DE3750677T2

DE3750677T2 - Vorrichtung zur Steuerung einer hydraulischen Pumpe.

Info

Publication number: DE3750677T2
Application number: DE3750677T
Authority: DE
Inventors: Yoshida Katsumi; Nakamura Kentaro; Saigo Takaichi; Kamide Takao
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1986-08-15
Filing date: 1987-08-15
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2007-08-16
Also published as: US4904161A; DE3780292D1; EP0457365A3; DE3780292T2; WO1988001349A1; EP0277253A4; EP0457365B1; EP0277253B1; EP0277253A1; EP0457365A2; DE3750677D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer variablen hydraulischen Verdrängungspumpe, die von einem Motor antreibbar ist.
Baumaschinen, wie zum Beispiel ein Löffelbagger oder dergleichen, sind mit einer variablen hydraulischen Verdrängungspumpe versehen, die von einem Motor antreibbar ist.
Eine bekannte Vorrichtung zum Steuern einer variablen hydraulischen Verdrängungspumpe funktioniert derart, daß sie den Neigungswinkel einer Taumelscheibe in der Pumpe derart in geeigneter Weise steuert, daß sichergestellt ist, daß das Ausgangsdrehmoment des Motors dem von der Pumpe absorbierten Absorptionsdrehmoment zu jeder Zeit entspricht, um das Motorausgangsdrehmoment wirksam zu nutzen.
Es ist jedoch ein Nachteil der bekannten Vorrichtung, daß eine Verbesserung, welche die Kraftstoffverbrauchskennlinie des Motors und den Wirkungsgrad der Pumpe betrifft, nicht zu erwarten ist, da die Vorrichtung nur zur Steuerung der variablen hydraulischen Verdrängungspumpe vorgesehen ist.
Andererseits wurde bereits durch die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 204987/1985 (JP-A-60204987; EP-A-0 156 393) eine Vorrichtung zum Verändern des von einer variablen hydraulischen Verdrängungspumpe absorbierten Absorptionsdrehmoments in Abhängigkeit von einem bestimmten Betriebszustand (Betrieb unter hoher Last, Betrieb unter geringer Last und dergleichen) vorgeschlagen.
Die letztgenannte herkömmliche Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß sie im Hinblick auf einen solchen Zustand nur ein Problem, nämlich die Überhitzung des Motors, betrifft. Eine denkbare Gegenmaßnahme bei einer Überhitzung des Motors ist die Reduzierung der Motorausgangsleistung und der Motordrehzahl. Wird jedoch diese Gegenmaßnahme ergriffen, bei der die von der Pumpe absorbierte Absorptionsleistung, die eine auf den Motor direkt aufgebrachte Last ist, nicht verändert wird, dauert es nicht nur lange, bis aus dem überhitzungszustand ein Normalbetriebszustand wie herhergestellt ist, wodurch ein zufriedenstellender Betrieb nicht erreichbar ist, sondern es wird auch die Laufzeit des Motors verringert.
Ferner erkennen die herkömmlichen Vorrichtungen den Hydrauliköldruck mittels einer Druckdetektoreinrichtung, um den Neigungswinkel einer Taumelscheibe in der Pumpe zu steuern, wobei jedoch die Schwierigkeit auftritt, daß der Betrieb des Motors unterbrochen wird oder ein Motorausgangsdrehmoment nicht auf die Pumpe übertragen wird, wenn eine Störung bezüglich der Druckdetektoreinrichtung auftritt, weil sie die genannte Störung nicht vollständig bewältigen können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Steuern von Hydrauliköl zu schaffen, die gewährleistet, daß ein normaler Betriebszustand des Motors wiederhergestellt werden kann, wenn der Motor übermäßig heiß ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zum Steuern einer variablen hydraulischen Verdrängungspumpe eine Einrichtung zum Ermitteln der Drehzahl des Motors, eine Einrichtung zum Ermitteln des Drucks des von der Pumpe geförderten Hydrauliköls, eine Einrichtung zum Ermitteln, daß der Motor überhitzt ist, eine Einrichtung zum Angeben mehrerer Betriebsarten entsprechend einer Intensität der Last, eine Einrichtung zum Einstellen mehrerer Pumpen-Absorptionsleistungskennlinien entsprechend den Betriebsarten und zum Einstellen einer Pumpen-Absorptionsleistungskennlinie für einen Betriebsmodus für eine geringe Lastintensität anstelle der bestehenden Pumpen-Absorptionsleistungskennlinie, die für den Fall eingestellt wird, daß eine übermäßige Erhitzung des Motors ermittelt wird, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Neigungswinkelbefehls für eine Taumelscheibe in der Pumpe, um eine Absorptionsleistung zu erzielen, die der eingestellten Absorptionsleistungskennlinie in bezug auf die eingestellte Absorptionsleistungskennlinie, der Drehzahl des Motors und dem Druck des von der Pumpe geförderten Hydrauliköls entspricht, eine Einrichtung zum Verringern der Drehzahl des Motors auf eine vorbestimmte Drehzahl, wenn ermittelt wird, daß der Motor überhitzt ist, und eine Einrichtung zum Steuern der Taumelscheibe, um zu ermöglichen, daß der Neigungswinkel der Taumelscheibe in der Pumpe eine Größe annimmt, die dem Taumelscheibenneigungswinkelbefehl entspricht, auf.
Die Vorrichtung zur Steuerung einer variablen hydraulischen Verdrängungspumpe weist eine Einrichtung auf, die eine Pumpen- Absorptionsdrehmomentkennlinie derart steuert, daß das von der Pumpe absorbierte Absorptionsdrehmoment geringer als das Ausgangsdrehmoment des Motors ist, und eine Einrichtung, die den Neigungswinkel einer Taumelscheibe in der Pumpe derart steuert, daß das von der Pumpe absorbierte Absorptionsdrehmoment einen Wert aufweist, der der Pumpen-Absorptionsdrehmomentkennlinie entspricht, wenn die Einrichtung zum Ermitteln des Drucks des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls einen abnormalen Zustand annimmt.
Die Vorrichtung zur Steuerung einer hydraulischen Pumpe gewährleistet, daß die Pumpe selbst zu einem Zeitpunkt betreibbar ist, zu dem die Einrichtung zum Ermitteln des Drucks des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls eine abnormale Funktion aufweist.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung einer Hydraulikpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm der Arbeitsschritte einer Steuerung,
Fig. 3 ist eine Graphik einer Funktion der Vorrichtung von Fig. 1,
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Proportionalmagnetspule zur Betätigung eines Kraftstoffsteuerhebels, Fig. 5 ist eine Graphik, die Beispiele für Pumpen-Absorptionsdrehmomentkennlinien darstellt, welche der Größe einer zu verrichtenden Arbeit entsprechen; Fig. 6 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Neigungswinkel einer Taumelscheibe und der Drehmomenteffizienz, Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Motordrehzahl und den Kraftstoffverbrauchskosten, Fig. 8 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung einer Hydraulikpumpe gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 9 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Steuerung nach Fig. 8, Fig. 10 ist eine graphische Darstellung einer Leistungskennlinie eines Motors, Fig. 11 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen Drehmomentkennlinie eines Motors und einem Absorptionsdrehmoment einer Hydraulikpumpe, Fig. 12 ist eine graphische Darstellung der Ausgangskennlinie eines Funktionsgenerators, Fig. 13 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung einer Hydraulikpumpe gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 14 ist ein Ablaufdiagramm der Arbeitsschritte der Steuerung von Fig. 13, Fign. 15 und 16 sind jeweils graphische Darstellungen des Verhältnisses zwischen der von einem Motor erzeugten Leistung und der von einer Hydraulikpumpe absorbierten Leistung, Fig. 17 ist ein Ablaufdiagramm der Verarbeitungsschritte einer Steuerung, wenn ein Drucksensor abnormale Funktion aufweist, Fign. 18 und 19 sind jeweils graphische Darstellungen des Verhältnisses zwischen Nenndrehmoment eines Motors und einer Absorptionsdrehmomentkennlinie einer Hydraulikpumpe, die bei einer abnormalen Funktion eines Drucksensors anwendbar sind, und Fig. 20 ist eine graphische Darstellung der Größe des Absorptionsdrehmoments bei Anwendung der Pumpen-Absorptionsdrehmomentkennlinie von Fig. 19.
Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen in bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, die bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben darstellen.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, weist eine Hydraulikpumpe einen Vorteil bezüglich der Drehmomenteffizienz auf, wenn sie mit großen Neigungswinkel der Taumelscheibe betrieben wird. Ferner hat die Hydraulikpumpe einen Vorteil in bezug auf die Verringerung der Kraftstoffverbrauchskosten, wenn der Motor mit einer auf ein bestimmtes Maß reduzierten Drehzahl betrieben wird, wie in Fig. 7 dargestellt.
In Fig. 1, die schematisch eine Vorrichtung zur Steuerung einer variablen hydraulischen Verdrängungspumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, entsteht das folgende Verhältnis, wenn ein von der durch den Motor 1 getriebenen variablen hydraulischen Verdrängungspumpe 2 absorbiertes Absorptionsdrehmoment durch WP wiedergegeben ist.
WP =K&sub1;·P·Q
= K&sub2; P · N · V . . . (1)
wobei P der Druck des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls ist; (kg/cm²)
Q die Strömungsrate des von der Pumpe gelieferten Hydraulik Öls ist; (Liter/min)
N die Motordrehzahl ist; (U/min)
V die Strömungsrate des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls pro Umdrehung der Pumpe ist; (Kubikmenge/U)
K&sub1;, K&sub2; Konstanten sind.
Wie sich aus der obigen Gleichung (1) ergibt, wird Q (N·V) durch N und V bestimmt, und jeder dieser Parameter kann verschiedene Werte aufweisen. Um einen gleichbleibenden Wert von Q zu erhalten, genügt es, den Wert von N zu verringern und den Wert von V entsprechend zu erhöhen. So kann zum Beispiel durch die geeignete Steuerung eines Werts von Q in bezug zu einem beliebigen Wert von P die von der Pumpe 2 absorbierte Absorptionsleistung WP derart gesteuert werden, daß sie konstant bleibt.
Ein Pumpenabsorptionsdrehmoment TP-W, das erforderlich ist, um die von der Pumpe 2 absorbierte Absorptionsleistung WP konstant zu halten, ist durch die folgende Gleichung angegeben.
TP-W = K&sub3;· W/N = f (N) . . . (2) N
wobei W die von der Pumpe zu verrichtende konstante Arbeit ist;
K&sub3; eine Konstante ist.
Ferner ist zum Erhalten des Absorptionsdrehmoments TP-W die Strömungsrate V des von der Pumpe 2 gelieferten Hydrauliköls pro Umdrehung der Pumpe 2 durch die folgende Gleichung wiedergegeben.
V=TP-W/K&sub4;·P=f(N)/K&sub4;·P . . . . (3)
wobei K&sub4; eine Konstante ist.
Vorausgesetzt, daß die von der Pumpe absorbierte Absorptionsleistung WP auf einem konstanten Wert von W gehalten wird, kann die Drehmomenteffizienz der Pumpe somit gesteigert und die Kraftstoffverbrauchskosten des Motors 1 können gesenkt werden, wenn der Motor derart gesteuert wird, daß N aufgrund der Annahme reduziert wird, daß das von der Pumpe absorbierte Absorptionsdrehmoment TP-W eine monoton abnehmende Funktion A (hyperbolische Funktion) unter Verwendung der Motordrehzahl N als Variable, wie in Fig. 3 dargestellt, ist und daß V eine durch Teilen von f (N) durch P erhaltene Funktion ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß aufgrund des Maximalwerts Vmax von V, der in einem Nennzustand der Pumpe 2 eingestellt ist, N nicht beliebig reduzierbar ist. Es ergibt sich ferner aus der Gleichung (2), daß aufgrund der Zunahme des Absorptionsdrehmoments TP-W bei einer Verringerung von N, die Gefahr besteht, daß das Absorptionsdrehmoment TP-W ein in Fig. 3 dargestelltes Nenn-drehmoment B in Abhängigkeit von der Verringerung von N übersteigt. Daher kann N in Anbetracht der vorgenannten Tatsachen nicht beliebig verringert werden. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann die Motordrehzahl nicht unter NL verringert werden, da das von der Pumpe absorbierte Absorptionsdrehmoment TP-W das Nenndrehmoment des Motors übersteigt, wenn Motordrehzahl unter NL gesenkt wird.
Bei einem im folgenden zu beschreibenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden, unter Berücksichtigung der genannten Tatsachen, eine verbesserte Pumpeneffizienz und eine Verbesserung bezüglich der Kraftstoffverbrauchskosten erzielt.
Das genannte Nenndrehmoment B wird mittels eines Fliehkraftreglers 10 eingestellt. Von der Pumpe 2 geliefertes druckbeaufschlagtes wird einem hydraulischen Betätiger (Hydraulikmotor, Hydraulikzylinder etc.) zugeführt, der in einer nicht dargestellten Baumaschine verwendbar ist.
Gemäß der Darstellung von Fig. 1 wird ein Signal, das dem Grad der Betätigung eines Beschleunigungshebels 4 entspricht, von einem Beschleunigungssensor 3 ausgegeben, ein die aktuelle Drehzahl N des Motors 1 angebendes Signal wird von einem Motordrehungssensor 5 ausgegeben und ein den Druck P des von der Pumpe 2 gelieferten Hydrauliköls angebendes Signal wird von einem Drucksensor 6 ausgegeben. Jedes der von diesen Sensoren ausgegebenen Ausgangssignale wird einer Steuerung 7 eingegeben.
Das von dem Beschleunigungssensor 3 ausgegebene Signal wird in der Steuerung 7 einer Verstärkung oder einer ähnlichen Verarbeitung unterzogen und anschließend als Signal, welches die Zieldrehzahl Nr des Motors angibt, in eine noch zu beschreibende Proportionalmagnetspule 9 eingegeben.
Der Betätiger 8 zum Treiben der Taumelscheibe besteht zum Beispiel aus einem Servo-Ventil, einem Hydraulikzylinder und anderen Teilen, die jeweils nicht dargestellt sind, und eine Taumelscheibe 2a in der Pumpe 2 wird von dem Betätiger 8 betätigt.
Eine Pumpen-Absorptionsdrehmomentkennlinie A und die Motordrehzahl NL, die jeweils in Fig. 3 dargestellt sind, wurden zuvor in einem Speicher 12 gespeichert.
Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die Proportionalmagnetspule 9 als Betätiger zur Betätigung eines Kraftstoffsteuerhebels 11 am Fliehkraftregler 10 vorgesehen, und die eingespritzte Kraftstoffmenge variiert in Abhängigkeit von der Verschiebung des Hebels 11 unter Einwirkung der Betätigungskraft der Proportionalmagnetspule 9.
Jede von mehreren in Fig. 3 dargestellten Regelungslinien l&sub1;, l&sub2; etc. ist in Abhängigkeit von einer Größe der Ziel-Motordrehzahl Nr eingestellt, zum Beispiel ist die Regelungslinie für den Fall, daß der Beschleunigungshebel 4 in der Vollgasposition steht, mit l&sub1; bezeichnet.
Angenommen, der Beschleunigungshebel 4 ist in die Vollgasposition bewegt und die variable hydraulische Verdrängungspumpe 2 verrichtet eine Arbeit W, so gibt ein an einer Schnittstelle P&sub1;, an der die Regulierungslinie l&sub1; die Pumpen-Absorptionsdrehmomentkennlinie A schneidet, entwickeltes Drehmoment ein passendes Drehmoment für den Motor 1 und die Pumpe 2 wieder und die zu diesem Zeitpunkt gemessene Motordrehzahl ist mit N&sub1; bezeichnet.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird die Motordrehzahl aus dem Zustand, in dem der Beschleunigungshebel 4 in der Vollgasposition steht, abgesenkt. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Fig. 2, in der mehrere Verarbeitungsschritte der Steuerung 7 dargestellt sind, im einzelnen beschrieben.
In der Steuerung 7 werden zunächst die Motordrehzahl N und der Druck P des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls in Beantwortung eines Ausgangssignals des Motordrehungssensors 5 und des Drucksensors 6 (Schritt 100) ermittelt und sodann wird das Pumpenabsorptionsdrehmoment TP-W, das in Gleichung 2 angegeben ist und der ermittelten Motordrehzahl N entspricht, in bezug zur ermittelten Motordrehzahl N aus dem Speicher 12 ausgelesen (Schritt 101).
Anschließend wird eine mathematische Operation gemäß der Gleichung (3) für das ausgelesene Absorptionsdrehmoment TP-W, und den während des Schritts 100 ermittelten Druck P des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls durchgeführt (Schritt 102) und so eine Strömungsrate V des von der Pumpe 2 gelieferten Hydrauliköls pro Umdrehung derselben erhalten. Da V und der Neigungswinkel der Taumelscheibe ein entsprechendes Verhältnis von 1 : 1 zueinander aufweisen, ergibt sich, daß die mathematische Operation des Schritts 102 dazu dient, den Neigungswinkel der Taumelscheibe zu erhalten.
Danach wird ein Steuerbefehl bezüglich des zum Erzielen der während des Schritts 102 ermittelten Strömungsrate V des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls erforderlichen Neigungswinkels vorbereitet und dem Betätiger 8 zum Treiben der Taumelscheibe (Schritt 103) zugeführt, so daß das Absorptionsdrehmoment TP-W, der Pumpe 2 den Wert an Punkt P&sub1; in Fig. 3 aufweist.
Während der nächsten Schritte 104 und 105 erfolgt ein Vergleich des während Schritt 102 erhaltenen V mit Schwellenwerten VM1 und VM2 Die Schwellenwerte VM1, und VM2 sind zum Beispiel auf 90% und 80% des Maximalwertes Vmax von V eingestellt, der in einem Nennzustand der Pumpe 2 bestimmt wird, und es wird anhand dieser Werte bewertet ob die Taumelscheibe in der Pumpe 2 in eine Winkelposition in der Nähe des maximalen Neigungswinkels bewegt wurde.
Angenommen, die Ergebnisse der Vergleiche während der Schritte 104 und 105 geben eine Ungleichung von V < VM2 an, das heißt, die Taumelplatte in der Pumpe 2 ist nicht in eine Winkelposition in der Nähe des maximalen Neigungswinkels bewegt, wird durch einen ersten in der Steuerung 7 vorgesehenen Zeitgeber der Ablauf einer Zeitspanne Δt1 (zum Beispiel 100 ms) bewertet (Schritt 106) und anschließend ein Vergleich zwischen der in dem Speicher 12 gespeicherten Grenz-Motordrehzahl NL (s. Fig. 3) und der gegebenen Motordrehzahl N (= N&sub1;) durchgeführt (Schritt 107).
Da zu diesem Zeitpunkt eine Ungleichheit N> N&sub1; ermittelt wird, führt die Steuerung 7 Schritte zur Verringerung der Motordrehzahl von der gegebenen Motordrehzahl um einen Betrag von ΔN (zum Beispiel 15 U/min) durch (Schritt 108). Das heißt, es erfolgt ein Vorgang zur Veränderung der Ziel-Motordrehzahl Nr zu Nr-ΔN unter Steuerung durch Betätigung des Hebels 4, wodurch die Proportionalmagnetspule 9 derart betätigt wird, daß sie die Drehzahl des Motors 1 um den Betrag ΔN reduziert.
Solange die Ergebnisse des im Schritt 105 gemachten Vergleichs die Ungleichung V< VM2 ergeben und die Ergebnisse des im Schritt 107 gemachten Vergleichs durch die Ungleichung N> NL ergeben, werden die Vorgänge der Schritte 100 bis 108 wiederholt ausgeführt. Das heißt, die Ziel-Motordrehzahl wird wie folgt geändert: Nr → (Nr-ΔN) → (Nr-Δ2 N) → (Nr-Δ3 N)---, wodurch die Motordrehzahl um den Schritt AN reduziert. Mit der Reduzierung der Motordrehzahl in der beschriebenen Art und Weise wird das aus dem Speicher 12 ausgelesene Absorptionsdrehmoment TP-W, größer, wie in Fig. 3 durch die Kennlinie A dargestellt, und somit wird der in Schritt 103 bezüglich des Neigungswinkels auszugebende Steuerwert entsprechend größer. Das heißt, die Neigung der Taumelscheibe in der Pumpe 2 wird erhöht.
Die Veränderung der genannten Ziel-Motordrehzahl bedeutet, daß die Regulierungslinien von Fig. 3 wie folgt eingestellt sind: l&sub1;-l&sub2;
- l&sub3;- ---. Somit verändert sich der Übereinstimmungspunkt bezüglich des Drehmoments wie folgt: P&sub1; → P&sub2; → P&sub3; → ---.
Während die Motordrehzahl in der zuvor beschriebenen Weise reduziert wird, wird der Vorgang zur Verringerung der Motordrehzahl N unterbrochen, wenn während der Schritte 104 und 105 festgestellt wird, daß eine Ungleichung VM1≥V≥VM2 besteht, wodurch der Ablauf zu Schritt 100 zurückkehrt.
Verändert sich P, indem es sich entsprechend einer Veränderung der Last (zur Verringerung der auf die Pumpe auf zubringenden Last) verringert und es wird im Schritt 104 sodann festgestellt, daß eine Ungleichung V > VM1 besteht, erfolgt ein Vorgang zur Erhöhung der gegebenen Motordrehzahl um den Betrag ΔN (Schritt 110), nachdem ein zweiter Zeitgeber den Ablauf einer Zeitspanne Δt&sub2; ermittelt hat (Schritt 109).
Da durch den in Schritt 110 durchgeführten Vorgang das in Schritt 101 angegebene TP-W verringert wird, ergibt sich einer Verkleinerung des Neigungswinkels der Taumelscheibe.
Im folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem während des Schritts 105 kontinuierlich festgestellt wird, daß eine Ungleichung V< VM2 vorliegt und während des Schritts 107 festgestellt wird, daß eine Gleichung N = NL besteht. Da das von der Pumpe 2 absorbierte Absorptionsdrehmoment TP-W ein zulässiges Drehmoment des Motors 1 übersteigt, wenn die Motordrehzahl N unter das genannte Niveau reduziert wird, wird der Verarbeitungsablauf nach Schritt 108 nicht ausgeführt so daß die Verarbeitung zum Schritt 100 zurückkehrt, ungeachtet der Tatsache, daß der gegebene Neigungswinkel kleiner ist als der dem Schwellenwert VM2 entsprechende Neigungswinkel.
Wie sich aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung die Motordrehzahl N so weit wie möglich reduziert und der Neigungswinkel der Pumpe vergrößert. Daraus folgt, daß die Pumpe 2 mit hohem Pumpenwirkungsgrad betreibbar ist und der Motor 1 in einem Drehzahlbereich betreibbar ist, in dem ein geringer Kraftstoffverbrauch sichergestellt ist.
In Fig. 3 ist lediglich die Kennlinie A in bezug auf ein Drehmoment für den Fall in der Zeichnung dargestellt, daß die Pumpe 2 zur Absorption einer konstanten Leistung W ausgebildet ist; in der Praxis jedoch sind mehrere Kennlinien für Drehmomente eingestellt, die einer Größe einer Absorptionsleistung entsprechen. Zum Beispiel sind, wie in Fig. 5 dargestellt, Drehmomentabsorptionskennlinien A&sub1; und A&sub2;, die den Absorptionsleistungen Wp1 und W&sub2; entsprechen, eingestellt und im Speicher 12 gespeichert. Ein Modus zur Auswahl einer Arbeit W&sub1; wird gewählt, wenn eine leichte Arbeit verrichtet wird, während unter Verwendung eines in Fig. 1 dargestellten Betriebsartänderungsschalters 13 ein Modus zur Auswahl einer Arbeit W&sub2; gewählt wird, wenn eine schwere Arbeit zu verrichten ist. Somit sind die Kennlinien A&sub1; oder A&sub2; durch eine solche zuvor beschriebene Operation zur Auswahl eines bestimmten Modus bestimmt.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel repräsentiert die Absorptionsdrehmomentkennlinie A eine hyperbolische' Funktion gemäß der Gleichung f (N) = W/N. Für die Kennlinie A kann jedoch auch eine der Funktion f (N) angenäherte monoton abnehmende Funktion verwendet werden, so zum Beispiel die durch gestrichelte Linien in Fig. 5 dargestellte Funktion, die sich umgekehrt proportional zu einer Zunahme der Motordrehzahl N ändert. In diesem Fall sei jedoch darauf hingewiesen, daß ein Verhältnis, bei dem der Wert W · P · Q konstant gehalten wird, mit der Veränderung der Motordrehzahl in gewissem Ausmaß kollabiert. In manchen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, eine Steuerung nach der genannten Art in Abhängigkeit von der Lastintensität durchzuführen.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Steuerung von N und V derart betrieben, daß das Produkt aus nE multipliziert mit nP den Maximalwert erreicht, wenn angenommen wird, daß die Kraftstoffverbrauchsrate des Motors 1 bezüglich N durch die Funktion- nE = F (N) und die dem Neigungswinkel der Taumelscheibe entsprechende Betriebseffizienz der Pumpe 2 bezüglich V durch die Funktion nP = G(V) wiedergegeben ist.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Zeichnung zeigt einen Motor 21 mit einer Nennleistungskennlinie nach Fig. 10. Das heißt, er weist eine Leistungskennlinie auf, die gewährleistet, daß er innerhalb eines Bereichs zwischen den Motordrehzahlen Nb und Na eine konstante Leistung erreicht. Fig. 11 zeigt eine Nenndrehmomentkennlinie C zum Erhalten der genannten Nennleistungskennlinie und diese Drehmomentkennlinie wird mit Hilfe eines am Motor 21 angebrachten (nicht dargestellten) Fliehkraftreglers eingestellt.
Die Motordrehzahl N wird mittels eines Motordrehungssensors 23 ermittelt und der Neigungswinkel R der Taumelscheibe in der Pumpe 22 wird mittels eines Winkelsensors 24 ermittelt.
In einen variablen Regulator 25 werden ein Drehmomentbefehl zur Ausgabe an die Pumpe 22 und der Druck des von der Pumpe 22 gelieferten Hydrauliköls eingegeben, und die Taumelscheibe 22a in der Pumpe 22 wird derart getrieben, daß die Pumpe 22 ein Drehmoment entsprechend dem Drehmomentbefehl absorbiert.
Wie in Fig. 9 dargestellt, besteht die Steuerung 26 aus einem Drehzahlbefehlerzeugungsabschnitt 260 zum Steuern einer Ziel- Motordrehzahl Nc, einem Begrenzer 261 zum Begrenzen der Motordrehzahl Nc zwischen dem Maximalwert Ncmax (der Na entspricht) und dem Minimalwert Ncmin (der Nb entspricht), einem Funktionsgenerator 262 zur Erzeugung eines der Motordrehzahl Nc entsprechenden Soll- Drehmoments Ta auf ein Ausgangssignal des Befehlserzeugungsabschnitts 260 hin, einem Komparator 263 zum Vergleichen des mittels des Winkelsensors 24 ermittelten Neigungswinkels R der Taumelscheibe mit einem Maximalwert Rmax zur Erzeugung eines Verringerungsbefehls DN der Soll-Drehzahl Ncr wenn eine Ungleichung R< Rmax besteht, einem Subtrahierer 264 zum Erhalten einer Abweichung (N- Nc) der Motordrehzahl N von der Soll-Motordrehzahl Ncr einem Komparator 265, der einen Zunahmebefehl UP bezüglich Nc ausgibt, wenn die Abweichung (N-Nc) größer wird als ein voreingestellter Wert SD, einem Verstärker 266 zum Verstärken der Abweichung (N-Nc) um das K- fache, und einem Addierer 267 zum Addieren des Soll-Drehmoments Ta zur um das K-fache verstärkten Abweichung K (N-Nc).
Der Drehzahlbefehlserzeugungsabschnitt 260 bewirkt die Verringerung von Nc um eine Drehzahlmenge ΔNc zu einem vorbestimmten Zeitintervall, wenn aus dem Komparator 263 ein Verringerungsbefehl DN ausgegeben wurde, und die Erhöhung von Nc um eine Drehzahlmenge ΔNc zu dem vorbestimmten Zeitintervall, wenn aus dem Komparator 265 ein Erhöhungsbefehl UP ausgegeben wurde.
Der Funktionsgenerator 262 weist ein in Fig. 12, dargestelltes Variationsmuster auf, das einem Variationsmuster in einem Bereich zwischen Na und Nb in bezug auf eine in Fig. 11 dargestellte Nenndrehmomentkennlinie c entspricht. Die bewirkt, daß ein in dem Funktionsgenerator 262 erzeugtes Soll-Drehmoment TE (Nc) eine Funktion wird, die in Abhängigkeit von der Soll-Drehzahl Nc variiert.
Die Drehzahlabweichung K (N-Nc), die durch den Verstärker 266 um K vervielfacht wird, ist eine primäre Funktion der Neigung K und verläuft parallel entsprechend der Veränderung von Nc
Eine durch die Gleichung (4) wiedergegebene Funktion, zu der die Funktionen TE (Nc) und K (N-Nc) bezüglich des Soll-Drehmoments addiert werden, ist in dem Addierer 267 erhältlich.
TP = TE (Nc) + K (N-Nc) . . . (4)
Die Funktion nach der obigen Gleichung (4) ist durch die in Fig. 11 durch gestrichelte Linien dargestellten Linien D, E bzw. F dargestellt, wenn Nc die Werte von Ncmax Ncmid bzw. Ncmin annimmt.
Ändert sich das Absorptionsdrehmoment TP der Pumpe 22 gemäß der Funktion nach der Gleichung (4), entspricht das Absorptionsdrehmoment TP dem Nenndrehmoment des Motors 21 zum Beispiel an dem in Fig. 11 dargestellten Punkt Pa, wenn Nc den Wert Ncmax annimmt.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben.
In einem frühen Stadium des Arbeitsablaufs wird in dem in Fig. 9 dargestellten Drehzahlbefehlserzeugungsabschnitt 260 zum Beispiel die Motordrehzahl Nc = Ncmax einegestellt. Ausgehend davon, daß der Neigungswinkel R der Taumelscheibe in der Pumpe 22 in dem Komparator 263 mit R< Rmax angegeben ist, wird aus dem Komparator 263 zu diesem Zeitpunkt ein Verringerungsbefehl DN für die Soll- Motordrehzahl Nc ausgegeben. Daraufhin erfolgt in dem Drehzahlbefehlserzeugungsabschnitt 260 ein Ablauf zur Verringerung der Soll- Motordrehzahl Nc um eine Drehzahl ΔNc (zum Beispiel 15 bis 20 U/min) in einem Zeitintervall ΔT (zum Beispiel 100 ms). Da der Befehl bezüglich der Motordrehzahl Nc auch einem (nicht dargestellten) Fliehkraftregler an dem Motor 21 zugeführt wird, ergibt sich eine Verringerung der Drehzahl des Motors 21 um einen Schritt ΔNc bei jeder Ausführung des genannten Ablaufs.
Aus dem in Fig. 9 dargestellten Addierer 167 wird ein Befehlssignal an den variablen Regulator 25 ausgegeben, das das Drehmoment Tp gemäß Gleichung (4) angibt. Der variable Regulator 25 treibt die Taumelscheibe 22a gemäß einer Relation, die durch das Soll- Drehmoment Tp, den Druck P des von der Pumpe 22 gelieferten Hydraukliköls und der folgenden Gleichung (5) wiedergegeben ist, um das Absorptionsdrehmoment der Pumpe 22 dem Soll-Drehmoment Tp anzugleichen.
V=K&sub5;Tp/P . . . (5)
wobei V das Volumen des von der Pumpe bei einer Umdrehung der Pumpe ausgestoßenen Hydrauliköls ist;
K&sub5; eine Konstante ist.
In der obigen Gleichung (5) entspricht V einem Neigungswinkel R der Taumelscheibe und der variable Regulator 25 verändert den Neigungswinkel R der Taumelscheibe, um V zu erhalten.
Bei einer Veränderung der Motordrehzahl N um einen Schritt ΔNc in der beschriebenen Art und Weise, wird die Pumpenlastlinie D in Fig. 11 in Richtung der Linie F verschoben. Dies bedeutet, daß V in der Gleichung (5) erhöht wird, das heißt, der Neigungswinkel R der Taumelscheibe größer wird.
Wird der Neigungswinkel R der Taumelscheibe derart erhöht, daß er eine R = Rmax entsprechende Winkelposition erreicht, wird der aus dem Komparator 263 ausgegebene Drehzahlverringerungsbefehl DN unterbrochen.
Somit kann bei diesem Ausführungsbeispiel die Motordrehzahl so weit wie möglich reduziert werden, vorausgesetzt, daß der Motor mit konstanter Leistung betrieben wird, und der Neigungswinkel der Taumelscheibe in der Pumpe kann vergrößert werden. Somit wird wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise eine Verringerung der Kraftstoffverbrauchskosten sowie die Möglichkeit erzielt, die Pumpe mit hoher Betriebseffizienz zu betreiben.
In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird die oben erwähnte vorteilhafte Wirkung erzielt, wenn die Pumpe mit konstanter Leistung betrieben wird, wogegen in dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel die vorteilhafte Wirkung bei Betrieb des Motors mit konstanter Leistung erzielt werden kann.
Führt ein Bediener zum Beispiel einen Vorgang zur Verringerung der auf die Pumpe 22 aufgebrachten Last aus, während diese im Zustand R=Rmax betrieben wird, wird die Differenz (N-Nc) in der Drehzahl mit zunehmender Motordrehzahl N größer. Normalerweise beträgt die Differenz (N-Nc) der Drehzahlen im wesentlichen null.
Der in Fig. 9 dargestellte Komparator 265 fügt dem Drehzahlbefehlserzeugungsabschnitt 260 einen Drehzahlerhöhungsbefehl UP hinzu, wenn (N-Nc) einen voreingestellten Wert SD übersteigt, das heißt, wenn die auf eine Pumpe 22 aufgebrachte Last unter einen vorbestimmten Wert reduziert wird.
Daraus ergibt sich die Erhöhung der Soll-Motordrehzahl Nc um eine Drehzahl AN zu einem Zeitintervall ΔT und der Vorgang zur Erhöhung der Ziel-Motordrehzahl setzt sich fort, bis eine Differenz (N-Nc) der Drehzahlen geringer wird als der Wert von SD, das heißt, bis ein Lastdrehmoment (von der Pumpe absorbiertes Pumpenabsorptionsdrehmoment) mit dem Motordrehmoment zusammenpaßt.
Somit wird bei diesem Ausführungsbeispiel bei einer schnellen Verringerung der auf die Pumpe 22 aufgebrachten Last Nc automatisch erhöht und der Übereinstimmungspunkt, an dem das von der Pumpe absorbierte Pumpenabsorptionsdrehmoment zu dem Motordrehmoment paßt, ändert sich, bis die Differenz (N-Nc) der Drehzahlen im wesentlichen null ist.
Bei dem vorhergehenden Beispiel ist es natürlich möglich, die Funktionen der in Fig. 9 dargestellten Steuerung 26 mittels einer Programmsteuerung durch einen Mikrocomputer zu bewirken.'s
Ferner wird bei dem genannten Ausführungsbeispiel der Neigungswinkel der Taumelscheibe mechanisch erhalten, indem in den variablen Regulator 25 der Druck P des von der Pumpe 22 gelieferten Hydrauliköls eingegeben wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Alternativ kann der Ziel-Neigungswinkel der Taumelscheibe erhalten werden, indem der Druck P des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls elektrisch durch einen Drucksensor ermittelt und ein Ausgangssignal des Drucksensors sowie ein Ausgangssignal des Addierers 267 verwendet werden.
Ferner wird bei dem Ausführungsbeispiel der gegebene Neigungswinkel e durch den Winkelsensor 24 von Fig. 8 ermittelt und zum Komparator 263 addiert. Es ist jedoch natürlich möglich, den zuvor genannten elektrisch ermittelten Ziel-Neigungswinkel anstatt des gegebenen Neigungswinkels R, der durch den Winkelsensor 24 ermittelt wird, zu verwenden.
In Fig. 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, das die Überwindung von Schwierigkeiten in Zusammenhang mit der Überhitzung des Motors zum Ziel hat.
Die Zeichnung zeigt einen Motor 31, eine Pumpe 32, einen Beschleunigungssensor 33, einen Beschleunigungshebel 34, einen Motordrehungssensor 36, einen Betätiger 38 zum Bewegen einer Taumelscheibe, eine Proportionalmagnetspule 39 und einen Fliehkraftregler 40, die denjenigen von Fig. 1 gleichen und daher keiner wiederholten Beschreibung bedürfen .
Ein Temperatursensor 41, der als Überhitzungserkennungseinrichtung dient, gibt ein die Temperatur T des Motors 31 angebendes Signal aus (zum Beispiel die Temperatur des Kühlwasser, die Temperatur des Abgases oder dergleichen). Ferner wird ein Betriebsartänderungsschalter 42 von einem Bediener in Abhängigkeit des Betriebszustands betätigt und ein H-Modus für einen Betrieb mit hoher Lastintensität, ein M-Modus für einen Betrieb mit mittlerer Lastintensität und ein L-Modus für einen Betrieb mit geringer Lastintensität werden von dem Schalter 42 wahlweise angezeigt.
Angenommen, die von dem Motor 31 erzeugte Erzeugungsleistung ist mit WE bezeichnet und die von der Hydraulikpumpe 32 absorbierte Absorptionsleistung ist WP, sind sind in einem bestimmten Lastzustand wie folgt wiedergegeben:
WE = WP = K&sub1; · P · Q = K&sub2; · P · N · V . . . (6)
wobei P der Druck des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls ist; (kg/cm² Bar)
Q die Strömungsrate des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls ist; (Liter/min)
V die Strömungsrate des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls pro 30 Umdrehungen der Pumpe ist; (Kubikmenge/U)
K&sub1;, K&sub2; Konstanten sind.
Das folgende Verhältnis ergibt sich aus der Gleichung (6).
V=WP/K&sub2;·P·N . . . y(7)
Wie bereits zuvor erwähnt, entspricht V einem Neigungswinkel der Taumelscheibe 32a in einem Verhältnis von 1 : 1. Somit gibt V in der Gleichung (7) den Neigungswinkel der Taumelscheibe an.
In Fig. 15 ist mit R eine Nennleistungskennlinie des Motors 31 bezeichnet, das heißt, eine Leistungskennlinie bei in Vollast befindlichem Beschleunigungshebel 34.
Normalerweise wird eine Baumaschine mit in Vollaststellung stehendem Beschleunigungshebel 34 betrieben und der Maximalleistungspunkt des Motors 31 zu diesem Zeitpunkt ist mit P&sub1; angegeben.
Die Linien G&sub1;, G&sub2; und G&sub3; in der Zeichnung repräsentieren jeweils eine voreingestellte Absorptionsleistungskennlinie der Pumpe. Diese Leistungskennlinien der Pumpe repräsentieren monoton zunehmende Funktionen f&sub1; (N), f&sub2; (N) und f&sub3; (N) bezüglich der Motordrehzahl N und sie schneiden die Nennleistungskennlinie R des Motors 31 an den Punkten P&sub1;, P&sub2; und P&sub3;.
Diese Leistungskennlinien werden vorab in dem in Fig. 13 dargestellten Speicher 43 abgespeichert.
Um eine von der Pumpe 32 absorbierte Absorptionsleistung WP, die in der Gleichung (7) wiedergegeben ist, in Übereinstimmung mit den Funktionen f&sub1; (N), f&sub2; (N) und f&sub3; (N) zu ändern, genügt es, daß der Neigungswinkel der Taumelscheibe in der Pumpe 32 derart gesteuert wird, daß V gemäß den folgende Gleichungen (8), (9) und (10) erhalten wird.
V=f&sub1;(N)/K&sub2;·P·N . . . y(8)
V=f&sub2;(N)/K&sub2;·P·N . . . y(9)
V=f&sub3;(N)/K&sub2;·P·N . . . y(11)
Wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe in der Pumpe 32 gemäß den Gleichungen (8), (9) oder (10) gesteuert, vorausgesetzt, daß der Drosselhebel 34 in der Vollaststellung ist, folgt daraus, daß von dem Motor 31 erzeugte Erzeugungsleistung WE an den Punkten P&sub1;, P&sub2; und P&sub3; zu der von der Pumpe 32 absorbierten Absorptionsleistung WP paßt.
Wird der Betätigungsbetrag des Drosselhebels 34 verringert und somit die Motordrehzahl um einen Betrag ΔN reduziert, das heißt, wenn eine Leistungskennlinie des Motors 31 wie in Fig. 15 durch das Bezugszeichen R' angegeben eingestellt wird, ergibt sich, daß die von dem Motor 31 erzeugte Erzeugungsleistung WE an den Punkten P&sub1;', P&sub2;' und P&sub3;' zu der von der Pumpe 32 absorbierten Absorptionsleistung WP passen, indem der Neigungswinkel der Taumelscheibe nach den Gleichungen (8), (9) und (10) gesteuert wird.
Fig. 14 zeigt eine Verarbeitungseinrichtung für eine Steuerung 44 gemäß Fig. 13.
Bei den abzuarbeitenden Vorgängen wird zunächst festgestellt ob ein Betriebsmodus L durch den Betriebsartänderungsschalter 42 eingestellt ist oder nicht (Schritt 200), und wird festgestellt, daß der Modus L nicht eingestellt ist, wird während des nächsten Schritts 201 festgestellt, ob der Modus M eingestellt ist oder nicht. Wird festgestellt, daß weder die Betriebsart L, noch die Betriebsart M eingestellt sind, das heißt, wenn die Betriebsart H eingestellt ist, wird im folgenden Schritt 203 festgestellt, ob der Motor 31 überhitzt ist oder nicht, und wenn das Ergebnis der Feststellung NEIN ist, wird aus den in dem Speicher 43 gespeicherten Kennlinien G&sub1;, G&sub2; und G&sub3; von Fig. 15, die Kennlinie G&sub1;=f&sub1; (N) ausgewählt (Schritt 208).
Ist das Ergebnis der während des Schritts 201 gemachten Feststellung JA, so wird im Schritt 209 festgestellt, ob der Motor 31 überhitzt ist oder nicht, und wenn festgestellt wird, daß der Motor 31 nicht überhitzt ist, wird im Schritt 204 die in Fig. 15 dargestellte Kennlinie G&sub2;=f&sub2; (N) ausgewählt. Ergibt ferner die während des Schritts 200 gemachte Feststellung JA, so wird die in,der Figur dargestellte Kennlinie G&sub3;=f&sub3; (N) im Schritt 211 ausgewählt.
Es sei darauf hingewiesen, daß die während der Schritte 202 und 209 erfolgende Beurteilung, ob der Motor überhitzt ist oder nicht, in Reaktion auf ein Ausgangssignal des Temperatursensors 41 erfolgt.
Nach der Abarbeitung der Auswahl in einem der Schritte 208, 204 und 211 wird die Drehzahl N des Motors 31 auf ein Ausgangssignal des Motordrehungssensors 35 und der Druck P des von der Pumpe 32 gelieferten Hydrauliköls auf ein Ausgangssignal des Drucksensors 36 hin ermittelt (Schritt 205).
Wird im Schritt 208 die Kennlinie G&sub1;=f&sub1; (N) ausgewählt, wird während des Schritts 206 die der Gleichung (8) entsprechende arithmetische Operation bezüglich der Kennlinie f&sub1; (N) und den im Schritt 205 ermittelten Werten N und P durchgeführt, woraus sich eine Strömungsrate V des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls ergibt, so daß die von der Pumpe 32 absorbierte Absorptionsleistung WP einen Wert annimmt, der f&sub1; (N) entspricht.
Wird im Schritt 204 die Kennlinie G&sub2; = f&sub2; (N) ausgewählt und wird im Schritt 211 die Kennlinie G&sub3;=f&sub3; (N) ausgewählt, werden im Schritt 206 die den Gleichungen (9) bzw. (10) entsprechenden arithmetischen Operationen ausgeführt, woraus sich eine Strömungsrate V des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls ergibt, so daß die von der Pumpe 32 absorbierte Absorptionsleistung WP einen Wert annimmt, der f&sub2; (N) bzw. f&sub3; (N) entspricht.
Während des nächsten Schritts 207 wird ein Taumelscheibenneigungswinkelbefehl (der durch eine V entsprechenden Wert repräsentiert ist) zum Erhalten einer im Schritt 206 ermittelten Strömungsrate V des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls vorbereitet und sodann zur Betätigung der Taumelscheibe an den Betätiger 38 ausgegeben.
Demzufolge wird der Beschleunigungshebel 34 in die Vollaststellung bewegt, und wenn ermittelt wird, daß der Motor 31 nicht überhitzt ist, ergibt sich, daß die von der Pumpe absorbierte Absorptionsleistung 32 in den in der Fig. 15 dargestellten Punkten P&sub1;, P&sub2; und P&sub3; zu einer von dem Motor erzeugten Erzeugungsleistung paßt, wenn die Kennlinie G&sub1;=f&sub1; (N), die Kennlinie G&sub2; =f&sub2; (N) bzw. die Kennlinie G&sub3;=f&sub3; (N) gewählt ist.
Das heißt, wenn die Betriebsart H eingestellt ist und der Betrieb mit hoher Lastintensität erfolgt, wird eine Leistung am Punkt P&sub1; von der Pumpe 32 absorbiert. Wenn die Betriebsart M eingestellt ist und der Betrieb mit mittlerer Lastintensität erfolgt sowie in einem Fall, in dem die Betriebsart L eingestellt ist und der Betrieb mit geringer Lastintensität erfolgt, wird die Leistung an den Punkten P&sub2; und P&sub3; von der Pumpe 32 absorbiert.
Erfolgt ein Betrieb in der Betriebsart H oder L, so wird in manchen Fällen der Motor 31 aufgrund einer erhöhten Last überhitzt.
Nach dem in Fig. 14 dargestellten Ablauf wird, wenn im Schritt 202 festgestellt wird, daß der Motor bei eingestellter Betriebsart H überhitzt ist, im Schritt 203 ein Vorgang zur Verringerung Motordrehzahl um ΔN durchgeführt, und im Schritt 204 die Leistungskennlinie G&sub2;=f&sub2; (N) ausgewählt.
Wenn im Schritt 209 festgestellt wird, daß der Motor bei eingestellter Betriebsart M überhitzt ist, erfolgt in ähnlicher Weise im Schritt 210 ein Vorgang zur Verringerung der Drehzahl um ΔN und im Schritt 211 wird die Leistungskennlinie G&sub3;=f&sub3; (N) ausgewählt.
Die Abläufe während des Schritts 203 bzw. 210 bedeuten, daß ein die Ziel-Motordrehzahl Nr angebendes und der Proportionalmagnetspule 39 zugeführtes Signal zu einem Signal verändert wird, das die Motordrehzahl Nr-ΔN angibt. Somit gibt R' in Fig. 15 diese Leistungskennlinie des Motors 31 an.
Anschließend werden die genannten Abläufe in den Schritten 205, 206 und 207 abgearbeitet. Ist der Motor bei eingestellter Betriebsart H überhitzt, verschiebt sich der Übereinstimmungspunkt, an dem die von der Pumpe 32 absorbierte Absorptionsleistung WP zu der von dem Motor 31 erzeugten Erzeugungsleistung WE paßt, vom Punkt P&sub1; zum Punkt P&sub2;' in Fig. 15. Ist der Motor bei eingestellter Betriebsart M überhitzt, verschiebt sich der Übereinstimmungspunkt von P&sub2; nach P&sub3;'.
Es sei darauf hingewiesen, daß die in den Schritten 203 und 210 zur Verringerung der Motordrehzahl um AN ausgeführten Abläufe fortgesetzt werden, bis der Überhitzungszustand des Motors nicht mehr gegeben ist.
Bei einer Verschiebung des Übereinstimmungspunkts von Punkt P&sub1; zum Punkt P&sub2; oder einer Verschiebung des Übereinstimmungspunkts von P&sub2; nach P&sub3;' wird die auf den Motor 31 aufgebrachte Last erheblich verringert. Daher kann der Motor 31 aus dem Überhitzungszustand schnell in den normalen Betriebszustand rückgeführt werden. Da sich der Steuervorgang für die Taumelscheibe in der Pumpe 32 während der Durchführung der genannten Abläufe fortsetzt, kann die Arbeit weitergeführt werden, ohne daß eine Fehlfunktion, zum Beispiel eine erhebliche Verringerung der Motordrehzahl oder dergleichen auftritt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Kennlinien G&sub1;, G&sub2; und G&sub3; von Fig. 15 in dem Speicher 43 gespeichert. Es ist jedoch möglich, die Steuerung 44 derart zu betreiben, daß sie Pumpenabsorptionsleistungen arithmetisch verarbeitet, welche diesen Kennlinien entsprechen.
Ferner ist bei dem genannten Ausführungsbeispiel eine praktische Vorgehensweise bei in der Vollaststellung befindlichem Beschleunigungshebel 34 dargestellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß selbst bei einem in der Mittel-Betriebsstellung befindlichen Hebel 34 die beschriebene Steuerung möglich ist. In diesem Fall sind jedoch auch die Kennlinien f&sub1; (N), f&sub2; (N) und f&sub3; (N) für die Mittelstellung im Speicher 43 gespeichert.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder der Pumpenabsorptionskennlinien G&sub2; = f&sub2; (N) bzw. G&sub3;=f&sub3; (N) als monoton ansteigende Funktion in bezug zur Motordrehzahl N dargestellt. Wie in Fig. 16 dargestellt, kann in der Praxis auch eine konstante Funktion (konstante Leistungskennlinie) in bezug zu N für diese Kennlinien verwendet werden.
Wird ein von der Pumpe absorbiertes Absorptionsdrehmoment nach der Kennlinie A von Fig. 3, den Kennlinien D, E und F von Fig. 11 oder den Kennlinien G&sub1;, G&sub2; und G&sub3; von Fig. 15 gesteuert, ist es erforderlich, den Druck des von der Pumpe geförderten Hydrauliköls zu messen. Anders ausgedrückt: wenn es unmöglich ist, den,Druck des von der Pumpe geförderten Hydrauliköls zu messen, kann die genannte Drehmomentsteuerung nicht korrekt durchgeführt werden, was zu Fehlfunktionen, wie Betriebsunterbrechung des Motors aufgrund zu hoher Last, vollständigem Versagen der Übertragung des von dem Motor ausgegebenen Drehmoments oder dergleichen, führen.
Fig. 17 zeigt Abläufe zur Vermeidung des Auftretens der genannten Fehlfunktionen, wobei die Abläufe von der Steuerung 7 nach Fig. 1 oder der Steuerung 44 von Fig. 13 durchgeführt werden.
Die Hydraulikpumpe 2 oder 32 weist den maximalen ausgebbaren Förderdruck Pmax auf. Wenn eine Pumpenabsorptionskennlinie TP (N), welche ein Nenndrehmoment des Motors nicht übersteigt, wie zum Beispiel in Fig. 18 durch die gestrichelte Linie dargestellt, vorab eingestellt ist und eine Strömungsrate V des von der Pumpe pro Umdrehung gelieferten Hydrauliköls derart gesteuert wird, daß das Verhältnis gemäß der folgenden Gleichung erfüllt, so übersteigt das von der Pumpe absorbierte Absorptionsdrehmoment nicht ein Ausgangsdrehmoment 1 des Motors 2.
V=Tp (N)/K·Pmax . . (11)
wobei K eine Konstante ist.
In diesem Fall sind die Steuerungen 7 und 44 derart aufgebaut, daß die Grenzdrehmomentkennlinie Tp (N) und der maximale Förderdruck Pmax zuvor in dem Speicher abgespeichert werden.
Die Grenzdrehmomentkennlinie Tp (N) ist derart eingestellt, daß ein größtmögliches Absorptionsdrehmoment erzielt wird, wobei davon ausgegangen wird, daß der Betrieb des Motors nicht unterbrachen wird.
Nach dem in Fig. 17 dargestellten Ablauf wird zunächst festgestellt, ob die Drucksensoren 6 und 36 eine Abnormalität aufweisen (Schritt 300). Diese Beurteilung erfolgt zum Beispiel, auf die folgende Weise. Weisen die Drucksensoren 6 bzw. 36 einen Druckermittlungsbereich von 0 bis 50 kg/cm² (Bar) auf, so schwankt ihre Ausgangsspannung zum Beispiel je nach der Druckänderung zwischen 1 und 5 V. Wenn festgestellt wird, daß die Ausgangsspannung nicht im Bereich zwischen 1 und 5V liegt, wird durch die Steuerung 7 bzw. 44 festgestellt, daß die Funktion der Sensoren 6 bzw. 36 abnormal ist.
Wird während des Schritts 300 eine abnormale Funktion des Drucksensors erkannt, wird die Motordrehzahl N eingegeben (Schritt 301) und eine durch die Gleichung (11) wiedergegebene arithmetische Operation bezüglich der Motordrehzahl N, der Grenzdrehmomentkennlinie TP (N) und des maximalen Förderdrucks Pmax durchgeführt, um eine Ziel-Strömungsrate V des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls zu erhalten. Ein Taumelscheibenneigungswinkelbefehl zum Erhalten von V wird vorbereitet und an den Betätiger 8, bzw. 38 ausgegeben (Schritt 303), wodurch das von der Pumpe zu absorbierende Absorptionsdrehmoment entsprechend der Drehmomentkennlinie TP (N) gesteuert wird.
Wird im Schritt 300 keine abnormale Funktion der Pumpe erkannt, erfolgt die normale Drehmomentsteuerung bezüglich des Ausgangs des Drucksensors (Schritt 304).
Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird die Grenzdrehmomentkennlinie Tp (N) mit der als Variablen verwendeten Motordrehzahl N eingestellt, jedoch kann das Grenzdrehmoment der Pumpe fest auf einen konstanten Wert TPA eingestellt sein, wie in Fig. 19 dargestellt. Vorzugsweise ist dieser Grenzdrehmomentwert TPA, davon ausgehend, daß der Betrieb des Motors nicht unterbrochen wird, auf den größtmöglichen Wert eingestellt.
Wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe in der Pumpe derart eingestellt, daß das in Fig. 19 dargestellte konstante Drehmoment TPA erhalten wird, während der Sensor eine abnormale Funktion aufweist, kann ein Drehmoment, dessen Intensität durch eine schräge Linie in Fig. 20 angegeben ist, von der Pumpe absorbiert werden.
Bei Ausführung einer Reihe von Schritten in der beschriebenen Weise, gibt die Pumpe das Drehmoment TP (N) oder TpA aus, selbst wenn der Drucksensor abnormale Funktion zeigt. So ist es zum Beispiel bei einem Fahrzeug, bei dem die Pumpe als Bewegungskraftquelle dient, möglich, das Fahrzeug zu einer Reparaturstätte oder dergleichen zu bewegen.
Bei dem genannten Ausführungsbeispiel wird die Kennlinie Tp von Fig. 18 in dem Speicher abgespeichert, so daß es möglich ist, einen Grenzdrehmomentwert zu berechnen, der in bezug auf N Tp (N) entspricht.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung einer Hydraulikpumpe in der zuvor beschriebenen Art und Weise funktioniert, ist eine Anwendung der Vorrichtung bei einer Hydraulikpumpe von Baumaschinen vorteilhaft, bei welchen eine Verringerung der Kraftstoffverbrauchskosten und eine Erhöhung des Pumpenwirkungsgrads erwünscht sind.

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern einer variablen hydraulischen Verdrängungspumpe (32), die einen Motor (31) als Antriebskraftquelle aufweist, mit:

einer Einrichtung (35) zum Ermitteln der Drehzahl des Motors (31),

einer Einrichtung (36) zum Ermitteln des Drucks (P) des von der Pumpe (32) geförderten Hydrauliköls,

einer Einrichtung (41) zum Ermitteln, daß der Motor überhitzt ist,

einer Einrichtung (42) zum Angeben mehrerer Betriebsarten (L,M,H) entsprechend einer Intensität der Last,

einer Einrichtung zum Einstellen mehrerer Pumpenabsorptionsleistungskennlinien entsprechend den Betriebsarten und zur Einstellung einer Pumpenabsorptionsleistungskennlinie für einen Betriebsmodus für eine geringe Lastintensität anstelle der bestehenden Pumpenabsorptionsleistungskennlinie, die für den Fall eingestellt wird, daß eine übermäßige Erhitzung des Motors ermittelt wird,

einer Einrichtung zur Erzeugung eines Neigungswinkelbefehls für eine Taumelscheibe (32a) in der Pumpe (32), um eine Absorptionsleistung zu erzielen, die der eingestellten Absorptionsleistungskennlinie, der Drehzahl des Motors (31) und dem Druck (P) des von der Pumpe geförderten Hydrauliköls entspricht,

einer Einrichtung zum Verringern der Drehzahl des Motors auf eine vorbestimmte Drehzahl, wenn ermittelt wird, daß der Motor (31) überhitzt ist, und

einer Einrichtung (44) zum Steuern der Taumelscheibe (32a), um zu ermöglichen, daß der Neigungswinkel der Taumelscheibe (32a) in der Pumpe (32) eine Größe annimmt, die dem Taumelscheibenneigungswinkelbefehl entspricht.

2. Vorrichtung zur Steuerung einer Hydraulikpumpe (32) nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung (41) zum Ermitteln der Überhitzung des Motors (31) ein Temperatursensor zum Ermitteln einer Temperatur des Motors ist.

3. Vorrichtung zur Steuerung einer Hydraulikpumpe (32) nach Anspruch 1 oder 2, bei der jede der Pumpenabsorptionsleistungskennlinien durch eine Funktion repräsentiert wird, die im Verhältnis zur Drehzahl des Motors (31) monoton zunimmt.

4. Vorrichtung zum Steuern einer Hydraulikpumpe (32) nach einem der Ansprüche 1-3, mit:

einer Einrichtung zum Ermitteln einer Abnormität bei der Druckermittlungseinrichtung (36);

einer Einrichtung zum Einstellen einer Pumpenabsorptionsdrehmomentkennlinie, die geringer als das Ausgangsdrehmoment des Motors ist; und

einer Einrichtung zum Steuern des Neigungswinkels der Taumelscheibe (32a) in der Pumpe (32), um zu ermöglichen, daß das von der Pumpe absorbierte Absorptionsdrehmoment einen Wert erreicht, der der Pumpenabsorptionskennlinie entspricht, wenn die Einrichtung (36) zum Ermitteln des Drucks des von der Pumpe (32) geförderten Hydrauliköls einen abnormalen Zustand annimmt.

5. Vorrichtung zum Steuern einer Hydraulikpumpe (32) nach Anspruch 4, bei der die Pumpenabsorptionsdrehmomentkennlinie durch eine Funktion repräsentiert wird, die in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors variiert.

6. Vorrichtung zum Steuern einer Hydraulikpumpe (32) nach Anspruch 4, bei der die Pumpenabsorptionsdrehmomentkennlinie eine Kennlinie ist, die relativ zu der Drehzahl des Motors einen konstanten Wert annimmt.