DE60314178T2

DE60314178T2 - Verfahren und vorrichtung zum steuern von pumpendrehmoment für hydraulische baumaschine

Info

Publication number: DE60314178T2
Application number: DE60314178T
Authority: DE
Inventors: Kazunori Tsuchiura-shi NAKAMURA; Yoichi Tsuchiura-shi KOWATARI; Kouji Tsuchiura-shi ISHIKAWA; Yasushi Tsuchiura-shi ARAI
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2023-11-19
Also published as: US8162618B2; KR100674696B1; CN100520022C; DE60314178D1; EP1571339A1; CN1692227A; WO2004053332A1; JP2004190582A; JP4322499B2; US20050160727A1; EP1571339A4; EP1571339B1; KR20050004221A; ATE363598T1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pumpendrehmoment-Steuerverfahren und -system für eine hydraulische Baumaschine, in welcher ein Dieselmotor als Antriebsaggregat installiert ist und eine hydraulische Verstellpumpe zum Antreiben eines Aktuators vom Motor angetrieben wird.
Stand der Technik
Im Allgemeinen ist in einer hydraulischen Baumaschine, wie einem hydraulischen Bagger, ein Dieselmotor als Antriebsaggregat installiert, und eine hydraulische Stellpumpe wird vom Motor angetrieben, um einen Aktuator anzutreiben und dadurch eine vorbestimmte Arbeit auszuführen. In diesem Typ der hydraulischen Baumaschine wird die Motorsteuerung im Allgemeinen durch Einstellen einer vorgegebenen Kraftstoffeinspritzmenge und Steuern eines Kraftstoff-Injektors entsprechend der vorgegebenen Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt.
Daneben erfolgt die Steuerung der Hydraulikpumpe im Allgemeinen als Verstellsteuerung in Übereinstimmung mit einer geforderten Durchflussmenge und als Drehmomentsteuerung (Leistungs-Steuerung) gemäß einem Pumpenförderdruck. Bei der Drehmomentsteuerung der Hydraulikpumpe wird durch Verringerung der Verstellung der Hydraulikpumpe bei ansteigendem Pumpenförderdruck ein Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe so gesteuert, dass ein im Voraus eingestelltes maximales Absorptionsdrehmoment nicht überstiegen wird, um dadurch eine Überlastung des Motors zu verhindern.
Eine beispielsweise in der JP-A 57-65822 oder in der US-A 4 606 313 offenbarte Drehzahlerfassungssteuerung ist als eine Technik zur effektiven Verwendung der Ausgangsleistung eines Motors in der vorgenannten Drehmomentsteuerung der Hydraulikpumpe bekannt. Die beschriebene Drehzahlerfassungssteuerung enthält die Schritte des Umwandelns einer Abweichung einer Ist-Drehzahl von einer Soll-Drehzahl des Motors in einen Drehmoment-Modifikationswert, Addieren oder Subtrahieren des Drehmoment-Modifikationswerts zu oder von einem Pumpenbasisdrehmoment zum Erhalt eines Zielwertes des maximalen Absorptionsdrehmoments, und Steuern des maximalen Absorptionsdrehmoments einer Hydraulikpumpe zur Abstimmung mit dem Zielwert. Wenn bei der Drehzahlerfassungssteuerung die Motordrehzahl (aktuelle Drehzahl) sinkt, vermindert sich auch das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe, um ein Stehenbleiben des Motors zu verhindern. Als ein Ergebnis kann das maximale Absorptionsdrehmoment (Einstellwert) der Hydraulikpumpe näher einem maximales Ausgangsdrehmoment des Motors gesetzt und damit die Ausgangsleistung des Motors effektiv genutzt werden.
Ferner sind verbesserte Techniken der in einer Drehmomentsteuerung der Hydraulikpumpe durchgeführten Drehzahlerfassungssteuerung in der JP-A-11-101183 , JP-A-2000-73812 , JP-A 2000-73960 , usw., beschrieben. Mit diesen verbesserten Techniken werden Umgebungsfaktoren (wie der Atmosphärendruck, Kraftstofftemperatur und Kühlwassertemperatur), welche die Motorausgangsleistung beeinflussen, durch Sensoren erfasst, ein Modifikationswert des Pumpenba sisdrehmoments wird erhalten durch Bezugnahme auf vorgegebene Karten basierend auf den erfassten Werten, und das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe wird entsprechend dem Modifikationswert geändert. Auch wenn daher die Motorausgangsleistung aufgrund von Umgebungsänderungen sinkt, wird das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe durch die Drehzahlerfassungssteuerung unter Schwerlastbedingung vermindert, um ein Stehenbleiben des Motors zu verhindern. Gleichzeitig kann ein von der Drehzahlerfassungsteuerung verursachtes Absinken der Drehzahl des Antriebsaggregats vermindert und eine ausreichende Arbeitsfähigkeit erhalten werden.
Offenbarung der Erfindung
Jedoch weist der vorstehend beschriebene Stand der Technik die folgenden Probleme auf.
Eine Ausgangsdrehmomentcharakteristik eines Dieselmotors ist aufgeteilt in eine Charakteristik entsprechend einem Regulationsbereich (Teillastbereich) und eine Charakteristik entsprechend einem Volllastbereich. Der Regulationsbereich ist ein Ausgangsbereich, in dem die von einem Kraftstoffinjektor eingespritzte Kraftstoffmenge kleiner als 100 % ist, und der Volllastbereich ist ein maximaler Ausgangsdrehmomentbereich, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge 100 % beträgt. Die Motorausgangsleistung variiert in Abhängigkeit von Umgebungsänderungen und Motorbetriebszuständen incl. der Kraftstoffqualität, und die Motorausgangscharakteristik verändert sich entsprechend.
Wenn bei der in der JP-A-57-65822 , etc., offenbarten allgemeinen Drehzahlerfassungssteuerung die Motorausgangsleistung einen ausreichenden Spielraum hat und das maximale Ausgangsdrehmoment in dem Regulationsbereich der Motorausgangscharakteristik größer ist als das Pumpenbasisdrehmoment (d.h. das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe) in der Drehzahlerfassungssteuerung, liegt ein Anpassungspunkt zwischen dem Motorausgangsdrehmoment und dem Pumpenabsorptionsdrehmoment in der Drehzahlerfassungssteuerung in dem Regulationsbereich unter einer Hochlastbedingung. Daher ist die Motordrehzahl auf die Soll-Drehzahl abgestimmt, und das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe kann verringert werden, um ein Stehenbleiben des Motors ohne Absenken der Motordrehzahl zu verhindern. Wenn die Motorausgangsleistung aufgrund einer Verminderung der Einlassluftmenge (Umgebungsänderung), der Verwendung von minderwertigem Kraftstoff, etc., sinkt, und das maximale Ausgangsdrehmoment in dem Regulationsbereich der Motorausgangscharakteristik kleiner als das Pumpenbasisdrehmoment (d.h. das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe) in der Drehzahlerfassungssteuerung wird, wird das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe zur Verringerung durch die Drehzahlerfassungssteuerung gesteuert. Gleichzeitig verschiebt sich jedoch der Anpasspunkt zwischen dem Motorausgangsdrehmoment und dem Pumpenabsorptionsdrehmoment aus dem Regulationsbereich zum Volllastbereich, wodurch die Motordrehzahl unter die Soll-Drehzahl absinkt. Wann immer eine solche Verschiebung während einer Arbeit auftritt, in welcher sich der Lastzustand zu einem Hochlast-Zustand ändert, z.B. Erd- und Sand-Aushubarbeiten, sinkt die Motordrehzahl, was Geräu sche verursacht und dem Bediener ein unangenehmes oder ermüdendes Gefühl vermittelt.
Bei der in der JP-A 11-101183 , JP-A 2000-73812 , JP-A 2000-73960 , etc., beschriebenen Geschwindigkeitserfassungssteuerung wird das Pumpenbasisdrehmoment modifiziert in Reaktion auf ein Absenken der Motorausgangsleistung, das durch Änderungen der von Sensoren erfassten Umgebungsfaktoren verursacht wird, wie des Atmosphärendrucks, der Kraftstofftemperatur und der Kühlwassertemperatur, sodass die durch die Drehzahlerfassungssteuerung verursachte Absenkung der Motordrehzahl verhindert werden kann. Da allerdings diese bekannten Techniken die auf verschiedene Umgebungsfaktoren vorab abgestimmten Sensoren anwenden und die von den Sensoren erfassten Werte verwenden, sind sie nicht verwendbar für eine Verringerung der Motorausgangsleistung, die auf diese nicht vorher bestimmbaren Umgebungsfaktoren zurückzuführen sind. Daneben sind diese bekannten Techniken auch nicht für ein Absenken der Maschinenausgangsleistung aufgrund anderer Faktoren anwendbar, wie z.B. der Verwendung von minderwertigem Kraftstoff, die von Sensoren nur schwer erfasst werden können. Ferner sind viele Sensoren erforderlich, um die verschiedenen Umgebungsfaktoren zu erfassen, und Karten in der gleichen Anzahl wie die der Sensoren müssen angefertigt und in einem Regler installiert werden, was zu erhöhten Kosten führt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pumpendrehzahl-Steuerverfahren und -system für eine hydraulische Baumaschine zu schaffen, das durch Verringerung eines maximalen Absorptionsdrehmoments einer Hydraulikpumpe unter Hochlast-Bedingung ein Stehenbleiben eines Motors verhindern kann, und das das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe absenken kann ohne Verringerung einer Motordrehzahl, wenn sich die Motorausgangsleistung aufgrund von Umgebungsänderungen, der Verwendung von minderwertigem Kraftstoff oder aus anderen Gründen verringert hat, das für jegliche Arten von ein Absinken der Motorausgangsleistung verursachenden Faktoren geeignet ist, wie solche Faktoren, die nicht vorbestimmt oder die von Sensoren nur schwer erfasst werden können, und das mit verminderten Kosten hergestellt werden kann, weil keine Nowendigkeit für Sensoren, wie Umgebungssensoren, besteht.
(1) Zur Lösung der obigen Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung ein Pumpendrehmoment-Steuerverfahren einer hydraulischen Baumaschine vor, das die Merkmale des Anspruchs 1 enthält.
Wenn mit diesen Merkmalen der Motorbelastungswert einen Zielwert unter Hochlastbedingung überschreitet, wird das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe so gesteuert, dass die Motorbelastung auf dem Zielwert gehalten wird. Daher kann unter Hochlastbedingung ein Stehenbleiben des Motors durch Absenken des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe verhindert werden.
Auch im Falle der aufgrund von Umgebungsänderung, der Verwendung von minderwertigem Kraftstoff oder anderen Gründen abgesenktem Motorausgangsleistung, wenn die Motorbelastung einen Zielwert unter Hochleistungsbedingung überschreitet, wird auch das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe so gesteuert, dass die Motorbelastung auf dem Zielwert gehalten wird. Demzufolge kann das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe ohne Absenken der Motordrehzahl vermindert werden.
Wegen der Steuerung zum Halten der Motorlast auf dem Zielwert, wird ferner die Steuerung unabhängig von einem Faktor durchgeführt, der ein Absinken der Motorleistung verursacht, sodass, wenn sich das maximale Ausgangsdrehmoment in dem Regulationsbereich verringert, das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe, d.h. die Belastung, ebenfalls automatisch vermindert werden kann. Daher ist das Steuerverfahren für die Absenkung der Motordrehzahl anwendbar, die durch irgendwelche Faktoren verursacht wird, welche nicht vorhergesagt oder durch Sensoren nur schwer bestimmt werden können. Da ferner keine Notwendigkeit für Sensoren, wie Umgebungssensoren, besteht, können die Herstellungskosten reduziert werden.
(2) In obigem (1) wird vorzugsweise der Schritt der Berechnung des Belastungswerts durchgeführt durch Voreinstellung eines Verhältnisses zwischen einer von dem Kraftstoffinjektor-Regler berechneten Soll-Kraftstoffeinspritzmenge und einem Motordrehmomentgrenzwert und Bestimmen des Belastungswerts als den Motordrehmomentgrenzwert entsprechend der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge zu dieser Zeit.
Mit diesen Merkmalen kann die gegenwärtige Motorbelastung unter Verwendung der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge berechnet werden, die von dem Kraftstoffeinspritz-Regler berechnet wurde.
(3) Ebenfalls in vorstehendem (1) wird vorzugsweise der Schritt der Steuerung des maximalen Absorptionsdrehmoments durchgeführt durch Berechnen einer Abweichung des Belastungswerts von einem Sollwert, Modifizieren eines auf der berechneten Abweichung basierenden Pumpenbasisdrehmoments und Steuern des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe in Abstimmung mit einem modifizierten Pumpenbasisdrehmoment.
Mit diesen Merkmalen kann das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe so gesteuert werden, dass die gegenwärtige Motorbelastung auf dem Zielwert gehalten wird.
(4) Weiterhin enthält in vorstehenden (1) bis (3) das Pumpendrehmoment-Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ferner die Schritte der gleichzeitigen Steuerung des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe, sodass der Belastungswert auf seinem Zielwert gehalten wird, Berechnen einer Abweichung der gegenwärtigen Drehzahl von einer Soll- bzw. Zieldrehzahl des Motors und Steuern des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe, sodass sich die Abweichung verringert.
Mit diesen Merkmalen kann das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe gesteuert werden durch Kombination der Steuerung gemäß der Erfindung und der bekannten Drehzahlerfassungssteuerung. Daher kann das Steuer-Ansprechverhalten, auch wenn eine abrupte Belastung aufgebracht wird, verbessert werden.
(5) Zur Lösung der obigen Aufgabe liefert die vorliegende Erfindung ein Pumpendrehmoment-Steuersystem für eine hydraulische Baumaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
Mit diesen Merkmalen kann in gleicher Weise wie in oben beschriebenem (1) ein Stehenbleiben des Motors durch Verringerung des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe unter Hochlastbedingung verhindert werden. Wenn die Motorleistung aufgrund von Umgebungsänderungen, die Verwendung von minderwertigem Kraftstoff oder aus anderen Gründen sinkt, kann das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe verringert werden, ohne Absenkung der Motordrehzahl. Ferner ist das Steuersystem für alle Faktoren einsetzbar, die ein Absinken der Motordrehzahl herbeiführen, wie solche Faktoren, die nicht im Voraus bestimmt oder schwer durch Sensoren erfasst werden können. Da ferner keine Notwendigkeit für Sensoren, wie Umgebungssensoren, besteht, können die Herstellungskosten reduziert werden.
(6) Im obigen (5) stellt das erste Mittel im Voraus ein Verhältnis zwischen einer vom Kraftstoffinjektor-Regler berechneten Soll-Kraftstoffeinspritzmenge und einem Motordrehmomentgrenzwert ein und bestimmt den Belastungswert als den Motordrehmomentgrenzwert entsprechend der Zielkrafstoffeinspritzmenge zu dieser Zeit.
Mit diesen Merkmalen kann der gegenwärtige Belastungswert des Motors unter Verwendung der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge berechnet werden, die vom Kraftstoffinjektor-Regler berechnet wurde.
(7) Im obigem (5) berechnen vorzugsweise ferner die zweiten Mittel eine Abweichung des Belastungswerts von seinem Sollwert, modifizieren ein Pumpenbasisdrehmoment basierend auf der errechneten Abweichung und steuern das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe zur Anpassung an ein modifiziertes Pumpenbasisdrehmoment.
Mit diesen Merkmalen kann das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe so gesteuert werden, dass der gegenwärtige Belastungswert des Motors auf dem Ziel- bzw. Sollwert gehalten wird.
(8) In obigem (7) integrieren vorteilhaft die zweiten Mittel die Abweichung zum Bestimmen eines Pumpenbasisdrehmoment-Modifizierwertes und addieren den bestimmten Pumpenbasisdrehmoment-Modifizierwert zu dem Pumpenbasisdrehmoment und modifizieren dadurch das Pumpenbasisdrehmoment.
Mit diesen Merkmalen kann das Pumpenbasisdrehmoment unter Verwendung der Abweichung des Belastungswertes von seinem Sollwert modifiziert werden.
(9) In obigen (5) bis (8) enthält das Pumpendrehmoment-Steuersystem weiterhin vorzugsweise dritte Mittel zum Berechnen einer Abweichung einer aktuellen Drehzahl von einer Soll-Drehzahl des Motors und zum Steuern des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe, sodass sich die Abweichung reduziert.
Mit diesen Merkmalen kann das maximale Absorptionsdrehmoment durch Kombination der Steuerung gemäß der Erfindung und der be kannten Drehzahlerfassungs-Steuerung gesteuert werden. Daher kann das Ansprechverhalten auch bei abruptem Lastwechsel verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm einer Motor/Pumpen-Steuereinheit mit einem Pumpendrehmoment-Steuersystem für eine hydraulische Baumaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist ein hydraulisches Schaltbild einer Ventileinheit und von Aktuatoren.
3 ist ein Diagramm eines Vorsteuer-Betriebssystems für Durchflusssteuerventile.
4 ist eine Graphik der Steuercharakteristiken des Pumpenabsorptionsdrehmoments, das durch ein zweites Servoventil eines Pumpenreglers erhalten worden ist.
5 ist ein Blockdiagramm von Reglern (Maschinenkörperregler und Motorkraftstoffeinspritzregler), die eine arithmetische Steuersektion der Motor/Pumpen-Steuereinheit bilden, und zeigt Eingangs/Ausgangs-Verhältnisse dieser Regler.
6 ist ein funktionales Blockdiagramm der Prozessfunktionen des Maschinenkörperreglers.
7 ist ein funktionales Blockdiagramm der Prozessfunktionen des Kraftstoffeinspritzreglers.
8 ist eine Graphik der Ausgangsdrehmomentcharakteristik, die sich ergibt, wenn ein Motor eine Referenzausgangsdrehmomentcharakteristik hat und die Umgebung (inclusive Kraftstoffqualität), welcher der Motor ausgesetzt ist, sich in einem Referenzzustand befindet.
9 ist ein eine Graphik eines Anpasspunktes zwischen dem Motorausgangsdrehmoment und dem Pumpenabsorptionsdrehmoment in der bekannten Drehzahlerfassungssteuerung.
10 ist eine Graphik eines Anpasspunktes zwischen dem Motorausgangsdrehmoment und dem Pumpenabsorptionsdrehmoment in der Pumpendrehmomentsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Blockdiagramm von Reglern (d.h. eines Maschinenkörperreglers und eines Motorkraftstoffeinspritzreglers), die eine arithmetische Steuersektion einer Motor/Pumpen-Steuereinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bilden, und zeigt Eingangs/Ausgangs-Verhältnisse dieser Regler.
12 ist ein funktionales Blockdiagramm der Prozessfunktionen des Maschinenkörperreglers.
Beste Ausführungsart der Erfindung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die vorliegende Erfindung bei einer Motor/Pumpen-Steuereinheit für einen hydraulischen Bagger angewendet.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nunmehr anhand der 1 bis 8 beschrieben.
In 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 hydraulische Verstellpumpen vom z.B. Taumelscheibentyp. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Pilot- bzw. Steuerdruckpumpe mit fester Verdrängung. Die Hydraulikpumpen 1, 2 und die Steuerdruckpumpe 9 sind mit einer Ausgangswelle 11 eines Antriebsaggregats 10 verbunden und werden von diesem Antriebsaggregat 10 angetrieben.
Eine in 2 dargestellte Ventileinheit 5 ist mit Förderleitungen 3, 4 der Hydraulikpumpen 1, 2 verbunden. Ein Hydraulikfluid wird zu einer Mehrzahl von Aktuatoren 50 bis 56 über die Ventileinheit 5 gefördert, um dadurch die Aktuatoren anzutreiben. Ein Steuerdruck-Entlastungsventil 9b zum Halten des Förderdruckes der Steuerdruckpumpe 9 auf einen bestimmten Druck ist mit der Förderleitung 9a der Steuerdruckpumpe 9 verbunden.
Einzelheiten der Ventileinheit 5 werden weiter unten beschrieben.
Nach 2 besitzt die Ventileinheit 5 zwei Ventilgruppen mit jeweils Durchfluss-Steuerventilen 5a bis 5d und Durchfluss-Steuerventilen 5e bis 5i. Die Durchfluss-Steuerventile 5a bis 5d sind an einer mit der Förderleitung der Hydraulikpumpe verbundenen zentralen Bypassleitung 5j positioniert und die Durchfluss-Steuerventile 5e bis 5i sind an einer zentralen Bypassleitung 5k positioniert, welche mit der Förderleitung 4 der Hydraulikpumpe 2 verbunden ist. Ein Hauptsicherheits- bzw. -entlastungsventil 5m zum Bestimmen eines Maximalwertes des Förderdruckes der Hydraulikpumpen 1, 2 ist in den Förderleitungen 3, 4 angeordnet.
Die Durchfluss-Steuerventile 5a bis 5d und die Durchfluss-Steuerventile 5e bis 5i sind jeweils vom zentralen Bypass-Typ. Das von den Hydraulikpumpen 1, 2 geförderte Hydraulikfluid wird einem oder mehreren der entsprechenden Aktuatoren 50–56 über die zugehörigen Durchfluss-Steuerventile zugeführt. Der Aktuator 50 ist ein Hydraulikmotor zum Fahren an der rechten Seiten (d.h. ein rechter Fahrmotor) und der Aktuator 51 ist ein Hydraulikzylinder für einen Kübel (d.h. ein Kübelzylinder). Der Aktuator 52 ist ein Hydraulikzylinder für einen Ausleger (d.h. ein Auslegerzylinder), und der Aktuator 53 ist ein Hydraulikmotor für eine Schwingbewegung (d.h. ein Schwingmotor). Der Aktuator 54 ist ein Hydraulikzylinder für einen Arm (d.h. ein Armzylinder), der Aktuator 55 ist ein Ersatz-Hydraulikzylinder und der Aktuator 56 ist ein Hydraulikmotor zum Fahren an der linken Seiten (d.h. ein linker Fahrmotor). Das Durchfluss-Steuerventil 5a dient zum Fahren an der rechten Seite und das Durchfluss-Steuerventil 5b bedient den Kübel. Das Durchfluss-Steuerventil 5c bedient einen ersten Ausleger und das Durchfluss-Steuerventil 5d bedient einen zweiten Arm. Das Durchfluss-Steuerventil 5e dient zum Hin- und Herschwingen, das Durchfluss-Steuerventil 5f bedient einen ersten Arm und das Durchfluss-Steuerventil 5g bedient einen zweiten Ausleger. Das Durchfluss-Steuerventil 5h dient zum Ersatz und das Durchfluss-Steuerventil 5i bedient den Fahrantrieb an der linken Seite. Anders gesagt, sind zwei Durchfluss-Steuerventile 5g, 5c in Zuordnung zu dem Auslegerzylinder 52 vorgesehen und zwei Durchfluss-Steuerventile 5d, 5f sind in Zuordnung zu dem Armzylinder 54 vorgesehen, wobei jeweils hydraulische Fluide aus den beiden Hydraulikpumpen 1, 2 in einer Verbundbahn zur Bodenseite sowohl des Auslegerzylinders 52 als auch des Armzylinders 54 zugeführt werden können.
3 zeigt ein Betriebsvorsteuersystem für die Durchfluss-Steuerventile 5a bis 5i.
Die Durchfluss-Steuerventile 5i, 5a werden betätigt zum Verschieben durch Betriebs-Steuerdrücke TR1, TR2; TR3, TR4, die von Betriebs-Steuervorrichtungen 39, 38 einer Betriebseinheit 35 erzeugt werden. Das Durchfluss-Steuerventil 5b und die Durchfluss-Steuerventile 5c, 5g werden betätigt zum Verschieben durch Betriebs-Steuerdrücke BKC, BKD; BOD, BOU, die von Betriebs-Steuervorrichtungen 40, 41 einer Betriebseinheit 36 erzeugt werden. Die Durchfluss-Steuerventile 5d, 5f und das Durchfluss-Steuerventil 5e werden betätigt zum Verschieben durch Betriebs-Steuerdrücke ARC, ARD; SW1, SW2, die von Betriebs-Steuervorrichtungen 40, 43 einer Betriebseinheit 37 erzeugt werden. Das Durchfluss-Steuerventil 5h wird zum Verschieben betätigt durch Betriebs-Steuerdrücke AU1, AU2, die von einer Betriebs-Steuervorrichtung 44 erzeugt werden.
Die Betriebs-Steuervorrichtungen 38–44 haben Paare von Steuerventilen (Druckreduzierventilen) 38a, 38b–44a, 44b. Ferner haben die Betriebs-Steuervorrichtungen 38, 39 und 44 jeweils Steuerpedale 38c, 39c und 44c. Die Betriebs-Steuervorrichtungen 40, 41 haben einen gemeinsamen Steuerhebel 40c und die Betriebs-Steuervorrichtungen 42, 43 haben einen gemeinsamen Steuerhebel 42c. Wenn eines der Steuerpedale 38c, 39c und 44c oder einer der Steuerhebel 40c, 42c betätigt wird, wird das Steuerventil der zugehörigen Betriebs-Steuervorrichtung entsprechend der Betätigungsrichtung verstellt und ein Betriebs-Steuerdruck wird in Abhängigkeit von dem Eingangswert erzeugt, um den das Steuerpedal oder der Hebel betätigt worden ist.
Wechselventile 61–67, Wechselventile 68, 69 und 100, Wechselventile 101, 102 und ein Wechselventil 103 sind in einer hierarchischen Anordnung mit den Ausgangsleitungen der jeweiligen Steuerventile der Betriebs-Steuervorrichtungen 38–44 verbunden. Die Wechselventile 61, 63, 64, 65, 68, 69 und 101 wirken zusammen zum Bestimmen eines Maximums eines der Betriebs-Steuerdrücke aus den Betriebs-Steuervorrichtungen 38, 40, 41 und 42 als einem Steuerpilotdruck PL1 für die Hydraulikpumpe 1, wohingegen die Wechselventile 62, 64, 65, 66, 67, 69, 100, 102 und 103 zusammenwirken zum Bestimmen eines Maximums der Betriebs-Steuerdrücke aus den Betriebs-Steuervorrichtungen 39, 41, 42, 43 und 44 als einem Steuerpilotdruck PL2 für die Hydraulikpumpe 2.
Die Motor/Pumpen-Steuereinheit mit dem Pumpendrehmoment-Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird in so ausgebildeten hydraulischen Antriebssystemen eingesetzt. Einzelheiten der Motor/Pumpen-Steuereinheit werden weiter unten beschrieben.
Nach 1 sind die Hydraulikpumpen 1, 2 jeweils mit Reglern 7, 8 versehen. Die Regler 7, 8 regulieren die Schwenkpositionen der Taumelscheiben 1a, 2a, d.h. die Verdrängungs-Änderungsmechanismen der Hydraulikpumpen 1, 2, und steuern damit die jeweiligen Pumpenfördermengen.
Die Regler 7, 8 für die Hydraulikpumpen 1, 2 enthalten jeweils Schwenkaktuatoren 20A, 20B (nachfolgend durch 20 angezeigt), erste Servoventile 21A, 21B (nachfolgend durch 21 angezeigt) zum Durchführen einer positiven Schwenksteuerung gemäß den Betriebs-Steuerdrücken aus den Betriebs-Steuervorrichtungen 38–44 gemäß 3, und zweite Servoventile 22A, 22B (nachfolgend durch 22 angezeigt) für die Durchführung der Gesamtleistungssteuerung der Hydraulikpumpen 1 und 2. Diese Servoventile 21, 22 steuern den Druck eines Hydraulikfluids, das von der Steuerpumpe 9 geliefert wird und wirken auf die jeweiligen Schwenkaktuatoren 20, wodurch die Schwenkpositionen der Hydraulikpumpen 1, 2 gesteuert werden.
Einzelheiten der Schwenkaktuatoren 20 und der ersten und zweiten Servoventile 21, 22 werden nachfolgend beschrieben.
Jeder Schwenkaktuator 20 enthält einen Arbeitskolben 20c mit einem Drucklagerteil 20a von größerem Durchmesser und einem Drucklagerteil 20b von kleinerem Durchmesser, die an dessen entgegengesetzen Enden ausgebildet sind, sowie eine Drucklagerkammer 20d von größerem Durchmesser und eine Drucklagerkammer 20e von kleinerem Durchmesser, in denen jeweils die Drucklagerteile 20a, 20b aufgenommen sind. Wenn die Drücke in den beiden Drucklagerkammern 20d und 20e einander gleich sind, wird der Arbeitskolben 20c nach rechts bewegt, wie in 1 gezeigt, und zwar aufgrund einer Differenz der Druckbereiche, woraufhin die Verschwenkung der Taumelplatte 1a oder 1b vermindert wird, um die Pumpenfördermenge zu verringern. Wenn der Druck in der breiteren Drucklagerkammer 20d sinkt, wird der Arbeitskolben 20c nach links bewegt, wie in 1 gezeigt, woraufhin die Verschwenkung der Taumelscheibe 1a oder 2a größer wird, um die Pumpenfördermenge zu erhöhen. Weiterhin ist die breitere Drucklagerkammer 20d über das erste und zweite Servoventil 21, 22 mit einer der Förderleitungen 9a der Steuerpumpe 9 und mit einer zu einem Rücklaufbehälter 12 führenden Rücklaufleitung 13 selektiv verbunden. Die schmalere Drucklagerkammer 20e ist direkt mit der Förderleitung 9a der Steuerpumpe 9 verbunden.
Jedes erste Servoventil 21 für die positive Schwenksteuerung ist ein Ventil, das von einem Steuerdruck aus einem Spulen-Steuerventil 30 oder 31 betätigt wird, um die Schwenkposition der Hydraulikpumpe 1 oder 2 zu steuern. Wenn der Steuerdruck niedrig ist, wird ein Ventilglied 21a des Servoventils 21 durch die Kraft einer Feder 21b nach links bewegt, wie in 1 gezeigt, woraufhin die breitere Drucklagerkammer 20d des Schwenkaktuators 20 mit dem Rücklauf 12 über die Rücklaufleitung 13 verbunden wird, um die Schwenkung der Hydraulikpumpe 1 oder 2 zu erhöhen. Wenn der Steuerdruck ansteigt, wird das Ventilglied 21a des Servoventils 21 nach rechts bewegt, wie in 1 gezeigt, woraufhin der Steuerdruck aus der Steuerdruckpumpe 9 der breiteren Drucklagerkammer 20d zugeführt wird, um die Schwenkung der Hydraulikpumpe 1 oder 2 zu verringern.
Jedes zweite Servoventil 22 für die Gesamt-Leistungssteuerung ist ein Ventil, das betätigt wird durch den Förderdruck der Hydraulik- pumpe 1 oder 2 und einen Steuerdruck aus einem Magnetsteuerventil 32 zur Durchführung der Gesamt-Leistungssteuerung der Hydraulikpumpe 1 oder 2. Mit anderen Worten steuert das zweite Servoventil 22 ein maximales Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1 oder 2 in Übereinstimmung mit dem Steuerdruck aus dem Magnetsteuerventil 32.
Ausführlicher werden die Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1, 2 und der Steuerdruck aus dem Magnetsteuerventil 32 jeweils in die Drucklagerkammern 22a, 22b und 22c des zweiten Servoventils 22 eingeleitet. Wenn die Summe der hydraulischen Kräfte der Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1, 2 und des Steuerdrucks aus dem Magnetsteuerventil 32 kleiner als ein eingestellter Wert ist, der in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einer Kraft einer Feder 22d und einer Hydraulikkraft des in die Drucklagerkammer 22c eingeführten Steuerdrucks ist, wird ein Ventilglied 22e nach rechts bewegt, wie in 1 gezeigt, woraufhin die breitere Drucklagerkammer 22d des Schwenkaktuators 20 mit dem Rücklaufbehälter 12 über die Rücklaufleitung 13 verbunden wird, um die Verschwenkung der Hydraulikpumpe 1 oder 2 zu vergrößern. Wenn die Summe der hydraulischen Kräfte der Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1, 2 über den vorgenannten Einstellwert ansteigt, bewegt sich das Ventilglied 22e nach links, wie in 1 gezeigt, wodurch der Steuerdruck aus der Steuerdruckpumpe 9 zu der Drucklagerkammer 20d übertragen wird, um die Schwenkung der Hydraulikpumpe 1 oder 2 zu verringern. Wenn ferner der Steuerdruck aus dem Magnetsteuerventil 32 niedrig ist, wird der vorgenannte Einstellwert vergrößert, sodass die Verschwenkung der Hydraulikpumpe 1 oder 2 beginnt, sich von einem relativ hohen Förderdruck der Hydraulikpumpe 1 oder 2 zu verringern. Wenn der Steuerdruck aus dem Magnetsteuerventil 32 ansteigt, wird der vorgenannten Einstellwert vermindert, sodass die Verschwenkung der Hydraulikpumpe 1 oder 2 beginnt, sich von einem relativ niedrigen Förderdruck der Hydraulikpumpe 1 oder 2 zu vermindern.
Die 4 zeigt die Charakteristiken der von dem zweiten Servoventil 22 durchgeführten Absorptionsdrehmoment-Steuerung. In 4 repräsentiert die horizontale Achse einen Mittelwert der Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1, 2 und die vertikale Achse die Verschwenkung (Verdrängung) der Hydraulikpumpe 1 oder 2. Wenn der Steuerdruck aus dem Magnetsteuerventil 32 ansteigt (d.h. wenn sich der Einstellwert vermindert, der ensprechend der Differenz zwischen der Kraft der Feder 22d und der in der Drucklagerkammer 22c herrschenden Hydraulikkraft bestimmt wird), ändert sich die Absorptionsdrehmoment-Charakteristik des zweiten Servoventils 22, wie durch A1, A2 und A3 in dieser Reihenfolge gezeigt, und ein maximales Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1 oder 2 ändert sich wie durch T1, T2 und T3 in dieser Reihenfolge gezeigt. Auch wenn der Steuerdruck aus dem Magnetsteuerventil 32 absinkt (d.h. falls sich der Einstellwert vergrößert, der in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Kraft der Feder 22d und der in der Drucklagerkammer 22c wirkenden Hydraulikkraft bestimmt wird), ändert sich die Absorptionsdrehmoment-Charakteristik des zweiten Servoventils 22, wie durch A1, A4 und A5 in dieser Reihenfolge gezeigt, und das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1 oder 2 ändert sich, wie durch T1, T4 und T5 in dieser Reihenfolge gezeigt. Mit anderen Worten wird durch Anstieg des Steuerdruckes zur Verringerung des Einstellwerts das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1 oder 2 vermindert und durch Absenken des Steuerdrucks zur Vergrößerung des Einstellwertes das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1 oder 2 vergrößert.
Die Magnetsteuerventile 30, 31 und 32 sind Proportionaldruck-Reduzierventile, die jeweils von Treiberströmen SI1, SI2 und SI3 be tätigt werden. Die Magnetsteuerventile 30, 31 und 32 werden betrieben, um die Ausgangssteuerdrücke zu maximieren, wenn die Treiberströme SI1, SI2 und SI3 auf einem Minimum sind, und um die Ausgangssteuerdrücke abzusenken, wenn sich die Treiberströme SI1, SI2 und SI3 vergrößern. Die Treiberströme SI1, SI2 und SI3 werden von einem in 5 dargestellten Maschinenkörper-Regler 70 ausgegeben.
Die Antriebsmaschine 10 ist ein Dieselmotor und enthält einen elektronischen Kraftstoffinjektor 14, der entsprechend einem Signal betätigt wird, welches eine Soll-Kraftstoffeinspritzmenge FN1 anzeigt. Das Befehlssignal wird von einem in 5 dargestellten Kraftstoffeinspritzregler 80 ausgegeben. Der elektronische Kraftstoffinjektor 14 steuert die Drehzahl und die Leistung der Antriebsmaschine 10 (im Folgenden als "Motor" bezeichnet).
Es ist eine Soll-Motordrehzahl-Eingabeeinheit 71 vorgesehen, über die der Bediener manuell eine Soll-Drehzahl NR1 für den Motor 10 eingibt. Ein die Soll-Drehzahl NR1 anzeigendes Eingabesignal wird in dem Maschinenkörper-Regler 70 und dem Motorkraftstoffeinspritzregler 80 aufgenommen. Die Soll-Motordrehzahl-Eingabeeinheit 71 ist ein elektrisches Eingabemittel, z.B. ein Potentiometer, und der Bediener gibt eine Solldrehzahl als eine Referenz vor (d.h. eine Soll-Referenzdrehzahl).
Ferner sind ein Drehzahlsensor 72 zum Erfassen einer Ist-Drehzahl NE1 des Motors 10 und Drucksensoren 73, 74 (vgl. 3) zum Erfassen der jeweiligen Steuerdrücke PL1, PL2 für die Hydraulikpumpen 1, 2 vorgesehen.
5 zeigt Eingangs/Ausgangs-Beziehungen aller Signale zu und von dem Maschinenkörper-Regler 70 und dem Kraftstoffeinspritzregler 80.
Der Maschinenkörperregler 70 empfangt ein Signal, das die Soll-Drehzahl NR1 aus der Soll-Drehzahl-Eingabeeinheit 71 anzeigt, Signale, welche die Pumpensteuerdrücke PL1, PL2 von den Drucksensoren 73, 74 anzeigen, und ein Signal, das einen Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT anzeigt, der von dem Motorkraftstoffeinspritzregler 80 berechnet wurde, und nach Ausführen eines vorbestimmten arithmetischen Prozesses auf der Basis dieser Eingangssignale gibt er die Treiberströme SI1, SI2 und SI3 zu den Magnetsteuerventilen 30–32 ab. Der Motorkraftstoffeinspritzregler 80 erhält das Signal, das die Solldrehzahl NR1 aus der Solldrehzahl-Eingabeeinheit 71 anzeigt, und ein Signal, das die Ist-Drehzahl NE1 aus dem Drehzahlsensor 72 anzeigt, und nach Ausführen eines vorbestimmten arithmetischen Prozesses auf der Basis dieser Eingangssignale gibt er ein Signal aus, das die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge FN1 zu dem elektronischen Kraftstoffinjektor 14 anzeigt. Auch der Motorkraftstoff-Einspritzregler 80 berechnet den Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT und gibt das berechnete Signal an den Maschinenkörper-Regler 70 aus.
Hier bedeutet der Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT einen Indexwert einer Motorbelastung, der anzeigt, welchen Wert die gegenwärtige Belastung des Motors 10 annimmt, und der auf der Basis des Soll-Kraftstoffeinspritzwertes FN1 berechnet worden ist (wie später beschrieben).
6 zeigt Prozessfunktionen des Maschinenkörper-Reglers 70 in Bezug zur Steuerung der Hydraulikpumpen 1, 2.
Bezüglich 6 hat der Maschinenkörperregler 70 verschiedene Funtionen, die ausgeführt werden durch Pumpen-Soll-Verschwenkungs-Berechnungseinheiten 70a, 70b, Magnet-Ausgangsstrom-Berechnungseinheiten 70c, 70d, eine Basisdrehmoment-Berechnungseinheit 70e, eine Motordrehmoment-Grenzwert-Einstelleinheit 70m, eine Motordrehmoment-Grenzwert-Abweichungsberechnungseinheit 70n, eine Verstärkungsberechnungseinheit 70p, Pumpendrehmoment-Modifikationswert-Berechnungsintegralelemente 70q, 70r und 70s, eine Pumpenbasisdrehmoment-Modifikationseinheit 70t und eine Magnet-Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 70k.
Die Pumpen-Soll-Verschwenkungs-Berechnungseinheit 70a erhält das den Steuerdruck PL1 an der Seite der Hydraulikpumpe 1 anzeigende Signal und berechnet eine Soll-Verschwenkung θR1 der Hydraulikpumpe 1 entsprechend dem zu dieser Zeit anliegenden Steuerdruck PL1 unter Bezugnahme auf eine Tabelle, die in einem Speicher basierend auf dem Eingangssignal abgelegt ist. Die berechnete Soll-Verschwenkung θR1 ist eine Basis der Referenz-Durchflussmengenbemessung für die positive Schwenksteuerung mit Bezug auf die Eingangswerte, durch welche die Steuerbetriebsvorrichtungen 38, 40, 41 und 42 betrieben werden. Die in dem Speicher abgelegte Tabelle enthält das Verhältnis zwischen PL1 und θR1, sodass, wenn der Steuerdruck PL1 ansteigt, auch die Soll-Verschwenkung θR1 größer wird.
Die Magnet-Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 70c bestimmt für die berechnete Verschwenkung θR1 den Treiberstrom SI1 für die Verschwenksteuerung der Hydraulikpumpe 1, bei welcher θR1 erhalten wird, und gibt danach den bestimmten Treiberstrom SI1 an das Magnetsteuerventil 30 aus.
Auch in der Pumpen-Soll-Verschwenkungs-Berechnungseinheit 70b und der Magnet-Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 70d wird der Treiberstrom SI2 für die Verschwenksteuerung der Hydraulikpumpe 2 aus dem Signal berechnet, das den Pumpensteuerdruck PL2 anzeigt, und danach an das Magnetsteuerventil 31 in gleicher Weise abgegeben.
Die Basisdrehmoment-Berechnungseinheit 70e erhält das Signal, das die Soll-Drehzahl NR1 anzeigt, und berechnet ein Pumpenbasisdrehmoment TR0 entsprechend der derzeitigen Soll-Drehzahl NR1 unter Bezugnahme auf eine Tabelle, die in einem Speicher abgelegt ist, basierend auf dem Eingangssignal. Das berechnete Pumpenbasisdrehmoment TR0 ist ein Referenzdrehmoment, das erhalten wird, wenn ein Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT, der von dem Kraftstoffeinspritzregler 80 berechnet wird, gleich einem Einstellwert ENG1RPTC wird (später beschrieben). Die in dem Speicher abgelegte Tabelle enthält die Beziehung zwischen der Soll-Drehzahl NR1 und dem Pumpenbasisdrehmoment (Referenzdrehmoment) TR0 entsprechend der Änderung der maximalen Ausgangscharaketeristik im Volllastbereich des Motors 10. Unter dem Referenzdrehmoment ist ein Motorausgangsdrehmoment zu verstehen, das sich ergibt, wenn der Motor 10 eine Referenz-Ausgangsdrehmomentcharakteristik hat und die Umgebung (einschließlich Kraftstoffqualität), welcher der Motor 10 ausgesetzt ist, sich in einem Referenzzustand befindet. Beispielsweise entspricht das Pumpenbasisdrehmoment TR0, das sich bei maximaler Einstellung der Soll-Drehzahl NR1 ergibt, dem maximalen Absorptionsdrehmoment T1 der Hydraulikpumpe 1, 2, wie in 4 gezeigt. Obwohl die Motorausgangsleistung in Abhängigkeit von Situationen variiert, ist die vorliegende Erfindung ausgelegt, um derartige Änderungen der Motorausgangsleistung zu kompensieren. Daher ist es nicht erforderlich, dass das Referenzdrehmoment eine hohe Präzision und Genauigkeit in einem engeren Sinne hat.
Die Motordrehmoment-Grenzwert-Einstelleinheit 70m stellt den Einstellwert ENG1RPTC des Motordrehmoment-Grenzwertes ein. Der Einstellwert ENG1RPTC des Motordrehmoment-Grenzwertes ist ein Soll-Grenzwert mit Bezug auf eine erlaubte Pumpenlast (Motorlast), die am Motor 10 wirkt (wie später beschrieben). Zum wirksamen Einsetzen der Motorleistung, ist der Einstellwert ENG1RPTC vorzugsweise ein Wert nahe 100 %, z.B. 99 %.
Die Motordrehmoment-Grenzwertabweichungs-Berechnungseinheit 70n subtrahiert den Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT, der durch den Kraftstoffeinspritzregler 80 berechnet wurde, von dem Einstellwert ENG1RPTC, der in der Einstelleinheit 70m eingestellt worden ist, um dadurch die Abweichung ΔTRY (= ENG1RPTC – ENGTRRT) zwischen diesen zu berechnen.
Die Verstärkungs-Berechnungseinheit 70p berechnet eine integrale Verstärkung KTRY in der Pumpenbasisdrehmoment-Änderungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf eine in einem Speicher abgelegte Tabelle, basierend auf der Abwei chung ΔTRY, die in der Motordrehmoment-Grenzwert-Abweichungs-Berechnungseinheit 70n erhalten wurde. Die berechnete integrale Verstärkung KTRY dient zum Einstellen einer Steuerdrehzahl in der vorliegenden Erfindung. Die in dem Speicher abgelegte Tabelle enthält die Beziehung zwischen ΔTRY und KTRY, um die Steuerverstärkung auf der Plus(+)-Seite größer als die auf der Minus(–)-Seite zu machen, damit das Pumpendrehmoment (Maschinenlast) schnell vermindert wird, wenn der Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT den Einstellwert ENG1RPTC übersteigt (d.h., wenn die Abweichung ΔTRY minus ist).
Die Pumpendrehmoment-Modifizierwert-Berechnungsintegralelemente 70q, 70r und 70s addieren zusammenwirkend die integrale Verstärkung KTRY zu einem Pumpenbasisdrehmoment-Modifizierwert TER0, der in einem vorausgehenden Zyklus berechnet wurde, für die Integration zum Berechnen eines Pumpenbasisdrehmoment-Modifizierwertes TER1.
Die Pumpenbasisdrehmoment-Modifikationseinheit 70t addiert den Pumpenbasisdrehmoment-Modifizierwert TER1 zum Pumpenbasisdrehmoment TR0, das durch die Basisdrehmoment-Berechnungseinheit 70e berechnet worden ist, wodurch ein modifizierten Pumpenbasisdrehmoments TR1 (= TR0 + TER1) berechnet wird. Dieses modifizierte Pumpenbasisdrehmoment wird als Sollwert des maximalen Pumpenabsorptionsdrehmoments verwendet, das in dem zweiten Servoventil 22 für die Gesamtleistungssteuerung eingestellt worden ist.
Die Magnet-Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 70k bestimmt den Treiberstrom SI3 für das Magnetsteuerventil 32, bei welchem das vom zweiten Servoventil 22 gesteuerte maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1, 2 TR1 wird, und gibt danach den so bestimmten Treiberstrom SI3 an das Magnetsteuerventil 32 aus.
Das Magnetsteuerventil 32, das den Treiberstrom SI3 auf diese Weise aufgenommen hat, gibt einen Steuerdruck entsprechend dem aufgenommenen Treiberstrom SI3 aus und steuert den Einstellwert im zweiten Servoventil 22, wodurch das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1, 2 auf TR1 gesteuert wird.
7 zeigt die Prozessfunktionen des Kraftstoffeinspritzreglers 80.
Der Kraftstoffeinspritzregler 80 hat Steuerfunktionen, die durch eine Drehzahlabweichungs-Berechnungseinheit 80a, ein Kraftstoffeinspritzmengen-Wandlungseinheit 80b, integrale Berechnungselemente 80c, 80d und 80e, eine Begrenzungs-Berechnungseinheit 80f und eine Motordrehmoment-Grenzwert-Berechnungseinheit 80g ausgeführt werden.
Die Drehzahlabweichungs-Berechnungseinheit 80a vergleicht die Soll-Drehzahl NR1 und die Ist-Drehzahl NE1 zum Erhalt einer Drehzahlabweichung ΔN (= NR1 – NE1), und die Kraftstoffeinspritzmengen-Wandlereinheit 80b multipliziert die Drehzahlabweichung ΔN mit einer Verstärkung KF zum Berechnen eines Inkrements ΔFN der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge. Die Integral-Berechnungselemente 80c, 80d und 80e addieren zusammenwirkend das Inkrement ΔFN der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge zu der Soll- Kraftstoffeinspritzmenge FN0, die in einem vorangehenden Zyklus berechnet worden ist, für die Integration zur Berechnung einer Soll-Kraftstoffeinspritzmenge FN2. Die Begrenzungs-Berechnungseinheit 80f multipliziert die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge FN2 durch obere und untere Begrenzungen zum Erhalt einer Soll-Kraftstoffeinspritzmenge FN1. Diese Soll-Kraftstoffeinspritzmenge FN1 wird einer Ausgangseinheit (nicht dargestellt) zugeführt, aus welcher ein entsprechender Steuerstrom zu dem elektronischen Kraftstoffinjektor 14 abgegeben wird, um dadurch die Kraftstoffeinspritzmenge zu steuern. Mit einer solchen Anordnung wird die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge FN1 mit der integralen Operation berechnet, sodass, wenn die Ist-Drehzahl NE1 niedriger als die Soll-Drehzahl NR1 ist (d.h. wenn die Drehzahlabweichung ΔN positiv ist), die Soll-Einspritzmenge FN1 vergrößert wird, und, wenn die Ist-Drehzahl NE1 die Soll-Drehzahl NR1 übersteigt (d.h., wenn die Drehzahlabweichung ΔN negativ ist), die Soll-Einspritzmenge FN1 vermindert wird, d.h., sodass die Abweichung ΔN der Ist-Drehzahl NE1 von der Soll-Drehzahl NR1 Null wird. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird dabei so gesteuert, dass die Ist-Drehzahl NE1 an die Soll-Drehzahl NR1 angepasst wird. Als ein Ergebnis wird die Maschinendrehzahl als isochrone Steuerung gesteuert, bei welcher ein vorbestimmter Wert der Soll-Drehzahl NR1 trotz Laständerungen erhalten und somit eine konstante Drehbewegung in einer feststehenden Weise bei einer Zwischenbelastung aufrechterhalten wird.
Die Motordrehmoment-Grenzwert-Berechnungseinheit 80g berechnet den Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT anhand einer in einem Speicher abgelegten Tabelle auf der Basis des Soll-Kraftstoffeinspritzwertes FN1. Wie oben beschrieben, bedeutet der Motordrehmoment- Grenzwert ENGTRRT einen Indexwert einer Motorbelastung, der darstellt, welchen Wert die gegenwärtigen Motorbelastung annimmt.
Die Motorbelastung wird unter Bezugnahme auf 8 ausführlicher beschrieben. 8 zeigt als Graphik eine Ausgangsdrehmomentcharakteristik, die sich ergibt, wenn der Motor 10 eine Referenz-Ausgangsdrehmoment-Charakteristik hat und die Umgebung (einschließlich Kraftstoffqualität), welcher der Motor 10 ausgesetzt ist, sich in einem Referenzzustand befindet. Die Ausgangsdrehmomentcharakteristik des Motors 10 ist in eine Charakteristik E in einem Regulationsbereich sowie in eine Charakteristik F (maximale Ausgangscharakteristik) in einem Volllastbereich unterteilt. Der Regulationsbereich bedeutet einen Teillastbereich, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge des elektronischen Kraftstoffinjektors 14 kleiner als 100 % ist, und der Volllastbereich bedeutet einen maximalen Ausgangsdrehmomentbereich, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge 100 % (Maximum) beträgt. Da bei diesem Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzregler 80 die isochrone Steuerung durchführt, wird die vorbestimmte Drehzahl, d.h. Nmax, im Regulationsbereich trotz Laständerungen aufrechterhalten und die Charakteristik E wird durch eine gerade Linie senkrecht zur horizontalen Achse (Motordrehzahl) repräsentiert. Ferner entspricht die Charakteristik E im Regulationsbereich z.B. dem Fall, in welchem die Soll-Drehzahl NR1, die durch die Soll-Drehzahl-Eingabeeinheit 71 eingestellt wurde, maximal ist. TR0NMAX repräsentiert das Pumpenbasisdrehmoment TR0, das anliegt, wenn die Soll-Drehzahl NR1 auf ein Maximum eingestellt worden ist, und wie oben beschrieben entspricht es dem maximalen Absorptionsdrehmoment T1 der Hydraulikpumpen 1, 2. TR1 repräsentiert das modifizierte Pumpenbasisdrehmoment, das zu die ser Zeit von der Pumpenbasisdrehmoment-Modifiziereinheit 70t berechnet worden ist. Ferner repräsentiert Tmax das maximale Ausgangsdrehmoment in dem Regulationsbereich. Wenn das Ausgangsdrehmoment des Motors T1 ist, wird die Motorbelastung durch die folgende Formel ausgedrückt: Motorbelastung (in %) = (T1/Tmax) × 100.
Die Motordrehmoment-Grenzwert-Berechnungseinheit 80g bestimmt die Motorbelastung als den Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT aus der Soll- Kraftstoff-Einspritzmenge FN1. Da der Maximalwert der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge FN1 im Voraus bestimmt wird, falls der Soll-Kraftstoffeinspritzwert FN1 auf einem Maximum ist, ist der Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT zu dieser Zeit 100 % und auch die Motorbelastung ist 100 %. Wenn die Kraftstoffeinspritzmenge FN1 z.B. 50 % beträgt, ist die Belastung in einem Teillastbereich und der Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT beträgt z.B. 40 %. Die Beziehung zwischen der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge FN1 und dem Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT wird im Voraus durch Versuche bestimmt. Auf der Basis der erhaltenen Versuchsdaten wird die Beziehung zwischen FN1 und ENGTRRT in einer in einem Speicher abgelegten Tabelle derart eingetragen, dass sich, wenn sich die Soll-Kraftstoffmenge FN1 vergrößert, auch der Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT vergrößert. Die vorliegende Erfindung ist vorgesehen zum Modifizieren des Pumpenbasisdrehmoments bei Verwendung des Motordrehmoment-Grenzwertes ENGTRRT und zur Steuerung des maximalen Pumpenabsorptionsdrehmoments, sodass der Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT (Motorlast) auf einem Sollwert gehalten wird.
Die Beziehung zwischen der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge FN1 und dem Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT wird z.B. durch ein weiter unten beschriebenes Verfahren bestimmt. Dieses Verfahren enthält die Schritte: Antrieb eines bestimmten Motors, Sammeln von Daten des Ausgangsdrehmoments für jede Soll-Kraftstoffeinspritzmenge und geeignetes Modifizieren des Ausgangsdrehmoments in Abhängigkeit von Zustandsvariablen, wie z.B. einer Kraftstofftemperatur und eines atmosphärischen Druckes. Danach wird unter der Annahme, dass ein Ausgangsdrehmoment (maximales Ausgangsdrehmoment) entsprechend der maximalen Soll-Kraftstoffeinspritzmenge zu dieser Zeit Tmax ist und ein Ausgangsdrehmoment entsprechend jeder Kraftstoffeinspritzmenge Tx ist, der Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT (%) durch die folgende Gleichung berechnet: Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT (%) = Tx/Tmax × 100.
Der so berechnete Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT wird der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend gemacht, um dadurch die Beziehung zwischen beiden zu erhalten.
Als nächstes wird das Merkmal des Betriebes dieses derart ausgebildeten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf 9 und 10 beschrieben.
9 ist eine graphische Darstellung eines Anpasspunktes zwischen dem Motorausgangsdrehmoment und dem Pumpenabsorptionsdrehmoment in dem bekannten Pumpendrehmoment-Steuersystem, und 10 ist eine graphische Darstellung eines Anpasspunktes zwi schen dem Motorausgangsdrehmoment und dem Pumpenabsorptionsdrehmoment in dem Pumpensteuersystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Diese Anpasspunkte werden beide erhalten, wenn die Soll-Drehzahl auf einen maximalen Wert eingestellt ist. 9 zeigt Änderungen des Anpasspunktes in einer gemeinsamen Graphik, die erhalten werden, wenn das Motorausgangsdrehmoment von einem normalen Level aufgrund von Umgebungsänderungen oder durch Verwendung von schlechtem Kraftstoff abfällt. 10 zeigt an der linken Seite den Anpasspunkt, der sich ergibt, wenn das Motordrehmoment sich auf einem normalen Level befindet, und auf der rechten Seite den Anpasspunkt, der sich ergibt, wenn das Motordrehmoment aufgrund von Umgebungsänderungen oder die Verwendung von minderwertigem Kraftstoff abfällt.
In den 9 und 10 repräsentieren die Charakteristiken (im Folgenden auch als "Motorausgangscharaketeristiken" bezeichnet) F1, F2 und F3 in dem Volllastbereich Änderungen entsprechend Einzelprodukten, während eine Charakteristik F4 den Fall repräsentiert, in welchem die Ausgangsleistung um einen großen Betrag aufgrund von Umgebungsänderungen oder die Verwendung von minderwertigem Kraftstoff absinkt. Weiterhin entspricht die Charakteristik F1 der Ausgangsdrehmomentcharakteristik gemäß 8, die sich ergibt, wenn der Motor 10 eine Referenz-Ausgangsdrehmoment-Charakteristik hat und die Umgebung (einschließlich Kraftstoffqualität), welcher der Motor 10 ausgesetzt ist, sich in dem Referenzzustand befindet.
Das bekannte Pumpendrehmoment-Steuersystem führt die Drehzahlerfassungssteuerung aus. Diese Drehzahlerfassungssteuerung wird jedoch mit einer Anordnung durchgeführt, die durch Weglassen einer Motordrehmoment-Grenzwerteinstelleinheit 70m, einer Motordrehmoment-Grenzwertabweichungs-Berechnungseinheit 70n, einer Verstärkungs-Berechnungseinheit 70p, von Pumpendrehmoment-Modifikationswert-Berechnungselementen 70q, 70r und 70s und einer Pumpenbasisdrehmoment-Modifiziereinheit 70t aus 12 erhalten wurde, welche die Ausbildung eines später beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels zeigt. Danach wird ein Drehmoment-Modifikationswert ΔTNL für die Drehzahlerfassungssteuerung, der durch eine Drehzahlabweichungs-Berechnungseinheit 70f, eine Drehmoment-Wandlungseinheit 70g und eine Begrenzungs-Berechnungseinheit 70h erhalten wurde, zu dem Pumpenbasisdrehmoment TR0 in einer Basisdrehmoment-Modifiziereinheit 70j hinzugefügt, um dadurch das Absorptionsdrehmoment TR1 zu erhalten.
In der bekannten Drehzahlerfassungssteuerung wird ein Pumpenbasisdrehmoment TR0NMAX in einer Basisdrehmoment-Berechnungseinheit 70e auf einen Wert, z.B. nahe dem maximalen Ausgangsdrehmoment im Regulationsbereich, eingestellt, der auf der Ausgangsdrehmomentcharakteristik F1 im Referenzzustand basiert, wobei eine Änderung der Motorausgangsleistung mit berücksichtigt wird. Wenn in diesem Falle bei einem Motor mit der gleichen Charakterstik wie F1 sich das Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1, 2 (d.h. die Motorlast) vergrößert und das Pumpenbasisdrehmoment TR0NMAX erreicht, wird die Drehzahlerfassungssteuerung auf eine weitere Vergrößerung des Pumpenabsorptionsmomentes hin durchgeführt, sodass das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1, 2 auf dem Pumpenbasisdrehmoment TR0NMAX gehalten wird. Wenn, mit anderen Worten, das Absorptionsdrehmo ment der Hydraulikpumpe 1, 2 (d.h. die Motorlast) sich über das Pumpenbasisdrehmoment TR0NMAX hinaus vergrößert, sinkt die Motordrehzahl unter Nmax und die Drehzahlabweichung ΔN in der Drehzahlerfassungssteuerung nimmt einen negativen Wert an, wodurch das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe vermindert und das Motorausgangsdrehmoment an das Pumpenabsorptionsdrehmoment (Motorlast) angepasst wird, das durch die Drehzahlerfassungssteuerung an einem Punkt M1 im Regulationsbereich erhalten wird. Es ist daher möglich, das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe zu verringern und ein Stehenbleiben des Motors ohne eine Absenkung der Motordrehzahl zu vermeiden.
Wenn die Motorleistung aufgrund von Umgebungsänderungen, die Verwendung von minderwertigem Kraftstoff oder aus anderen Gründen sinkt und die Charakteristik im Volllastbereich von F1 auf F4 verschoben wird, verschiebt sich auch der maximale Drehmoment-Anpasspunkt bei der Drehzahlerfassungssteuerung von M1 auf M4. Wenn im Einzelnen das maximale Ausgangsdrehmoment in dem Regulationsbereich basierend auf der Motorausgangscharakteristik kleiner wird als das Pumpenbasisdrehmoment für die Drehzahlerfassungssteuerung, wird die Drehzahlerfassungssteuerung durchgeführt, um das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1, 2 zu verkleinern in Abhängigkeit vom Absinken der Motordrehzahl (d.h. eine Vergrößerung des Absolutwertes der Drehzahlabweichung ΔN (negativer Wert)). Gleichzeitig wird ein Teil einer Verminderung des maximalen Pumpenabsorptionsdrehmoments mit Bezug auf das Absenken der Motordrehzahl (d.h. das Vergrößern der Drehzahlabweichung ΔN) durch eine Verstärkung KN bestimmt, die in der in
11 dargestellten Drehmoment-Wandlereinheit 70g eingestellt worden ist. Diese Verstärkung KN wird als Drehzahlerfassungsverstärkung für das maximale Pumpenabsorptionsdrehmoment bezeichnet und entspricht "C" in 9. Daher wird das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1, 2 vermindert infolge einer Charakteristik der Drehzahlerfassungsverstärkung C in Abhängigkeit von dem Absenken der Motordrehzahl, und der Anpasspunkt verschiebt sich entsprechend von M1 zu M4. Als ein Ergebnis kann ein Stehenbleiben des Motors verhindert werden, auch wenn die Motorleistung aufgrund von Umgebungsänderungen, der Verwendung von minderwertigem Kraftstoff oder aus anderen Gründen um einen großen Betrag sinkt. Da sich ferner gleichzeitig der Anpasspunkt M4 zwischen dem Motorausgangsdrehmoment und dem Pumpendrehmoment vom Regulationsbereich zum Volllastbereich verschiebt, sinkt die Motordrehzahl von der Soll-Drehzahl ab. Wann immer eine solche Verschiebung auftritt während einer Arbeit, bei welcher sich der Lastzustand auf einen Hochlastzustand ändert, z.B. bei Erd- und Sand-Aushubarbeiten, sinkt die Motordrehzahl, wodurch Geräusche verursacht werden und dem Bediener ein unangenehmes oder ermüdendes Gefühl vermittelt wird.
Für Motoren mit Ausgangsleistungs-Charakteristiken, die sich wie durch F2, F3 gezeigt in Abhängigkeit von Änderungen in der Ausführung individueller Produkte verändern, verschiebt sich der Anpasspunkt in gleicher Weise auf M2 oder M3 im Volllastbereich, was ein Absinken der Motordrehzahl zur Folge hat.
Ferner wird im Allgemeinen die maximale Ausgangsleistung eines Motors bei seiner maximalen Drehzahl erhalten, d.h. nahe dem Kreu zungspunkt zwischen der Charakteristik E im Regulationsbereich und einer der Charakteristiken F1–F4 im Volllastbereich. Falls sich demgemäß der Anpasspunkt nach M2, M3 oder M4 verschiebt, kann die Motorleistung nicht mit maximaler Effizienz genutzt werden.
Bei dieser Ausführung wird das maximale Pumpendrehmoment, wie oben beschrieben, so gesteuert, dass der Motordrehmoment-Grenzwert ENGTRRT (Motorbelastung) auf dem Sollwert gehalten wird. Wie in 10 gezeigt, wird diese Steuerung für den Motor mit einer Charakteristik F1 durchgeführt. Wenn sich das Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1, 2 (d.h. die Motorlast) vergrößert und das Pumpenbasisdrehmoment TR0NMAX erreicht, erreicht auch der Motordrehmoment-Grenzwert den Einstellwert (99%) in der Motordrehmoment-Grenzwert-Einstelleinheit 70m. Wenn jedoch das Pumpenabsorptionsdrehmoment (Motorlast) weiter ansteigt und der Motordrehmoment-Grenzwert den Einstellwert (99%) übersteigt, errechnet die Motordrehmoment-Grenzwert-Abweichungsberechnungseinheit 70n die Abweichung ΔTRY als einen Minuswert und der Pumpenbasisdrehmoment-Modifikationswert TER1 nimmt einen Minuswert an. Dementsprechend berechnet die Pumpenbasisdrehmoment-Modifiziereinheit 70t als das Pumpenbasisdrehmoment TR1 einen Wert, der durch Subtraktion eines Absolutwertes des Pumpenbasisdrehmoment-Modifikationswertes TER1 von dem Pumpenbasisdrehmoment TR0 (= TR0NMAX) erhalten wird. Mit anderen Worten wird eine Beziehung von TR1 < TR0NMAX eingehalten. Das Pumpenbasisdrehmoment TR1 ist der Sollwert des maximalen Pumpenabsorptionsdrehmoments und das Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1, 2 (d.h. die Motorlast) wird von dem Pumpenbasisdrehmoment TR0NMAX auf TR1 verringert. Als ein Ergebnis kehrt der Mo tordrehmoment-Grenzwert auf den Einstellwert (99%) zurück und die Abweichung ΔTRY wird 0, wodurch der Pumpenbasisdrehmoment-Modifikationswert TER1 ebenfalls 0 wird und das Pumpenbasisdrehmoment TR1 auf TR0NMAX gehalten wird. Daher sind das Motorausgangsdrehmoment und das Pumpenabsorptionsdrehmoment in einem Punkt M5 im Regulationsbereich aneinander angepasst. Es ist daher möglich, das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe zu verringern und ein Stehenbleiben des Motors zu verhindern, ohne dass die Motordrehzahl abgesenkt wird.
Bei einem Motor, in welchem die Motorleistung durch Umgebungsänderungen, die Verwendung von minderwertigem Kraftstoff oder aus anderen Gründen sinkt und sich die Charakteristik im Volllastbereich von F1 nach F4 verschiebt, wenn sich das Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1, 2 (d.h. die Motorlast) vergrößert, erreicht der Motordrehmoment-Grenzwert den Einstellwert (99%) in der Motordrehmoment-Grenzwert-Einstelleinheit 70m, bevor das Pumpenabsorptionsdrehmoment das Pumpenbasisdrehmoment TR0NMAX erreicht. Wenn der Motordrehmoment-Grenzwert den Einstellwert (99%) übersteigt, berechnet die Motordrehmoment-Grenzwert-Abweichungsberechnungseinheit 70n die Abweichung ΔTRY als einen Minuswert und der Pumpenbasisdrehmoment-Modifikationswert TER1 nimmt einen Minuswert an. Dementsprechend berechnet die Pumpenbasisdrehmoment-Modifiziereinheit 70t als Pumpenbasisdrehmoment TR1 einen Wert, der durch Subtrahieren eines Absolutwertes des Pumpenbasisdrehmoment-Modifizierwertes TER1 von dem Pumpenbasisdrehmoment TR0 (= TR0NMAX) erhalten wird, wodurch das Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1, 2 (d.h. die Motorlast) von dem Pumpenbasisdrehmoment TR0NMAX auf TR1 verringert wird. Da in diesem Fall die Motorleistung sinkt, bleibt der Motordrehmoment-Grenzwert über dem Einstellwert (99%) auch nach einer geringfügigen Minderung des Pumpenabsorptionsdrehmoments. Demzufolge wird die Abweichung ΔTRY kontinuierlich als ein Minuswert berechnet und das Pumpenbasisdrehmoment TR1 vermindert sich kontinuierlich. Mit anderen Worten vermindert sich das Pumpenbasisdrehmoment TR1 kontinuierlich, bis der Motordrehmoment-Grenzwert auf den Einstellwert (99%) zurückkehrt. Wenn sich das Pumpenabsorptionsdrehmoment (Motorlast) weiter verringert mit einer kontinuierlichen Verminderung des Pumpenbasisdrehmoments TR1, und der Motordrehmoment-Grenzwert auf den Einstellwert (99%) zurückkehrt, wird die Abweichung ΔTRY 0, wodurch auch der Pumpenbasisdrehmoment-Modifikationswert TER1 0 wird und das Pumpenbasisdrehmoment TR1 auf einem Wert unter TR0NMAX gehalten wird. T6 in 10 repräsentiert das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe 1, 2 entsprechend dem Pumpenbasisdrehmoment TR1. Wie in anderer Weise ausgeführt, wird die Steuerung so durchgeführt, dass ein Verhältnis zwischen dem maximalen Ausgangsdrehmoment Tmax des Motors und dem Pumpenbasisdrehmoment TR1 (= T5) auf einem Einstellwert des Pumpendrehmoment-Grenzwertes gehalten wird und dass das Motorausgangsdrehmoment sowie das Pumpenabsorptionsdrehmoment aneinander in einem Punkt M6 im Regulationsbereich angepasst werden auf einem niedrigeren Level als das Pumpenbasisdrehmoment TR0NMAX. Auch wenn die Maschinenleistung aufgrund von Umgebungsänderungen, die Verwendung von minderwertigem Kraftstoff oder aus anderen Gründen sinkt, und die Charakteristik im Volllastbereich von F1 nach F4 verschoben wird, kann als ein Ergebnis das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe ver ringert und ein Stehenbleiben des Motors verhindert werden, ohne dass die Motordrehzahl abgesenkt wird.
Bei Maschinen mit Ausgangscharakteristiken, die sich wie durch F2, F3 in 9 gezeigt ändern entsprechend Variationen in der Ausbildung der individuellen Produkte, wird die Steuerung ähnlich durchgeführt, sodass das Verhältnis zwischen dem maximalen Ausgangsdrehmoment Tmax des Motors und dem Pumpenbasisdrehmoment TR1 auf dem Einstellwert des Motordrehmoment-Grenzwertes gehalten wird, wobei der Anpasspunkt in dem Regulationsbereich auf einem Level unter dem des Pumpenbasisdrehmoments TR0NMAX liegt. Als ein Ergebnis ist es möglich, das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe zu verringern und ein Stehenbleiben des Motors zu verhindern, ohne dass die Motordrehzahl abgesenkt wird.
Da sich ferner der Anpasspunkt in dem Regulationsbereich auf einem Level unter dem des Pumpenbasisdrehmoments TR0NMAX befindet, liegt der Anpasspunkt nahe am Kreuzungspunkt zwischen der Charakteristik E im Regulationsbereich und einer der Charakteristiken F1–F4 im Volllastbereich durch Auswahl des Einstellwertes des Motordrehmoment-Grenzwertes auf einen Wert nahe 100 %. Demgemäß kann die maximale Ausgangsleistung des Motors effektiv ausgenutzt werden.
Mit diesem Ausführungsbeispiel kann, wie oben beschrieben, ein Stehenbleiben des Motors durch Absenken des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe unter den Hochlastzustand verhindert werden. Auch wenn die Motorleistung durch Umgebungsänderungen, die Verwendung von minderwertigem Kraftstoff oder aus anderen Gründen sinkt, kann zusätlich das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe verringert werden ohne Absenken der Motordrehzahl.
Da ferner die Steuerung die Motorbelastung auf einem Sollwert hält, wird die Steuerung unabhängig von einem das Absenken der Motorleistung verursachenden Faktor durchgeführt, sodass, wenn das maximale Ausgangsdrehmoment im Regulationsbereich sinkt, auch das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe, d.h. die Last, automatisch verringert werden kann. Daher ist dieses Ausführungsbeispiel geeignet zum Absenken der durch Faktoren verursachten Motordrehzahl, die nicht vorherbestimmt oder durch Sensoren nur schwer erfasst werden können. Da ferner keine Notwendigkeit für Sensoren, wie z.B. Umgebungssensoren, besteht, können die Herstellungskosten gesenkt werden.
Ferner kann die maximale Ausgangsleistung des Motors effektiv genutzt werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der 11 und 12 beschrieben. In diesen Zeichnungen sind gleiche Komponenten wie diejenigen in 5 und 6 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Drehzahlerfassungssteuerung mit der Pumpendrehmomentsteuerung gemäß der Erfindung kombiniert.
11 ist ein Blockdiagramm der Eingangs/Ausgangs-Beziehungen aller Signale zu und von einem Maschinenkörper-Regler 70A und einem Motorkraftstoffeinspritzregler 80.
Der Maschinenkörper-Regler 70A erhält nicht nur ein die Soll-Drehzahl NR1 anzeigendes Signal, Signale der Pumpensteuerdrücke PL1, PL2 von den Drucksensoren 73, 74, und ein Signal des Motordrehmoment-Grenzwertes ENGTRRT, sondern auch ein Signal der Ist-Drehzahl NE1 von dem Drezahlsensor 72. Nach Durchführung eines vorbestimmten arithmetischen Prozesses auf der Grundlage dieser Eingangssignale gibt der Maschinenkörper-Regler 70A die Treiberströme SI1, SI2 und SI3 an die Magnetsteuerventile 30–32 aus. Die Eingangs-/Ausgangs-Signale zu und von dem Motorkraftstoff-Einspritzregler 80 sind die gleichen wie diejenigen in dem in 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel.
12 ist ein Blockdiagramm der Prozessfunktionen in der Steuerung der Hydraulikpumpen 1, 2, die vom Motorkörper-Regler 70A durchgeführt werden.
In 12 hat der Maschinenkörper-Regler 70A verschiedene Funktionen, die nicht nur durch die Pumpen-Soll-Verschwenkung-Berechnungseinheiten 70a, 70b, die Magnetausgangsstrom-Berechnungseinheiten 70c, 70d, eine Basisdrehmoment-Berechnungseinheit 70e, eine Motordrehmoment-Grenzwert-Einstelleinheit 70m, eine Motordrehmoment-Grenzwert-Abweichungsberechnungseinheit 70n, eine Verstärkungs-Berechnungseinheit 70p, Pumpendrehmoment-Modifikationswert-Berechnungsintegralelemente 70q, 70r und 70s, eine Pumpenbasisdrehmoment-Modifiziereinheit 70t und eine Magnetausgangsstrom-Berechnungseinheit 70k ausgeführt werden, sondern auch von einer Drehzahlabweichungs-Berechnungseinheit 70f, einer Drehmoment-Wandlereinheit 70g, einer Begrenzungs- Berechnungseinheit 70h und einer zweiten Basisdrehmoment-Modifiziereinheit 70j.
Die Drehzahlabweichungs-Berechnungseinheit 70f berechnet eine Differenz zwischen der Soll-Drehzahl NR1 und der Ist-Drehzahl NE1, d. h. eine Drehzahlabweichung ΔN (= NE1 – NR1).
Die Drehmoment-Wandlereinheit 70g multipliziert die Drehzahlabweichung ΔN mit einer Verstärkung KN für die Drehzahlerfassungssteuerung zum Berechnen einer Drehzahlerfassungs-Drehmomentabweichung ΔT0.
Die Begrenzungs-Berechnungseinheit 70h multipliziert die Drehzahlerfassungs-Drehmomentabweichung ΔT0 mit oberen und unteren Begrenzungen zum Erhalt eines Drehmoment-Modifikationswertes ΔTNL für die Drehzahlerfassungssteuerung.
Die zweite Pumpenbasisdrehmoment-Modifiziereinheit 70j addiert den Drehmoment-Modifizierwert ΔTNL für den Drehzahlerfassungssteuerung-Pumpenbasisdrehmoment-Modifizierwert TER1 zum Pumpenbasisdrehmoment TR01, das nach Modifikation durch die Pumpenbasisdrehmoment-Modifiziereinheit 70t erhalten wurde, um dadurch ein modifiziertes Pumpenbasisdrehmoment TR1 (= TR01 + ΔTNL) zu berechnen. Dieses modifizierte Pumpenbasisdrehmoment wird als Sollwert des maximalen Pumpenabsorptionsdrehmoments verwendet.
Das so ausgebildete Ausführungsbeispiel kann den folgenden Vorteil zusätzlich zu ähnlichen beim ersten Ausführungsbeispiel erzielbaren Vorteilen bieten. Da die Drehzahlerfassungssteuerung zum Steuern der maximalen Pumpenabsorption auf der Basis der Drehzahlabweichung immer in einer kombinierten Weise durchgeführt wird, kann der Motor am Stehenbleiben gehindert werden, mit einem guten Ansprechverhalten auch bei einem Absinken der Motorleistung, die durch Auftreten einer plötzlichen Belastung oder eines unvorhersehbaren Ereignisses verursacht worden ist.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine isochrone. Steuerung zur Aufrechterhaltung einer konstanten Motordrehzahl auch bei Laständerungen durchgeführt, mittels eines elektronischen Kraftstoffinjektors 14 im Regulationsbereich.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß der Erfindung kann ein Stehenbleiben des Motors verhindert werden durch Verminderung des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe unter Hochlastbedingungen. Wenn die Motorleistung aufgrund von Umgebungsänderungen, der Verwendung von minderwertigem Kraftstoff oder aus anderen Gründen absinkt, kann das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe verringert werden, ohne eine Absenkung der Motordrehzahl. Ferner ist die vorliegende Erfindung bei allen Arten von Faktoren anwendbar, die ein Absinken der Motorleistung verursachen, wie solche Faktoren, die nicht vorhergesagt oder die von Sensoren nur schwer erfasst werden können. Da zudem keine Notwendigkeit für Sensoren, wie Umgebungssensoren, besteht, können weiterhin die Herstellungskosten reduziert werden.

Claims

Ein Pumpendrehmoment-Steuerverfahren einer hydraulischen Baumaschine, die enthält: einen Motor (10), einen Kraftstoffinjektor (14) mit einem Regulierbereich zum Steuern einer Drehzahl und einer Ausgangsleistung des Motors, einem Kraftstoffinjektor-Regler (80) zum Steuern des Kraftstoffinjektors, und mindestens einer hydraulischen Verstellpumpe (1 oder 2), die vom Motor angetrieben ist und Aktuatoren (50 bis 56) antreibt, wobei das Steuerverfahren die Schritten enthält: – Berechnen als anliegenden Belastungswert des Motors (10) einen Wert eines anliegenden Ausgangsdrehmoments des Motors 10 relativ zum Maximum des Ausgangsdrehmoments des Motors in dem Regulierbereich des Kraftstoffinjektors (14) und – Steuern eines maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe (1 oder 2), sodass der Belastungswert auf einem voreingestellten Sollwert von kleiner 100 % gehalten wird, wenn der Belastungswert den voreingestellten Sollbetrag übersteigt.
Pumpendrehmoment-Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Berechnung des Belastungswerts durchgeführt wird durch Voreinstellung eines Verhältnisses zwischen einer von dem Kraftstoffinjektor-Regler (80) berechneten Soll-Kraftstoffinjektionsmenge (FN1) und einem Motordrehmoment grenzwert (ENGTRRT) und Bestimmen des Belastungswerts als den Motordrehmomentgrenzwert entsprechend der Soll-Kraftstoffinjektionsmenge zu dieser Zeit.
Pumpendrehmoment-Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Steuerung des maximalen Absorptionsdrehmoments durchgeführt wird durch Berechnen einer Abweichung (ΔTRY) des Belastungswerts von seinem Sollwert, Modifizieren eines auf der berechneten Abweichung basierenden Pumpenbasisdrehmoments (TR0) und Steuern des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe (1 oder 2) in Abstimmung mit einem modifizierten Pumpenbasisdrehmoment (TR1).
Pumpendrehmoment-Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerverfahren ferner die Schritte enthält: zur gleichen Zeit wie der Steuerung des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe (1 oder 2), sodass der Belastungswert auf seinem Sollbetrag gehalten wird, Berechnen einer Abweichung (ΔN) einer aktuellen Drehzahl von einer Solldrehzahl des Motors (10) und Steuern des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe, sodass sich die Abweichung verringert.
Pumpendrehmoment-Steuersystem einer hydraulischen Baumaschine, die einen Motor (10), einen Kraftstoffinjektor (14) mit einem Regulierbereich zum Steuern der Drehzahl und einer Ausgangsleistung des Motors (10), einen Kraftstoffinjektor-Regler (80) zum Steuern des Kraftstoffinjektors (14) und mindestens eine vom Motor (10) angetriebene hydraulische Verstellpumpe (1 oder 2) enthält, welche Aktuatoren (50–56) antreibt, wobei das Steuersystem weiterhin enthält: erste Mittel (80g) zum Berechnen, als einen anliegenden Belastungswert des Motors (10), einen Wert eines anliegenden Ausgangsdrehmoments des Motors (10) relativ zu dem maximalen Ausgangsdrehmoment des Motors in dem Regulierbereich des Kraftstoffinjektors (14), und zweite Mittel (70e, 70m–70k) zum Steuern eines maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe (1 oder 2), sodass der Belastungswert auf einen voreingestellten Sollwert von kleiner 100 % gehalten wird, wenn der Belastungswert den voreingestellten Sollwert übersteigt.
Pumpendrehmoment-Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel (80g) im voraus ein Verhältnis zwischen einer vom Kraftstoffinjektor-Regler (80) berechneten Soll-Kraftstoffinjektionsmenge (FN1) und einem Motordrehmomentgrenzwert (ENGTRRT) einstellt und den Belastungswert bestimmt als den Motordrehmomentgrenzwert entsprechend der Soll-Kraftstoffinjektionsmenge zu dieser Zeit.
Pumpendrehmoment-Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel (70e, 70m–70k) eine Abweichung (ΔTRY) des Belastungswerts von seinem Sollwert berechnen, ein Pumpenbasisdrehmoment (TR0) basierend auf der errechneten Abweichung modifizieren und das maximale Absorptionsdrehmoment der Hydraulikpumpe (1 oder 2) zur Anpassung an ein modifiziertes Pumpenbasisdrehmoment (TR1) steuern.
Pumpendrehmoment-Steuersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel (70e, 70m–70k) die Abweichung zum Bestimmen eines Pumpenbasismodifizierwertes (TER1) integrieren und das bestimmte Pumpenbasisdrehmoment zu dem Pumpenbasisdrehmoment (TR0) addieren und dadurch das Pumpenbasisdrehmoment modifizieren.
Pumpendrehmoment-Steuersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem ferner drittte Mittel (70f–70j) enthält zum Berechnen einer Abweichung (ΔN) einer aktuellen Drehzahl von einer Solldrehzahl des Motors (10) und zum Steuern des maximalen Absorptionsdrehmoments der Hydraulikpumpe (1 oder 2), sodass sich die Abweichung reduziert.