DE3911708C2 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines aus einem Verbrennungsmotor und einer hydraulischen Aggregategruppe bestehenden Antriebseinheit, bei dem die dem Verbrennungsmotor zugeführte Kraftstoffmenge von einer proportional wirkenden Drehzahlregelung begrenzt und bei Überlastung des Verbrennungsmotors die Leistungsaufnahme der hydraulischen Aggregategruppe von einem elektronischen Grenzlastregler reduziert wird und bei Nichtleistungs­ beanspruchung nach einer wählbar vorgegebenen Zeit der Verbrennungsmotor von einer automatischen Leerlaufschaltung auf Leerlaufdrehzahl eingestellt und die Leistungsaufnahme der Aggregategruppe auf ein Minimum reduziert wird, wobei für Teillastbetrieb die Leistungsaufnahme der Aggregategruppe frei wählbar auf eine Leistung unterhalb der von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Maximalleistung begrenzt wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 36 11 553 C1 bekannt. Die Funktionen Diesel-Überlastschutz, automatische Leerlaufschaltung und Leistungsbegrenzung werden von einem Mikroprozessorregler überwacht und geregelt. Für die Leistungsbegrenzung sind regelbare hydraulische Verstellpumpen vorgesehen, die nach wählbar vorgegebenen Leistungskurven stellbar sind, wobei die Wahl der Leistungskurve durch Programmwahl am Mikroprozessor erfolgt und so niedrigere Leistungsbereiche der Verstellpumpen über Proportionalventile ansteuerbar sind. Die Leistungsbegrenzung erfolgt also durch eine hydraulische Leistungsregelung, was aufwendig und teuer ist, während der Dieselmotor eine unveränderte Leistung abgibt. Die in der genannten DE-OS beschriebene automatische Leerlaufschaltung dient nicht der Leistungsbegrenzung des Dieselmotors bei gewünschter Leistungsbegrenzung der gesamten Antriebseinheit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den genannten Nachteil zu vermeiden und ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zur Verfügung zu stellen, das wirtschaftlicher arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Teillastbetrieb der Verbrennungsmotor im Bereich der Leerlaufabregelkennlinie betrieben wird. Im Bereich der Leerlaufabregelkennlinie, d. h. im Bereich zwischen einer willkürlich vorgegebenen Solldrehzahl, bei der bei Belastung des Verbrennungsmotors eine bestimmte Leistung von diesem abgegeben wird, und der oberen Leerlaufdrehzahl, also derjenigen Drehzahl, die der Verbrennungsmotor bei der vorgegebenen Solldrehzahl ohne Belastung erreicht, wird die Kraftstoffmenge und damit die Abgabeleistung bis auf einen Minimalwert reduziert, um zu verhindern, daß die Verbrennungsmaschine durch unbelastetes Hochdrehen Schaden nimmt.

Durch den erfindungsgemäßen Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors in diesem Bereich wird daher nicht nur die Abgabeleistung der Aggregategruppe, sondern auch die Abgabeleistung des Motors reduziert, so daß die Energiebilanz günstiger wird. Dieses Verfahren ist insbesondere auch deshalb von Vorteil, weil die an den Motor angeschlossene Aggregategruppe trotz verringerter Leistung mit annähernd gleichbleibender Geschwindigkeit weiterbetrieben werden kann. Wenn die Leistungsbegrenzung im Wege einer Drehzahlverringerung erreicht werden würde, würde sich auch die Arbeitsgeschwindigkeit der Aggregategruppe verringern.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes im Teillastbetrieb die Arbeitsdrehzahl des Grenzlastreglers auf einen einer gewünschten Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors entsprechenden Drehzahlwert zwischen der Nenndrehzahl und der oberen Leerlaufdrehzahl eingestellt wird. Die Leistungsbegrenzung erfolgt also durch den ohnehin vorhandenen elektronischen Drehzahlregler, so daß eine aufwendige hydraulische Leistungsbegrenzung entfallen kann.

Bei einem Antrieb der Aggregategruppe durch einen Dieselmotor mit Einspritzpumpe ist es günstig, die Einspritzmenge der Einspritzpumpe durch ein Drehzahlstellglied zu regeln, das sowohl durch die automatische Leerlaufschaltung als auch durch die Grenzlastregelung und die Leistungsbegrenzung elektrisch angesteuert wird. Diese Funktionen sind also mit sehr geringem Aufwand realisierbar, weil das für die automatische Leerlaufschaltung benötigte elektrische Drehzahlstellglied für die Regelung der Einspritzmenge und damit für die Leistungsbegrenzung und die Grenzlastregelung mitbenutzt wird.

Eine zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, die automatische Leerlaufschaltung in Abhängigkeit von der Schwankungsbreite der Istdrehzahl des Verbrennungsmotors erfolgen zu lassen und bei geringer Schwankungsbreite zeitverzögert die Leerlaufdrehzahl einzustellen. Dabei wird die Ruhephase des Fahrers aus der Istdrehzahl des Verbrennungsmotors detektiert. Die Drehzahl schwankt nämlich bei einem Arbeitsspiel, z. B. bei einem hydraulischen Bagger, erheblich, ändert sich hingegen ohne Lastanforderung nicht. Wenn auf Leerlaufdrehzahl geschaltet wurde, wird bei Absinken dieser Drehzahl infolge Belastung der Verbraucher wieder auf die ursprgl. eingestellte Drehzahl zurückgeschaltet. Bei der Leerlaufdrehzahl kann es sich sowohl um die untere als auch um die obere Leerlaufdrehzahl handeln.

Die Erfindung soll anhand der nachstehenden schematischen Figur in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden:

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

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

Bei den Antriebseinheiten des Standes der Technik wird zur Leistungsbegrenzung ein niedrigerer Leistungsbereich der Verstellpumpen der hydraulischen Aggregategruppe durch eine hydraulische Leistungsregelung angesteuert, wobei die Leistungsabgabe des Dieselmotors unverändert hoch bleibt.

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

Die kennlinienbedingte Drehzahländerung zwischen der Nenndrehzahl und der oberen Leerlaufdrehzahl beträgt im allgemeinem etwa 5 bis 10% der Nenndrehzahl. Der Regelbereich des Grenzlastreglers sollte relativ zu diesem bereits engen Bereich der Leerlaufabregelkennlinie klein sein, um eine möglichst genaue Leistungsbegrenzung zu verwirklichen. Um dies zu erreichen, d. h. eine möglichst exakte Einhaltung der gewünschten Leistung zu erhalten, muß daher der schraffierte Regelbereich n des Grenzlastreglers im Punkt n_C möglichst klein gehalten werden, damit die zu der gewünschten Leistungsabgabe gehörige Drehzahl möglichst genau eingehalten wird. Damit die Genauigkeitsanforderung an die Drehzahlkonstanz verringert werden kann, ist es daher sinnvoll, durch eine geeignete Steuerung oder Regelung die Steigung der Kennlinie zu verringern. Es kann dadurch mit geringerer Drehzahlgenauigkeit die gleiche Leistung eingestellt werden wie auf einer steileren Leerlaufabregelkennlinie. Durch andere geeignete Maßnahmen, z. B. einen Eingriff in die Einspritzpumpe, kann auch der Punkt A zu anderen Drehzahlwerten hin verschoben werden.

Wenn die Dieseldrehzahl über längere Zeit nur unwesentlich schwankt, d. h. wenn die tatsächliche Schwankungsbreite n im Verhältnis zur durch die Grenzlastregelung möglichen Schwankungsbreite sehr klein ist, kann daraus geschlossenwerden, daß keine Lastanforderung vorliegt und der Fahrer eine Ruhephase hat, woraufhin die Drehzahl zeitverzögert auf die untere Leerlaufdrehzahl n_UL oder die obere Leerlaufdrehzahl n_OL zurückgenommen wird. Ein Zurückschalten auf die ursprgl. eingestellte Drehzahl erfolgt, sobald ein weiteres Absinken der Leerlaufdrehzahl auftritt, woraus nämlich geschlossen werden kann, daß eine erneute Lastanforderung vorliegt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betreiben eines aus einem Verbrennungsmotor und einer hydraulischen Aggregategruppe bestehenden Antriebseinheit, bei dem die dem Verbrennungsmotor zugeführte Kraftstoffmenge von einer proportional wirkenden Drehzahlregelung begrenzt und bei Überlastung des Verbrennungsmotors die Leistungsaufnahme der hydraulischen Aggregategruppe von einem elektronischen Grenzlastregler reduziert wird und bei Nichtleistungsbeanspruchung nach einer wählbar vorgegebenen Zeit der Verbrennungsmotor von einer automatischen Leerlaufschaltung auf Leerlaufdrehzahl eingestellt und die Leistungsaufnahme der Aggregategruppe auf ein Minimum reduziert wird, wobei für Teillastbetrieb die Leistungsaufnahme der Aggregategruppe frei wählbar auf eine Leistung unterhalb der von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Maximalleistung begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teillastbetrieb der Verbrennungsmotor im Bereich der Leerlaufabregelkennlinie betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Teillastbetrieb die Arbeitsdrehzahl des Grenzlastreglers auf einen einer gewünschten Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors entsprechenden Drehzahlwert zwischen der Nenndrehzahl und der oberen Leerlaufdrehzahl eingestellt wird.

3. Verfahren, bei dem die Aggregategruppe von einem Dieselmotor mit Einspritzpumpe angetrieben wird nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmenge der Einspritzpumpe von einem Drehzahlstellglied geregelt wird, das sowohl durch die automatische Leerlaufschaltung als auch durch die Grenzlastregelung und die Leistungsbegrenzung elektrisch angesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Leerlaufschaltung in Abhängigkeit von der Schwankungsbreite der Istdrehzahl des Verbrennungsmotors erfolgt und bei geringer Schwankungsbreite zeitverzögert die Leerlaufdrehzahl eingestellt wird.