DE3243923C2 - Verfahren zur Steuerung der Drehzahl eines Dieselmotors in einem Hydraulikbagger - Google Patents

Abstract

Die Drehzahl eines Dieselmotors eines Hydraulikbaggers wird derart gesteuert, daß vor oder bei Aufnahme des Lastbetriebes der Stellhebel des Drehzahlreglers der Einspritzpumpe in die vorgewählte Laststellung und nach Beendigung oder bei Unterbrechung des Lastbetriebes in seine Leerlaufstellung bewegt wird. Um in einfacher Weise eine Steuerung der Drehzahl in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung des Dieselmotors zu erreichen, wird die Regelstangenverschiebung nach Wegfall der Hauptlast gemessen, und der Stellhebel wird auf Leerlaufstellung gestellt, wenn die Regelstange auf dem Weg in ihre der höheren Leerlaufdrehzahl entsprechenden Abregelungsstellung eine Umschaltstellung erreicht hat, die oberhalb der Leerlaufstellung der Regelstange bei in der Leerlaufstellung befindlichem Stellhebel liegt. Bei Durchgang der Regelstange durch die Umschaltstellung infolge der Drehzahlerniedrigung bei Wiederaufnahme des Lastbetriebes wird der Stellhebel wieder auf die vorgewählte Laststellung bewegt. Die Umstellung des Stellhebels kann jeweils auch dann erfolgen, wenn nach Wegfall der Hauptlast eine Drehzahlerhöhung und bei Wiederaufnahme des Lastbetriebes eine Erniedrigung der unteren Leerlaufdrehzahl eintritt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahl eines Dieselmotors in einem Hydraulikbagger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 2.

Bei einem aus der DE-AS 25 02 221 bekannten Verfahren dieser Art wird der Stellhebel des Drehzahlreglers von einer hydraulischen Druckmittel-Kolben-Zylinder-Einhcit zwischen seinen Last- und Leerlaufstellungen bewegt. Die genannte Kolben-Zylinder-Einheit ist über mit Rückschlagventilen versehene Leitungen derart mit dem Steuerkreis des Hydrauliksystems verbunden, daß bei Betätigung der Steuerhebel für die Arbeitsgeräte der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit ausgefahren wird und den Stellhebel in seine Laststellung verschwenkt Hierbei ist der Kolben durch eine Druckfeder in Richtung auf die Leerlaufstellung des Stellhebels beaufschlagt so daß bei der Nullstellung der Steuerhebel, in welcher die die Druckmittel-Kolben-Zylinder-Einheit mit Druckflüssigkeit speisende Leitung drucklos wird, der Kolben den Stellhebel in seine Leerlaufstellung unter Ableitung der in dem Zylinder befindlichen Hydraulikflüssigkeit über ein Drosselventil in seine Leerlaufstellung zurückführt

Bei einem weiteren, aus der Zeitschrift »Baumaschinen«, Heft 10, Ϊ982, Seite 13, bekannten Verfahren der eingangs angegebenen Art ist in dem die Arbeitszylinder der Werkzeuge mit Drucköl speisenden Hydraulikkreislauf ein Druckfühler angeordnet. Dieser betätigt den Schalter eines Servosystems, welches seinerseits über ein Magnetventil einen Pneumatikzylinder mit einem federbelasteten Kolben mit Druckluft in der Weise beaufschlagt, daß bei Zuführung von Druckluft der Kolben den Stellhebel des Drehzahlreglers gegen die Kraft der Feder in seine LeerlaufsteHung und bei Entlüftung des Zylinders in seine Laststellung verschwenkt.

Die bekannten Verfahren zur Steuerung der Drehzahl verwenden als Ausgangssignal den im Hydrauliksystem für die Arbeitsgeräte herrschenden Druck. Der Dieselmotor eines Hydraulikbaggers muß jedoch über die Arbeitsgeräte t:-inaus noch Nebenverbraucher wie beispielsweise Kompressoren, hydraulisch angetriebene Ventilatoren zur Hydraulikkühlung und ähnliches antreiben. Die Belastung des Motors mit diesen Nebcn-Verbrauchern bleibt bei der vorbekannten Steuerung der Drehzahl nur über den Druck in den Hydraulikkreisläufen der Arbeitsgeräte unberücksichtigt

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I oder 2 vorzuschlagen, welches unter Berücksichtigung der Gesamtbelastung des Motors unabhängig vom Druck in dem Hydrauliksystem für die Arbeitsgeräte ist und daher auch solche Belastungen erfaPv die nicht von den Arbeitsgeräten verursacht werden.

Nach einem ersten Lösungsvorschlag wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bei diesem ersten erfindungsgemäßen Vorschlag wird der Umstand nutzbar gemacht, daß bei gegebener Stellung des Regelstangenstellhebels (5) jedem Belastungszustand des Motors eine bestimmte Rcgelstangenstellung entspricht, die sich üblichen Regelstangcnweg-Motordrehzahl-Diagrammen entnehmen läßt (s. Bosch-Schrift »Technische Unterrichtung, Diesel-Einspritzausrüstung (2), Drehzahlregler für Rcihenein^p.pritzpumpen«, 1. Ausgabe, 30.9. 1975). Wird bei Teiloder Vollast des Motors die Last vermindert, so ergibt sich ein zur Lastverminderung proportionaler Drehzahlanstieg, der zu einem Durchgehen und damit zu einer Zerstörung des Motors führen kann, wenn über den Drehzahlregler keine Abregelung, also eine Verringerung der Fördermenge durch den Regler bei Überschreitung einer vorgegebenen Drehzahl, stattfindet. Diese Abregelung erfolgt über das Flichgewichi-Stellglied, das aufgrund der Zunahme der Drehzahl anspricht und die Regelstange derart verstellt, daß dem Motor nur noch die der oberen Leerlaufdrchzahl entsprechende Fördermenge zugeführt wird. Wird der Motor wieder belastet, geht die Drehzahl auf die Lastdrehzahl zurück, und entsprechend nimmt die Rcgelstunge ihre der jeweiligen Last entsprechende Stellung ein. Bei jeder Stellung des Rcgelstangensicllhebels (5) entspricht somit die Stellung der Regelstange dem jewcili-

gen Belastungszustand des Motors. Bei üblichen Baumaschinen liegt die obere Leerlaufdrehzahl etwa 6 bis 10% Ober der oberen Vollastdrehzahl.

Erfindungsgemäß wird nun die Regelstangenstellung dazu benutzt, den Regelstangenstelihebel (5) auf eine untere Leerlaufstellung (L) der Regelstange zu stellen, wenn ausgehend von der Lastdrehzahl bei Entlastung des Motors die Drehzahl zunimmt und infolgedessen die Rcgclstange au·' dem Weg in ihre der oberen Leerlaufdrehzahl (n 10) entsprechenden Abregelstellung (Fi) eine erste Umschaltstellung (S 1) erreicht, die oberhalb der unteren Leerlaufsteliung (L)der Regelstange liegt.

Umgekehrt führt die Wiederaufnahme des Lastbetriebes zu einer Drehzahlemiedrigung, welche eine Bewegung der Regelstange in Richtung auf ihre Vollaststellung verursacht Bei dem hierdurch herbeigeführten Durchgang der Regelstange durch eine zweite Umschaltstellung (S 2) wird der Regelstangenstelihebel (5) wieder auf die vorgewählte Laststellung (Ei) bewegt. Üblicherweise entspricht die vorgewählte Laststellung der VoJlaststeliung des Regeistangensteiihebeis, wobei sich bei der oberen Leerlaufdrehzahl (n 10), d-e sich aus der Endabregelung bei Wegfall der Last bei Vollastbetrieb ergibt, ein etwa vierfacher Brennstoffverbrauch gegenüber der unteren Leerlaufdrehzahl einstellt.

Da erfindungsgemäß die Schaltpunkte für die Umschaltung des Regeistangensteiihebels (5) aus der Laststellung (E 1) in die Leerlaufstellung (L) und umgekehrt aus der lastabhängigen Drehzahl des Motors, die eine bestimmte Stellung der Regelstange bedingt, ermittelt werden, wird auch der Leistungsbedarf der an den Motor angeschlossenen Nebenverbraucher, wie beispielsweise Kompressoren, hydraulisch angetriebene Ventilatoren zur Hydraulikkühlung usw., berücksichtigt Damit ist gewährleistet, daß die Drehzahlsteuerung nicht nur von einer Teilbelastung des Motors abhängig ist, sondern von dessen Gesamtbelastung. Sämtliche Parameter des Gesamtsystems können daher noch genauer eingestellt werden, was zu einer weiteren Optimierung und damit Verminderung des Brennstoffverbrauchs beim normalerweise vorhandenen Betrieb mit wechselnden Lasten führt.

Nach einem zweiten Vorschlag wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst. Der Soll-Ist-Drehzahlvergleicli zur Bildung der Umschaltsignale für den Regelstangenstelihebel (5) kann dabei durch den Vergleich analoger Spannungen gewonnen werden, die durch ein von dem Regelstangenstelihebel (5) mitbewegtes Potentiometer und einem Tachodynamo gebildet werden, der von dem Motor oder der Nockenwelle der Einspritzpumpe angetrieben wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

F i g. I das Regelstangenweg Motordrehzahl-Diagramm eines Dieselmotors,

Fig.2 das Regelstangenweg-Spannungs-Diagramm des Weggebers,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der die Drehzahl eines Dieselmotors steuernden Einrichtung in der Leerlaufstellung des Regeistangensteiihebels und

Fig.4 die Steuereinrichtungen nach Fig.3 in der Laststcllung des Reg?lstangenstellhebels.

Das Regelstangen-Motordrehzahl-Diagramm nach F i g. 1 ist seiner grundsätzlichen Art nach Bild 40 auf Seite 22 der erwähnten Bosch-Schrift »Technische Unterrichtung« entnommen worden. Bei dem Beispiel nach F i g. 1 wird angenommen, daß der Regelsiangenste'lhebel zwischen der Leerlaufstellung und der Vollaststellung verstellbar ist In der Leerlaufstellung befindet sich nach dem Warmlaufen die Regelstange der Einspritzpumpe in der Stellung L, in der der Motor mit der unteren Leerlaufdrehzahl dreht. Bei Vollast befindet sich die Regelstange in der Stellung E1 und der Motor dreht mit der Vollastdrehzahl π vo. Wird der Motor bei in die

ίο Vollastste'.lung geschwenktem Regelstangenstelihebel entlastet erfolgt, durch den Regler die Endabregelung längs der Geraden Ei-Fi, wobei der Motor mit der Regelsungenstellung Fl mit der oberen Leerlaufdrehzahl η 10 dreht Wird der Motor wieder belastet wird die Regelstange längs der Geraden El-Fl wieder in Richtung auf Vollast verstellt und die Drehzahl nimmt entsprechend ab.

Wird der mit der unteren Leerlaufdrehzahl drehende Motor bei in der Leerlaufstellung befindlichem Regelstangenstellhebel belastet nimmi die Drehzahl bis zum Abwürgen des Motors ab, wobei sich die Rcgcistangc längs der Kurve LM bewegt die sehr viel flacher verläuft als die Gerade für die Endabregelung.
Um die Zeitpunkte für die Umschaltung des Stellhebels von, der Vollaststellung in die Leerlaufstellung und umgekehrt bestimmen zu können, wird die Schaltgerade 30 eingeführt die die Endabregelungsgerade £1-F1 etwa in ihrem mittleren Bereich und die Kurve LM oberhalb des Punktes L schneidet, der die Regelstangenstellung bei der unteren Leerlaufdrehzahl angibt Erreicht also die Regelstange bei der Endabregelung die dem Punkt S1 entsprechende Stellung, wird ein Schaltsignal erzeugt, durch das der Regelstangenstelihebel von seiner Vollaststellung auf die Leerlaufstellung geschaltet wird. Im entlasteten Zustand läuft der Motor sodann mit der unteren Leerlaufdrehzah! L Wird der Motor wieder belastet, wird die Regelstange längs der Kurve LM in Richtung auf Vollast verschoben und erreicht bei abfallender Drehzahl im Punkt S 2 die Schaltsteilung, in der ein Signal erzeugt wird, das den Regelstangenstelihebel wieJer auf die Vollaststellung oder eine andere vorgewählte Laststellung verschwenkt.

Zur Bestimmung des Regelstangenvveges bzw. der jeweiligen Regelstangenstellung ist die Regelstange mit einem induktiven Weggeber, wie er in der Boscii-Erstausrüstungsinformation »Regelweggeber mit Auswerteschaltgerät für Reihenpumpen«, 1981, beschrieben ist, versehen. F i g. 2 zeigt ein Diagramm, in dem der Regelstangenweg über der Spannung am Auswerteschaltgerät aufgetragen ist. Die jeweiligen Spannungen sind auf der Abszisse aufgetragen. Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, hat die Regelstangen-Spannungskurve einen linearen P"reich der etwa dem Bereich zwischen den Spannungen 0,5 V und 4,5 V entspricht. Die Regelstangenstellung auf der Sc,^altgeraden 30 entspricht etwa einer Ausgangsspannung von 1 V, die in einer Auswerteschaltung als Schaltsignal verarbeitet wird.

Ausgehend von den Diagrammen nach F i g. 1 wird nun die Drehzahl-oteuereinrichtung anhand der Fig.3 und 4 erläutert:

Der Dieselmotor 31 ist mit einer Reiheneinspritzpumpe 32 versehen. Die Regelung der Reiheneinspiitzpumpe 32 erfolgt durch den Drehzahlregler 33. Der Drehzahlregler 33 ist mit einem üblichen Regelstangenstellhebel 5 versehen. Dei Regelstangenstelihebel 5 ist von der Stoppstellung über die Leerlaufstellung bis zur Vo!- laststellung verstellbar. Zur Vorwahl der gewünschten Laststellung des Regelstangenstellhebels 5 ist ein An-

schlag 4 vorgesehen, der durch einen Bowdenzug verstellbar ist. Der Bowdenzug 2 ist mit einem Stellhebel 1 versehen, über den sich die jeweilige Laststellung des Anschlags 4 vorwählen läßt. Um die eingestellte Stellung des Anschlags 4 zu sichern, greift an dem Bowden- zug 2 eine federbelastete Bremseinrichtung 3 an, deren Federkraft einstellbar ist.

Der Regelstangenstellhebel 5 ist von einer Zugfeder 6 in Richtung auf seine Laststellung beaufschlagt. Die Feder 6 trachtet also, den Regelstangenstellhebel 5 in An- lage an den Anschlag 4 zu halten, der sich in einer Stellung befindet, die der vorgewählten Laststellung, üblicherweise der Vollaststellung, entspricht.

An dem Regelstangenstellhebel 5 ist weiterhin die Kolbenstange des Pneumatikzylinders 7 angelenkt, der seinerseits an dem Drehzahlregler oder dem Motor angelenkt ist.

mit der Regetsiange tier Einspritzpumpe 32 ist der in der Bosch- Erstausrüstungsinformation beschriebene Regelweggeber mit Auswerteschaltgerät 13 verbunden. Dieser ist über die Leitung 14 mit der Auswerteschaltung 15 verbunden. Die Ausgangsspannung der Auswerteschaltung 15 wird einem Schmitt-Trigger 16 zugeführt, dessen Eingangsstcucrspannung der Umschaltstellung der Regelstange entspricht und beispielsweise 1 Volt beträgt. Der Schmitt-Trigger 16 erzeugt die Schaltspannungen für das Magnetventil 9, 18, 19. Erhält die Auswerteschaltung von dem Weggeber das Schaltsignal bei Durchgang der Regelstange durch die Schaltstellung S1 bei der Endabregelung bzw. Abregelung, wird das Magnetventil 9,18,19 auf Durchgang geschaltet, so daß der Zylinder 7 durch eine Leitung 8 über die Druckluftquelle Il und das einstellbare Drosselventil 10 mit Druckluft gespeist wird und den Regelstangenstellhebel 5 in die aus F i g. 3 ersichtliche Leerlaufstellung bewegt.

Msidst die Auswerteschäitun**14- 15-16 ein -Sch^Usignal, das aufgrund des Durchgangs der Regelstange ausgehend von der unteren Leerlaufdrehzahl durch die Schaltstellung 52 erzeugt wird, wird das Magnetventil in die aus F i g. 4 ersichtliche Stellung umgeschaltet, in der der Pneumatikzylinder 7 entlüftet wird. Infolgedessen zieht die Zugfeder 6 den Regelstangenstellhebel 5 gegen den Anschlag 4, in dem sich dieser in der vorgewählten Laststellung befindet.

Um die beschriebene Drehzahlsteuerung zu aktivieren, muB der Schalter 12 betätigt werden, so daß das Relais 17 anzieht und die Schaltung mit Strom aus der Spannungsquelle 20 speist.

Sollte bei in der Leerlaufstellung befindlichem Regelstangenstellhebo 5 der Motor sofort stark belastet wer- den, sind übliche Steuer- bzw. Regeleinrichtungen vorgesehen, um ein Abwürgen des Motors zu verhindern. Beispielsweise werden die Hauptleistungsabnehmer, nämlich die Arbeitspumpen, zurückgesteuert, bis der Motor sein Momentenmaximum der Drehzahlkurve überschritten hat.

Weiterhin ist eine nicht dargestellte Einrichtung vorgesehen, um den Regelstangenstellhebel 5 in seine Stoppstellung zu bewegen.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl eines Dieselmotors in einem Hydraulikbagger, bei dem vor oder bei Aufnahme des Lastbetriebes der Regelstangenstellhebel des Drehzahlreglers in eine vorgewählte Laststellung (Ei) gebracht wird, aus der die Drehzahl nach Wegfall der Hauptlast in Richtung auf die obere Leerlaufdrehzahl zunimmt, und bei dem nach Beendigung oder bei Unterbrechung des Lastbetriebes der Regelstangenstellhebel in eine Leerlaufstellung bewegt wird, die dem Bereich der unteren Leerlaufdrehzahl zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstangenverschiebung nach Wegfall der Hauptlast gemessen und der Regelstangenstellhebel (5) auf eine untere Leerlaufstellung (L) der Regelstange gestellt wird, wem-, diese auf dem Weg in ihre der oberen Leeriäuidrchzäh! (iJiö) entsprechenden Abrcgelstellung (Fi) eine erste Umschaltstellung (Si) erreicht, die oberhalb der unteren Leerlaufstellung (L) der Regelstange liegt und daß bei Durchgang der Regelstange durch eine zweite Umschaltstellung (S 2), die infolge der Drehzablerniedrigung bei Wiederaufnahme des Lastbetriebes erreicht wird, der Regelstangenstellhebel (5) wieder auf die vorgewählte Laststellung (Et) bewegt wird.

2. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl eines Dieselmotc'-s in einem Hydraulikbagger, bei dem vor oder bei Aufnahme des Lastbetriebes der Regelstangenstellhebel des Drehzahlreglers in eine vorgewählte Laststellung (Et) gebracht wird, aus der die Drehzahl nach Wegfall der hauptlast in Richtung auf die obere Leerlaufdrehzahl zunimmt, und bei dem nach Beendigung oder bei Unterbrechung des Lastbetriebes der Regelstangenstellhebel in eine Leerlaufstellung bewegt wird, die dem Bereich der unteren Leerlaufdrehzahl zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Dieselmotors gemessen und der Regelstangenstellhebel (5) auf die untere Leerlaufstellung (L) gestellt wird, wenn nach Wegfall der Hauptlast eine vorbestimmte prozentuale Erhöhung der Drehzahl in Richtung auf die obere Leerlaufdrehzahl (n 10) gemessen wird, und daß bei Abfall von der unteren Leerlaufdrchzahl (n 10) um einen vorbestimmten prozentualen Betrag bei Wiederaufnahme des Lastbetriebes der Regelstangenstellhebel (5) wieder auf die vorgewählte Laststellung (E 1) bewegt wird.