des Elektromotors 2 während der vorgegebenen Zeit A nicht ausführt, weil die Möglichkeit der Entwicklung eines Abfalls der Brennkraftmaschine 1 gering ist. Wenn für den durch den Verstärkungsdruckdetektor 11 detektierten Verstärkungsdruck nicht bestimmt wird, dass er niedriger als der vorgegebene Druck ist, sondern wenn bestimmt wird, dass er ein ausreichend hoher Druck ist, führt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 9c die Verarbeitung des Antreibens des Elektromotors 2 während der vorgegebenen Zeit A nicht aus, weil ebenfalls die Möglichkeit der Entwicklung eines Abfalls der Brennkraftmaschine 1 gering ist.
Gemäß dieser Ausführungsform, die wie oben beschrieben konstruiert ist, wird bei einer Betätigung der Steuervorrichtung 5 mit Vollausschlag der Kondensator 8 entladen, um den Elektromotor 2 anzutreiben, so dass eine auf die Brennkraftmaschine 1 ausgeübte Last verringert wird, um die Anstiegszeit t eines Brennkraftmaschinendrehmoments in die Nähe einer Anstiegszeit eines Drehmoments, das durch die Pumpe zu absorbieren ist, zu verkürzen, wie oben erwähnt worden ist.
Es ist daher möglich, den Abfall der Brennkraftmaschine 1, der zum Zeitpunkt einer solchen Betätigung der Steuervorrichtung 5 mit Vollaussschlag auftreten könnte, zu verringern. Weiterhin wird nach Verstreichen der vorgegebenen Zeit A der Elektromotor 2 durch die Brennkraftmaschine 1 angetrieben, um ein Laden des Kondensators 8 auszuführen, so dass der Kondensator 8 für die Zeit einer späteren Betätigung mit Vollausschlag bereit gemacht werden kann. Es ist daher möglich, den Energieverbrauch zu senken, der erforderlich ist, um einen Abfall der Brennkraftmaschine 1 zu verringern, der als Folge der Absorption eines Drehmoments durch die Hydraulikpumpe, das größer als ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine ist, auf Grund einer Betätigung der Steuervorrichtung 5 mit Vollausschlag hervorgerufen wird, wodurch eine ausgezeichnete Wirtschaftlichkeit erzielt werden kann.
Da der oben erwähnte Kondensator 8 ein gutes Ansprechverhalten hat, kann er sofort entladen werden, wenn der Elektromotor 2 für die vorgegebene Zeit A angetrieben wird. Es ist daher möglich, den Elektromotor 2 mit gutem Ansprechverhalten zu steuern, so dass es möglich ist, eine gleichmäßige Steuerung auszuführen, um einen Abfall zu verhindern. Es genügt, die elektrische Energie dem Elektromotor 2 nur so lange zuzuführen, bis ein Verstärkungsdruck ansteigt, weshalb eine geringe Speicherkapazität den Bedarf erfüllen kann (elektrische Energie, die dem schraffierten Bereich in 2(c) entspricht). Da eine vorgegebene kleine Kapazität als Speicherkapazität ausreicht, lässt der Kondensator 8 eine bessere Größenverringerung als eine Batterie zu. Gemäß dieser Ausführungsform, die mit dem Kondensator 8 ausgerüstet ist, erfordert das Brennkraftmaschinensteuersystem im Vergleich zu einem System, das mit einer Batterie als Speichervorrichtung ausgerüstet ist, einen kleineren Installationsraum für seine Montage im Hydraulikbagger weshalb es eine ausgezeichnete praktische Nutzbarkeit hat.
Für das Lastbedingungs-Detektionsmittel zum Detektieren einer Bedingung, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, wird in dieser Ausführungsform ein Mittel zum Detektieren eines Betätigungshubs der Steuervorrichtung verwendet. Das Lastbedingungs-Detektionsmittel ist jedoch nicht auf einen solchen Detektor eingeschränkt, stattdessen kann ein durch die Hydraulikpumpe absorbiertes Drehmoment detektiert werden. Beispielsweise ist es möglich, einen Förderdruck der Hydraulikpumpe durch einen Drucksensor zu detektieren und ein durch die Hydraulikpumpe absorbiertes Drehmoment anhand des Drucks und ei nes Taumelwinkels der Hydraulikpumpe zu bestimmen. Falls die Hydraulikpumpe eine Pumpe mit variabler Verdrängung ist, kann ein durch die Hydraulikpumpe absorbiertes Drehmoment anhand eines Förderdrucks der Pumpe und eines Steuerdrucks, der den Taumelwinkel der Pumpe mit variabler Verdrängung steuert, bestimmt werden. Ein solches Lastbedingungs-Detektionsmittel kann als ein Lastdetektionsmittel verwendet werden. In diesem Fall kann die Detektion durch dieses Lastdetektionsmittel einer Bedingung, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, anhand der Größe einer Änderungsrate des durch die Hydraulikpumpe absorbierten Drehmoments ausgeführt werden und in die Praxis umgesetzt werden, indem ihre Größe im Voraus durch ein Experiment oder dergleichen bestimmt wird.
Die oben beschriebene Bedingung kann auch anhand einer Differenz zwischen einem durch die Hydraulikpumpe absorbierten Drehmoment und einem Brennkraftmaschinendrehmoment detektiert werden. In diesem Fall kann eine Beziehung zwischen den Verstärkungsdrücken, die durch den Verstärkungsdrucksensor detektiert werden, und Brennkraftmaschinenausgangsdrehmomenten, die anhand der Verstärkungsdrücke bestimmt werden, in Form einer Nachschlagtabelle im Voraus bereitgestellt werden. Aus einem Verstärkungsdruck, der durch den Verstärkungsdrucksensor detektiert wird, kann ein Brennkraftmaschinenausgangsdrehmoment bestimmt werden. Die oben beschriebene Bedingung kann dann aus einer Differenz zwischen dem Brennkraftmaschinenausgangsdrehmoment und einem Drehmoment, das durch die Hydraulikpumpe absorbiert wird und wie oben beschrieben bestimmt wird, detektiert werden.
Die Steuerung des Elektromotors durch das Bestimmungsverarbeitungsmittel kann auch anhand einer bekannten Drehzahlabfühlsteuerung ausgeführt werden. Genauer kann, wenn gewünscht ist, ein Drehmoment, das durch die Hydraulikpumpe absorbiert werden soll (der Taumelwinkel der Hydraulikpumpe), durch eine Abweichung einer Ist-Brennkraftmaschinendrehzahl von einer Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl, die durch eine Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl-Setzeinrichtung gesetzt wird, zu steuern, der Entwurf derart sein, dass die Brennkraftmaschine unterstützt wird, indem ein Anteil des Drehmoments, das in Übereinstimmung mit der Abweichung abgenommen hat und andernfalls durch die Hydraulikpumpe absorbiert wird, als ein Ausgangsdrehmoment durch den Elektromotor verwendet wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1: ein Schaltungsdiagramm, das eine Ausführungsform eines Brennkraftmaschinensteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Baumaschine zeigt.
2: ein Diagramm, das Charakteristiken zeigt, die mit dieser Ausführungsform erzielbar sind.

1: Brennkraftmaschine
2: Elektromotor
3: Hydraulikpumpe
4: Hydraulikstellglied
5: Steuervorrichtung
6: Steuerventil
7: Stromsteuereinheit
8: Kondensator
9: Steuereinheit
9a: 1. Recheneinheit (Lastbedingungs-Detektionsmittel)
9b: 2. Recheneinheit (Ladungsmengen-Detektionsmittel)
9c: Bestimmungsverarbeitungseinheit (Bestimmungsverarbeitungsmittel)
10: Betätigungshub-Detektor (Schnellbetätigungs-Detektionsmittel)
11: Verstärkungsdrucksensor

Zusammenfassung
[Problem]
Es soll ein Brennkraftmaschinensteuersystem für eine Baumaschine geschaffen werden, das einen Verbrauch an Energie senken kann, die erforderlich ist, um einen Brennkraftmaschinen-Abfall zu verringern, der bei einer plötzlichen Lastzunahme, etwa bei einer schnellen Betätigung einer Steuervorrichtung, auftritt.
[Lösung]
Das Brennkraftmaschinensteuersystem ist versehen mit einem Lastdetektionsmittel, einem Ladungsmengendetektionsmittel, einem Verstärkungsdrucksensor 10 und einem Bestimmungsverarbeitungsmittel. Das Ladungsbedingungs-Detektionsmittel enthält einen Betätigungshub-Detektor 10, um zu detektieren, dass eine Steuervorrichtung 5 mit Vollausschlag betätigt worden ist, und außerdem eine erste Recheneinheit 9a einer Steuereinheit 9. Das Ladungsmengen-Detektionsmittel kann eine Ladungsmenge in einem Kondensator 8 detektieren. Das Bestimmungsverarbeitungsmittel ist aus einer Bestimmungsverarbeitungseinheit 9c der Steuereinheit 9 gebildet. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 9c führt eine Verarbeitung aus, um einem Elektromotor 2 elektrische Energie vom Kondensator 8 zuzuführen, falls dann, wenn gleichzeitig mit der Betätigung der Steuervorrichtung 5 durch das Lastbedingungs-Detektionsmittel detektiert worden ist, dass ein durch eine Pumpe 3 zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment einer Brennkraftmaschine 1 übersteigen würde, für einen durch den Verstärkungsdrucksensor 10 detektierten Verstärkungsdruck bestimmt wird, dass er niedriger als ein vorgegebener Druck ist, und falls darüber hinaus für eine Ladungsmenge im Kondensator 8, die durch das Ladungsmengen-Detektionsmittel detektiert wird, bestimmt wird, dass sie eine Ladungsmenge ist, die den Elektromotor 2 für eine vorgegebene Zeit A antreiben kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 1-224419 A [0005]

Claims

Brennkraftmaschinensteuersystem für eine Baumaschine, die versehen ist mit einer Brennkraftmaschine mit Turboaufladung, einem Elektromotor sowie einer Hydraulikpumpe, die durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden können, einem Hydraulikstellglied, das durch mit Druck beaufschlagtes Öl, das von der Hydraulikpumpe gefördert wird, betreibbar ist, einer Steuervorrichtung, um das Hydraulikstellglied zu steuern, und einem Kondensator, der dem Elektromotor elektrische Energie zuführen kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkraftmaschinensteuersystem versehen ist mit einem Lastbedingungs-Detektionsmittel, um eine Bedingung zu detektieren, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, einem Ladungsmengen-Detektionsmittel, das eine Ladungsmenge im Kondensator detektieren kann, einem Verstärkungsdrucksensor und einem Bestimmungsverarbeitungsmittel, um eine Verarbeitung auszuführen, um elektrische Energie vom Kondensator dem Elektromotor zuzuführen, falls dann, wenn durch das Lastbedingungs-Detektionsmittel gleichzeitig mit der Betätigung der Steuervorrichtung die Bedingung detektiert wird, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde, für einen Verstärkungsdruck, der durch den Verstärkungsdrucksensor detektiert wird, bestimmt wird, dass er niedriger als ein vorgegebener Druck ist, und falls darüber hinaus für eine Ladungsmenge im Kondensator, die durch das Ladungsmengen-Detektionsmittel detektiert wird, bestimmt wird, dass sie eine Ladungsmenge ist, die den Elektromotor für eine vorgegebene Zeit antreiben kann.
Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Brennkraftmaschinensteuersystem versehen ist mit einem Betätigungshub-Detektionsmittel, um einen Betätigungshub der Steuervorrichtung zu detektieren, und wobei das Lastbedingungs-Detektionsmittel anhand eines maximalen Betätigungshubs der Steuervorrichtung, der durch das Betätigungshub-Detektionsmittel detektiert wird, die Bedingung detektiert, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde.
Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Brennkraftmaschinensteuersystem mit einem Lastdetektionsmittel versehen ist, um ein durch die Hydraulikpumpe absorbiertes Drehmoment zu detektieren, wobei das Lastbedingungs-Detektionsmittel anhand einer Änderungsrate des durch die Hydraulikpumpe absorbierten Drehmoments, das durch das Lastdetektionsmittel detektiert wird, die Bedingung detektiert, dass ein durch die Hydraulikpumpe zu absorbierendes Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine übersteigen würde.
Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Brennkraftmaschinensteuersystem versehen ist mit einem Mittel zum Erzeugen elektrischer Leistung, wobei dann, wenn für eine Ladungsmenge im Kondensator, die durch das Ladungsmengen-Detektionsmittel detektiert wird, bestimmt wird, dass sie geringer ist als die Ladungsmenge, die den Elektromotor für die vorgegebene Zeit antreiben kann, das Bestimmungsverarbeitungsmittel bei Detektion einer Betätigung der Steuervorrichtung in einer Richtung, in der das durch die Hydraulikpumpe zu absorbierende Drehmoment sinkt, durch das Betätigungshub-Detektionsmittel oder bei Detektion einer Abnahme des durch die Hydraulikpumpe absorbierten Drehmoments durch das Lastdetektionsmittel eine Steuerung in der Weise ausführt, dass die durch das Mittel zum Erzeugen elektrischer Leistung erzeugte elektrische Energie in den Kondensator geladen wird.
Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei der Kondensator auf eine Kapazität dimensioniert worden ist, die ausreicht, um das Antreiben des Elektromotors für die vorgegebene Zeit abzudecken, wodurch ein gleichzeitig mit der Betätigung der Steuervorrichtung durch die Hydraulikpumpe absorbiertes Drehmoment, das höher ist als ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine, kompensiert wird.
Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 5, wobei der Elektromotor ein Ausgangsdrehmoment hat, das einem Differenzdrehmoment zwischen einem Drehmoment mit maximaler Verstärkung und einem Drehmoment ohne Verstärkung der Brennkraftmaschine entspricht.