[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer durch einen Dieselmotor
angetriebenen mobilen Arbeitsmaschine mit Rußpartikelfilter. Insbesondere betrifft
die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer durch einen Dieselmotor angetriebenen
mobilen Arbeitsmaschine mit einem Rußpartikelfilter, mit einer Motorsteuerung, mit
einer Fahrzeugsteuerung und Erfassungsmitteln für einen Füllstand des Rußpartikelfilters
sowie der Rußpartikelfiltertemperatur sowie eine entsprechende mobile Arbeitsmaschine.
[0002] Mobile Arbeitsmaschinen und als Ausführungsform insbesondere Flurförderzeuge werden
oftmals durch einen Verbrennungsmotor angetrieben. Unter den Verbrennungsmotoren sind
neben in seltenen Fällen mit Benzin betriebenen und treibgasbetriebenen Verbrennungsmotoren
vor allem Dieselmotoren üblich. Um die bestehenden und zukünftig zu erwartende Abgasnormen
zu erfüllen, müssen diese Dieselmotoren Abgasreinigungssysteme aufweisen, beispielsweise
einen Rußpartikelfilter.
[0003] Ein Beispiel für häufig zum Einsatz kommende Rußpartikelfilter sind permanent regenerierende
(continuously regenerating trap bzw. CRT) die den angesammelten Ruß auf Basis chemischer
Reaktionen in CO2 umsetzen. Dabei ist in dem Rußpartikelfilter zumeist eine katalytische
Beschichtung vorhanden, die die Funktion erfüllt, CO und HC zu oxidieren sowie weiterhin
NO zu NO
2 und CO zu CO
2. permanent regenerierende Systeme bzw. CRT-Systeme können vor allem bei Nutzfahrzeugmotoren
eingesetzt werden, die in der Nähe des maximalen Drehmoments, somit bei vergleichsweise
hohen Stickoxid (NO
X)-Emissionen betrieben werden. Beispielsweise ist NO
2 ein aktiveres Oxidationsmittel als O
2 und bei solchen Systemen kann daher bereits bei relativ niedrigen Temperaturen eine
Reaktion des Rußes mit NO
2 erreicht werden. Hierfür kann beispielsweise ein Oxidationskatalysator stromaufwärts
des Rußpartikelfilters angeordnet werden, der NO zu NO
2 oxidiert. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass insbesondere bei
Flurförderzeugen als Ausführungsbeispiel einer mobilen Arbeitsmaschine es vorkommen
kann, dass die Einsatzbedingungen nur eine so extrem niedrige Auslastung des Flurförderzeugs
verursachen, dass dieser chemische Prozess zum Rußabbau nicht stattfinden kann und
der Rußpartikelfilter sich bis zur Beladungsgrenze füllt. In einem solchen Fall müssen
die Flurförderzeuge dann abgestellt werden und es muss ein Prozess zur Reinigung des
Rußpartikelfilters durchgeführt werden. Dadurch entstehen Ausfallzeiten und eventuell
muss auch Arbeitszeit eingesetzt werden, um in einem speziellen Regenerationsbetrieb
beispielsweise festgelegte Drehzahlen und eine Mindestbetriebstemperatur des Motors
zu erreichen, die zu einem Freibrennen des Rußpartikelfilters führen.
[0004] Dieselmotoren für mobile Arbeitsmaschinen werden zumeist von den Motorenherstellern
als komplette Einheiten einschließlich aller Nebenaggregate und insbesondere auch
der Motorsteuerung verkauft, beispielsweise als sogenannte Industriemotoren. Diese
Steuerungen weisen Steuerzyklen auf, die nach unterschiedlichen Konzepten, abhängig
von dem jeweiligen Hersteller des Dieselmotors, den Betrieb des Dieselmotors so steuern,
dass eine Regeneration des Rußpartikelfilters möglich wird. Insbesondere wird die
Abgastemperatur durch die motoreigenen Steuerungen angehoben, etwa durch die Gemischregelung.
Allerdings ist es bei allen bekannten System so, dass bei extrem niedriger Auslastung
die physikalischen Grenzen erreicht werden und es den Motorsteuerungen nicht mehr
gelingt, die Randbedingungen für eine Regeneration des Rußpartikelfilters zu erfüllen.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung
einer verbrennungsmotorisch angetriebenenen mobilen Arbeitsmaschine mit einem Rußpartikelfilter
sowie eine entsprechende mobile Arbeitsmaschine zur Verfügung zu stellen, die die
oben genannten Nachteile vermeiden und mit denen ein kontinuierlicher Betrieb des
Rußpartikelfilters möglich ist.
[0006] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
1 sowie eine mobile Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des neben geordneten Anspruchs
18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
[0007] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Steuerung
einer durch einen Dieselmotor angetriebenen mobilen Arbeitsmaschine mit einem Rußpartikelfilter,
mit einer Motorsteuerung, mit einer Fahrzeugsteuerung und Erfassungsmitteln für einen
Füllstand des Rußpartikelfilters sowie der Rußpartikelfiltertemperatur, die Fahrzeugsteuerung
den Füllstand des Rußpartikelfilters und die Rußpartikelfiltertemperatur überwacht,
die Notwendigkeit einer Rußpartikelfilterregeneration beurteilt und wenn die Motorsteuerung
die Randbedingungen für eine Rußpartikelfiltergeneration nicht erreichen kann, insbesondere
die Rußpartikelfiltertemperatur zu niedrig ist, durch Ansteuerung von leistungsaufnehmenden
Komponenten der mobilen Arbeitsmaschine eine Zusatzlast für den Dieselmotor erzeugt.
[0008] Dadurch kann auch bei einer sehr geringen Auslastung der mobilen Arbeitsmaschine
erreicht werden, dass die Motorsteuerung mit ihren Regelungszyklen den Rußpartikelfilter
regenerieren kann, insbesondere auch in einem permanenten Regenerierungsverfahren
betreiben kann. Vor allem bei Flurförderzeugen, wie etwa Gabelstaplern, wird verhindert,
dass beim Betrieb im Winter im Außengelände sowie in Kühlhäusern bei gleichzeitig
nur geringer Belastung die Randbedingungen für eine Rußpartikelfilterregenerierung
durch die Motorsteuerung nicht erreicht werden, insbesondere die Betriebstemperatur
und vor allem die Abgastemperatur zu niedrig ist. Die Fahrzeugsteuerung überwacht
dabei permanent den Füllstand des Rußpartikelfilters, dessen Temperatur und bewertet,
ob eine Notwendigkeit für eine Regeneration des Rußpartikelfilters besteht. Wenn eine
Notwendigkeit einer Regeneration besteht, wird die für den Dieselmotor notwendige
Zusatzlast bestimmt, so dass die Motorsteuerung unter Randbedingungen arbeiten kann,
in denen diese eine Regenerierung des Rußpartikelfilters durchführen kann, vor allem
jedoch notwendige Abgastemperaturen erreicht werden können. Dieser Prozess findet
andauernd statt und die Fahrzeugsteuerung passt eine Zusatzlast für den Dieselmotor
kontinuierlich an den Bedarf an. Für die Bestimmung der Regenerationsnotwendigkeit
wird vor allem auch die noch darstellbare Fahrzeugeinsatzzeit herangezogen. Dabei
wird möglichst im Hinblick auf die Zusatzlast eine Minimierung hinsichtlich Größe
und Zeitdauer angestrebt, da hierdurch ein erhöhter Kraftstoffverbrauch entsteht.
Die leistungsaufnehmenden Komponenten der mobilen Arbeitsmaschine können dabei alle
Arten von Arbeitsvorrichtungen sowie der Fahrantrieb sein, bei denen durch entsprechende
Schaltung und/oder spezielle Einrichtungen eine erhöhte Verlustleistung erzeugt wird
bzw. die Möglichkeit einer Leistungsaufnahme besteht, ohne dass unerwünschte Effekte
auftreten.
[0009] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens beurteilt die Fahrzeugsteuerung
weitere Regenerationsrandbedingungen, insbesondere ein bisheriges Einsatzprofil der
mobilen Arbeitsmaschine.
[0010] Dies ermöglicht eine weitere Präzisierung der Steuerung der Zusatzlast.
[0011] Die Fahrzeugsteuerung kann den Füllstand des Rußpartikelfilters und/oder die Rußpartikelfiltertemperatur
und/oder die Notwendigkeit einer Rußpartikelfilterregeneration von der Motorsteuerung
abfragen.
[0012] Die genannten Parameterwerte stehen in der Motorsteuerung regelmäßig zur Verfügung.
Soweit die Daten aus der Motorsteuerung über eine Schnittstelle abgefragt werden können,
kann auf einfache Art und Weise die Fahrzeugsteuerung diese Parameterwert erhalten.
Vorteilhaft lässt sich dann das beschriebene Verfahren allein durch Software ohne
zusätzliche Bauelemente umsetzen, soweit keine Anpassung der leistungaufnehmenden
Komponenten erforderlich ist. Dies ist beispielsweise bei einem verbrennungsmotorisch-elektrischen
Antriebsstrang möglich, bei dem durch einen Generator elektrische Energie erzeugt
wird, die elektrischen Fahrmotoren zugeführt wird. Bei letzteren ist es möglich, ohne
weitere mechanische Anpassung eine Verlustleistung zu erzeugen. Ebenfalls denkbar
ist die Nutzung eines bereits vorhandenen Bremswiderstands für eine elektrische Bremse
über die Fahrmotoren.
[0013] Die Zusatzlast kann durch eine Erhöhung des hydraulischen Drucks einer Hydraulikanlage
erzeugt werden.
[0014] Vorteilhaft wird durch ein parallel zu hydraulischen Verbrauchern angeordnetes Schaltventil
bei einer Load-Sensing-Regelung der Pumpendruck auf die Load-Sensing-Steuerleitung
von der Fahrzeugsteuerung geschaltet.
[0015] Bei einem klassischen Load-Sensing-System (LS-System), beispielsweise in Closed-Center
Bauweise, wird der maximale Lastdruck aller hydraulischen Verbraucher an die Pumpe
bzw. eine Lastdruckwaage zur Ansteuerung der Pumpe gemeldet. Im Leerlauf des Dieselmotors
und wenn alle hydraulischen Verbrauchern keine Leistung abrufen, werden die LS-Drücke
über die einzelnen Verbraucher entlastet und die Hydraulikpumpe wird auf die Regeldruckdifferenz
der Lastdruckwaage als Ausgangsdruck zurück geschwenkt. Durch das Schaltventil wird
der Ausgangsdruck der Hydraulikpumpe unmittelbar auf den LS-Steuerdruck geschaltet.
Durch diese unmittelbare Addition der Regeldruckdifferenz wird der Ausgangsdruck der
Hydraulikpumpe bis zum maximalen Systemdruck erhöht.
[0016] Ein hydraulischer Verbraucher kann ein Lüftermotor sein.
[0017] Der Lüftermotor für einen Motorkühler bzw. beispielsweise auch einen Hydraulikkühler
muss bei einer mobilen Arbeitsmaschine und insbesondere bei einem Flurförderzeug im
Regelfall während des Betriebs laufen, da kein nennenswerter Fahrtwind für einen Kühlluftstrom
zur Verfügung steht. Der Lüftermotor kann beispielsweise ein hydraulischer Zahnradmotor
sein, der durch ein Druckminderventil angesteuert wird. Der Lastdruck des Lüftermotors
kann dann über eine Kaskade von Wechselventilen in die LS-Leitung geleitet werden
zur Ansteuerung der Hydraulikpumpe.
[0018] In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Schaltventil in einer Load-Sensing-Leitung
eines Lüftermotors in eine Sperrstellung von der Fahrzeugsteuerung geschaltet.
[0019] Der Druck der Hydraulikpumpe kann auf den maximalen Systemdruck erhöht werden, da
die LS-Entlastung über den Verbraucher des Elektromotors bei gesperrtem Schaltventil
nicht möglich ist.
[0020] In beiden zuvor beschriebenen Fällen kann die Zusatzlast in dem Hydrauliksystem weiter
gesteigert werden, indem der Lüftermotor bei einer höheren Drehzahl betrieben wird,
als für den Kühlzweck erforderlich wäre. Dadurch wird der Volumenstrom der Hydraulikpumpe
erhöht und ergibt sich eine größere Zusatzlast, die durch das Produkt aus Druck und
Volumenstrom bestimmt wird.
[0021] Vorteilhaft wird die Zusatzlast durch eine Erhöhung der hydraulischen Verlustleistung
einer Hydraulikanlage erzeugt.
[0022] Es kann parallel zu einer Arbeitshydraulik eine Blende angeordnet sein, über die
Hydraulikfluid in einen Tank abströmen kann.
[0023] Die Blende wird dabei als ein weiterer Verbraucher, an dem eine Verlustleistung entsteht.
Diese Verlustleistung bildet die Zusatzlast und ist proportional zu dem Produkt aus
Druck und Volumenstrom an der Blende.
[0024] Die Blende kann regelbar sein.
[0025] Ein Ventil zur Betätigung der Blende bzw. dass die Blende bildet, kann dabei als
Schalt- oder Proportionalventil ausgeführt sein
[0026] In günstiger Ausführungsform erzeugt die Blende einen Steuerdruck auf einer Load-Sensing-Leitung.
[0027] Dies ist umsetzbar mit einem Proportionalventil und einer entsprechenden LS-Rückführung
und ermöglicht die Steuerung der hydraulischen Verlustleistung und somit der Zusatzlast.
Bei nicht betätigtem Proportionalventil wird die LS-Leitung zu einem Tank hin entlastet.
[0028] Vorteilhaft ist parallel mit der Blende ein Lüftermotor angeordnet ist und das Hydraulikfluid
aus beiden wird über einen Kühler in einen Tank abgeleitet, wobei an einem Zulauf
von der Blende zu dem Kühler und von dem Lüftermotor zu dem Kühler jeweils ein Rückschlagventil
angeordnet ist.
[0029] Wenn das Hydraulikfluid nach der Blende über einen Kühler zum Tank zurückgeführt
werden soll, so sind zwei Rückschlagventile notwendig, um Wechselwirkungen mit dem
zweiten Rücklauf des Lüftermotors zu dem Tank zu vermeiden.
[0030] Die Zusatzlast kann durch eine Erhöhung der elektrischen Verlustleistung eines verbrennungsmotorisch-elektrischen
Fahrantriebs erzeugt werden.
[0031] Bei einem verbrennungsmotorisch-elektrischen Fahrantrieb erzeugt ein mit den Dieselmotor
in Verbindung stehender Generator, bevorzugt ein dreiphasiger Drehstromgenerator,
elektrischen Strom, der über einen Gleichrichter, einen Gleichspannungszwischenkreis
und einen Umrichter an im Regelfall Drehstrommotoren als Fahrantriebsmotoren übertragen
wird. Eine Zusatzlast lässt sich daher leicht erzeugen, wenn über elektrische Regelungen
eine Belastung des Generators verursacht wird und vermehrt elektrische Leistung abgerufen
wird, die einer Energiesenke zugeleitet wird.
[0032] Der Fahrmotor der mobilen Arbeitsmaschine kann eine Drehfeldmaschine sein und die
elektrische Verlustleistung kann durch eine Erhöhung eines Fahrmotorenlängsfeldes
erfolgen.
[0033] Bei einer Ausführung des Fahrmotors oder der Fahrmotoren als Drehfeldmaschine, wie
etwa beispielsweise als asynchronem Drehstrommotor, ist eine Erhöhung der Feldstärke
eines Längsfeldes in Bezug auf eine Achse des Fahrmotors ohne Einfluss auf die Drehmomentbildung.
Diese erhöhten Staplerströme führen zu einer quadratisch zunehmenden Verlustleistung
in den Statorwicklungen. Die dabei entstehende Abwärme wird über das für die Fahrmotoren
vorgesehenen Kühlsystem abgeführt, etwa durch eine Luft- oder Flüssigkeitskühlung.
[0034] In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist ein Fahrmotor der mobilen Arbeitsmaschine
eine Drehfeldmaschine und erfolgt die elektrische Verlustleistung durch hochfrequente
Fahrmotorquerfelder.
[0035] Die mechanischen Komponenten des Fahrantriebs einschließlich einer Torsionsfederwirkung
der Reifen weist einen Dämpfungscharakter auf. Insgesamt ergibt sich ein Tiefpasscharakter
der Achsmechanik, so dass hochfrequente Drehschwingungen des Fahrantriebs kein Bewegungsmoment
auf das Fahrzeug bewirken.
[0036] Vorteilhaft erfolgt die elektrische Verlustleistung durch eine Aufschaltung eines
Bremswiderstandes.
[0037] Bei vielen mobilen Arbeitsmaschinen und insbesondere Flurförderzeugen steht eine
elektrische Bremse zur Verfügung, indem elektrische Fahrantriebsmotoren in einem Generatorbetrieb
elektrischer Leistung erzeugen. Diese Leistung wird oftmals in einem Bremswiderstand
als Energiesenke vernichtet. Dabei wird der in den Drehstrommotoren entstehende Drehstrom
über einen Frequenzumrichter, auch bezeichnet als Bremschopper, dem Bremswiderstand
zugeleitet. Vorteilhaft kann der Bremswiderstand auch für die Erzeugung einer Zusatzlast
für den Dieselmotor eingesetzt werden und ist insbesondere keine mechanische Änderung
der mobilen Arbeitsmaschine oder des Flurförderzeugs erforderlich.
[0038] Die elektrische Verlustleistung kann durch Zuführung elektrischer Leistung zu einem
elektrischen Energiespeicher eines Hybridsystems erfolgen, insbesondere einer Hochvoltbatterie
und/oder eines Doppelkondensatorspeichers.
[0039] Wenn es sich bei der mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere einem Flurförderzeug,
um ein Hybridsystem handelt, dass neben dem Dieselmotor mit Generator zur Erzeugung
von elektrischer Leistung auch Speichermöglichkeiten für die elektrische Leistung
aufweist, so kann vorteilhaft der Gesamtwirkungsgrad verbessert werden und muss die
Zusatzleistung nicht in reine Verlustleistung umgesetzt werden.
[0040] Es ist auch denkbar, eine Zusatzlast durch den bei einem Dieselmotor vorgesehenen
Generator zum Aufladen der Starterbatterie, auch bezeichnet als Lichtmaschine, zu
erzeugen. Auch bei dieser kann durch eine entsprechende elektrische Last eine Zusatzlast
erzeugt werden.
[0041] Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine mobile Arbeitsmaschine mit einem Antrieb
durch einen Dieselmotor mit einem Rußpartikelfilter, mit einer Motorsteuerung, sowie
mit einer Fahrzeugsteuerung, bei der die Fahrzeugsteuerung durch ein parallel zu hydraulischen
Verbrauchern angeordnetes Schaltventil bei einer Load-Sensing-Regelung den Pumpendruck
auf die Load-Sensing-Steuerleitung schalten kann, oder ein Schaltventil in einer Load-Sensing-Leitung
eines Lüftermotors in eine Sperrstellung schalten kann, oder eine regelbare Blende
parallel zu einer Arbeitshydraulik ansteuern kann, insbesondere eine Blende, die einen
Steuerdruck auf einer Load-Sensing-Leitung erzeugen kann.
[0042] Die Mobile Arbeitsmaschine weist die bereits zuvor genannten Vorteile auf. Durch
die verschiedenen, alternativen Möglichkeiten der Erzeugung einer zusätzlichen Last
für den Dieselmotor kann das zuvor beschriebene Verfahren durchgeführt werden. Grundsätzlich
ist es auch denkbar, dass die alternativ dargestellten Möglichkeiten auch alle drei
gleichzeitig oder je zwei zugleich zum Einsatz kommen.
[0043] Vorteilhaft sind Erfassungsmitteln für einen Füllstand des Rußpartikelfilters sowie
die Rußpartikelfiltertemperatur vorhanden sind und führt die Fahrzeugsteuerung ein
zuvor beschriebenes Verfahren durch.
[0044] Bei den zuvor genannten Varianten mit einem verbrennungsmotorisch-elektrischen Antriebsstrang
ist dann keine mechanische Anpassung erforderlich und kann das beschriebene Verfahren
bzw. die beschriebene mobile Arbeitsmaschine allein durch eine softwaremäßige Anpassung
umgesetzt werden.
[0045] Die mobile Arbeitsmaschine kann ein Flurförderzeug sein.
[0046] Gerade bei Flurförderzeugen ergeben sich durch die Erfindung große Vorteile. Abhängig
von der jeweiligen Einsatzsituation in einem Betriebsgelände werden Gabelstapler teilweise
nur mit sehr geringer Auslastung bei Bedarf eingesetzt. Wenn dies auch noch in einem
Kühlhaus oder im Winter in einem Freigelände der Fall ist, kann durch die Erfindung
dennoch eine kontinuierliche Regeneration des Rußpartikelfilters sichergestellt werden
und ergeben sich keine Beeinträchtigungen des Betriebs oder Ausfallzeiten. Es wird
auch die Gefahr von Schäden des Rußpartikelfilters vermieden.
[0047] Durch die Erfindung werden Ausfallzeiten eines Flurförderzeugs bzw. einer mobilen
Arbeitsmaschine vermieden. Durch eine optimierte Aufprägung einer Zusatzlast kommt
es zu einer Minimierung des für eine sichere Rußpartikelfilterregeneration notwendigen
Kraftstoffmehrverbrauchs. Es ergibt sich auch kein Einfluss der Rußpartikelfilterregenerierung
auf die Einsetzbarkeit des Flurförderzeugs. In der Regel ist davon auszugehen, dass
von einem Fahrer die Durchführung des Verfahrens nicht oder nur minimal wahrgenommen
wird und daher auch von einer großen Akzeptanz bei den Fahrern auszugehen ist.
[0048] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen
Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
- Fig. 1
- schematisch den Leistungsfluss bei einer mobilen Arbeitsmaschine, bei der das erfindungsgemäße
Verfahren zum Einsatz kommt,
- Fig. 2
- schematisch einen hydraulischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine,
- Fig. 3
- schematisch einen hydraulischen Schaltplan einer weiteren erfindungsgemäßen mobilen
Arbeitsmaschine,
- Fig. 4
- schematisch einen hydraulischen Schaltplan einer weiteren erfindungsgemäßen mobilen
Arbeitsmaschine,
- Fig. 5
- schematisch einen hydraulischen Schaltplan einer weiteren erfindungsgemäßen mobilen
Arbeitsmaschine und
- Fig. 6
- schematisch einen verbrennungsmotorisch elektrischen Antriebsstrang einer weiteren
erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine.
[0049] Die Fig. 1 zeigt schematisch den Leistungsfluss bei einer mobilen Arbeitsmaschine,
bei der das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt. Ein Verbrennungsmotor 1
als Dieselmotor 2 treibt einen Fahrantrieb 3 an, der wiederum die Antriebsräder 4
einer Antriebsachse antreibt. Daneben wird von dem Dieselmotor 2 auch mindestens eine
Hydraulikpumpe 5 angetrieben, die eine Arbeitshydraulik 6 mit Hydraulikfluid versorgt,
beispielsweise einen Hubmast 7 im Falle eines Flurförderzeugs als Beispiel einer mobilen
Arbeitsmaschine. Der Dieselmotor 2 weist dabei eine eigene Motorsteuerung auf, die
grundsätzlich auch die Rußpartikelfilterregenerierung steuert.
[0050] Eine Fahrzeugsteuerung 8 erhält Daten und Parameterwerte von dem Dieselmotor 2 bzw.
dessen Motorsteuerung und von dem Fahrantrieb 3 wie auch der Hydraulikpumpe 5 bzw.
der Hydraulik. Die Fahrzeugsteuerung 8 erzeugt durch Ansteuerung von leistungsaufnehmenden
Komponenten der mobilen Arbeitsmaschine eine Zusatzlast für den Dieselmotor 2, wenn
die Randbedingungen nicht mehr gegeben sind, unter denen die Motorsteuerung eine Rußpartikelfilterregenerierung
durchführen kann und wenn eine Rußpartikelfilterregenerierung erforderlich ist.
[0051] Die Fig. 2 zeigt schematisch einen hydraulischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen
mobilen Arbeitsmaschine. Das System der Arbeitshydraulik besteht aus einem Load-Sensing-System
(LS-System) in Closed Center Bauweise. Die Hydraulikpumpe 5 in Form einer Verstellpumpe
9 führt über eine Förderleitung 10 den Förderdruck zunächst einem Prioritätsventil
11 zu, das bevorzugt den Förderdruck einer Lenkung 12 der mobilen Arbeitsmaschine
bzw. des Flurförderzeugs zuführt. Weiterhin wird über das Prioritätsventil 11 eine
Arbeitshydraulik 13 mit Hydraulikfluid versorgt. Ebenfalls wird von dem Prioritätsventil
11 über ein zur Steuerung dienendes Druckminderventil 14 ein Lüftermotor 15 mit Hydraulikfluid
versorgt, der zum Antrieb eines Lüfters 22 dient. Durch den Lüfter 22 wird ein Kühler
16, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Hydraulikfluidkühler, mit einem Kühlluftstrom
versorgt. Der Kühler 16 kann auch noch kombiniert sein mit einem Kühler für das Motorkühlmittel
oder allein aus diesem bestehen. Von dem Lüftermotor 15, der als hydraulischer Zahnradmotor
17 ausgebildet ist, fließt das Hydraulikfluid über den Kühler 16 in einen Tank 18
ab.
[0052] Von der Lenkung 12, der Arbeitshydraulik 13 und dem Lüftermotor 15 wird jeweils der
Lastdruck abgegriffen und über eine LS-Leitung 19 und eine Kaskade aus Wechselventilen
20 einer nicht näher dargestellten LS-Steuerung der Verstellpumpe 9 zugeführt.
[0053] Durch ein Schaltventil 21, dass parallel zu der Arbeitshydraulik 13 und dem Lüftermotor
15 angeordnet ist, wird bei einer Zusatzlast der Förderdrucks direkt auf die LS-Leitung
19 geschaltet. Wenn das Schaltventil 21 nicht geschaltet ist, findet ein Normalbetrieb
statt mit der bekannten LS-Regelung, bei der im Leerlauf des Dieselmotors die einzelnen
LS-Drücke über die einzelnen Verbraucher entlastet werden. Die Verstellpumpe 9 wird
auf die Regeldruckdifferenz zurück geregelt und geschwenkt. Wird das Schaltventil
21 geschaltet, so wird der anstehende Förderdruck der Verstellpumpe 9 über die LS-Leitung
19 und die Wechselventile 20 an die LS-Steuerung zurückgemeldet. Dadurch wird die
Regeldruckdifferenz auf den LS-Druck als Rückführgröße der Regelung unmittelbar aufaddiert
und die Verstellpumpe 9 bis zur Förderung des maximalen Systemdrucks aufgeschwenkt.
[0054] Die Zusatzlast kann weiter gesteigert werden, indem der Lüftermotor 15 mit einer
höheren Drehzahl betrieben wird, um den Volumenstrom des Hydraulikfluids zu erhöhen.
Dies kann erfolgen, indem das Druckregelventil 14 weiter geöffnet wird.
[0055] Die Fig. 3 zeigt schematisch einen hydraulischen Schaltplan einer weiteren erfindungsgemäßen
mobilen Arbeitsmaschine. Bauteile und Komponenten, die mit denjenigen des vorherigen
Ausführungsbeispiels übereinstimmen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das
System der Arbeitshydraulik besteht aus dem Load-Sensing-System (LS-System) in Closed
Center Bauweise. Die Hydraulikpumpe 5 als Verstellpumpe 9 führt über die Förderleitung
10 den Förderdruck dem Prioritätsventil 11 zu, das bevorzugt den Förderdruck der Lenkung
12 zuführt und nachrangig der Arbeitshydraulik 13. Über das der Drehzahlregelung dienende
Druckminderventil 14 wird der Lüftermotor 15 zum Antrieb des Lüfters 22 für den Kühler
16 mit Hydraulikfluid versorgt. Von den Kühler 16 fließt das Hydraulikfluid in den
Tank 18 ab.
[0056] Der Lastdruck der Lenkung 12, der Arbeitshydraulik 13 und des Lüftermotors 15 wird
über die LS-Leitung 19 und die Kaskade aus den Wechselventilen 20 einer nicht näher
dargestellten LS-Steuerung der Verstellpumpe 9 zugeführt.
[0057] Ein Schaltventil 22 ist in einer LS-Leitung 23 des Lüftermotors 15 angeordnet. Der
Förderdrucks der Verstellpumpe 9 kann auf den maximalen Systemdruck erhöht werden,
da die LS-Entlastung über den Verbraucher Lüftermotor 15 nicht möglich ist.
[0058] Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann über das Druckregelventil 14 die Zusatzlast
weiter gesteigert werden, indem der Lüftermotor 15 mit einer höheren Drehzahl und
damit erhöhtem Volumenstrom betrieben wird.
[0059] Die Fig. 4 zeigt schematisch einen hydraulischen Schaltplan einer weiteren erfindungsgemäßen
mobilen Arbeitsmaschine. Das System der Arbeitshydraulik besteht aus dem Load-Sensing-System
(LS-System) in Closed Center Bauweise. Die Hydraulikpumpe 5 als Verstellpumpe 9 führt
über die Förderleitung 10 den Förderdruck dem Prioritätsventil 11 zu, das bevorzugt
den Förderdruck der Lenkung 12 zuführt und nachrangig der Arbeitshydraulik 13. Über
das der Drehzahlregelung dienende Druckminderventil 14 wird der Lüftermotor 15 zum
Antrieb des Lüfters 22 für den Kühler 16 mit Hydraulikfluid versorgt. Von den Kühler
16 fließt das Hydraulikfluid in den Tank 18 ab.
[0060] Der Lastdruck der Lenkung 12, der Arbeitshydraulik 13 und des Lüftermotors 15 wird
über die LS-Leitung 19 und die Kaskade aus den Wechselventilen 20 der LS-Steuerung
der Verstellpumpe 9 zugeführt.
[0061] Parallel zu der Arbeitshydraulik 13 und dem Lüftermotor 15 ist eine Blende 24 angeordnet,
die als Proportionalventil 25 ausgebildet ist, das mit zunehmender Drosselung einen
Steuerdruck für eine LS-Leitung 26 erzeugt. Von der Blende 24 strömt das Hydraulikfluid
in den Tank 18.
[0062] Wenn das Proportionalventil 25 zunehmend geschlossen wird und die Blende 24 eine
ansteigende Drossel Wirkung erzeugt, entsteht eine Zusatzlast für den Dieselmotor
2. Diese Zusatzlast wird noch dadurch verstärkt, dass über die LS-Regelung die Leistung
der Verstellpumpe 9 erhöht wird, die gegen die Blende 24 arbeitet.
[0063] Die Fig. 5 zeigt schematisch einen hydraulischen Schaltplan einer weiteren erfindungsgemäßen
mobilen Arbeitsmaschine. Der Aufbau entspricht dabei demjenigen der Fig. 4 mit,Hydraulikpumpe
5 als Verstellpumpe 9, Förderleitung 10, Prioritätsventil 11, Lenkung 12, Arbeitshydraulik
13, Druckminderventil 14, Lüftermotor 15 zum Antrieb des Lüfters 22 und dem Kühler
16, von dem das Hydraulikfluid in den Tank 18 abfließt.
[0064] Der Lastdruck der Lenkung 12, der Arbeitshydraulik 13 und des Lüftermotors 15 wird
über die LS-Leitung 19 und die Kaskade aus den Wechselventilen 20 der LS-Steuerung
der Verstellpumpe 9 zugeführt. Parallel zu der Arbeitshydraulik 13 ist die Blende
24 als Proportionalventil 25 angeordnet mit der LS-Leitung 26.
[0065] Gegenüber der Ausführungsform der Fig. 4 ist zusätzlich nach der Blende 24 das Hydraulikfluid
über den Kühler 16 geführt. Deshalb sind zwei Rückschlagventile 27 in der Zulaufleitung
28 von dem Lüftermotor 15 und in der Zulaufleitung 29 von der Blende 24 angeordnet,
um Wechselwirkungen zu vermeiden.
[0066] Die Fig. 6 zeigt schematisch einen verbrennungsmotorisch-elektrischen Antriebsstrang
einer weiteren erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine. Der Dieselmotor 2 ist mit
der Hydraulikpumpe 5, die als Verstellpumpe 9 ausgeführt ist, und mit einem Generator
30 verbundenen, die er antreibt. Die von dem Generator 30, der ein Drehstromgenerator
31 ist, erzeugte elektrische Leistung wird durch einen Gleichrichter 32 in einen Gleichspannungszwischenkreis
33 gespeist. Aus dem Gleichspannungszwischenkreis 33 wird ein Umrichter 34 mit elektrischer
Energie versorgt, der einen Fahrmotor 35 als Fahrantrieb 3 ansteuert. Der Fahrmotor
35 ist als Drehfeldmaschine 36 ausgebildet und treibt die Antriebsräder 37 an.
[0067] Mit dem Gleichspannungszwischenkreis 33 kann ein Bremswiderstand 38 über einen Bremsschalter
39 verbunden werden. Ebenso kann über einen weiteren Umrichter 40 ein Doppelkondensatorspeicher
41 oder Ultracup-Speicher mit dem Gleichspannungszwischenkreis 33 verbunden werden.
[0068] Die Fahrzeugsteuerung 8 kann, um eine Zusatzlast zu erzeugen, das Längsfeld der Statorwicklungen
der Drehfeldmaschine 36 erhöhen. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Querfeld
der Statorwicklungen der Drehfeldmaschine 36 mit einem hochfrequenten Strom beschaltet
werden.
[0069] Ebenso ist es möglich, eine Zusatzlast zu erzeugen, indem über den Bremsschalter
39 der Bremswiderstand 38 eingeschaltet wird und in dem Bremswiderstand 38 elektrische
Energie in Wärme umgewandelt wird. Um Leistungsverluste zu vermeiden, ist es bei dem
hier dargestellten Hybridsystem auch möglich, über den weiteren Umrichter 40 elektrische
Energie in dem Doppelkondensatorspeicher 41 zu laden und dadurch eine Zusatzlast zu
erzeugen.
[0070] In allen vorgenannten Fällen in steht die Zusatzlast für den Dieselmotor 2 dadurch,
dass der Generator 30 ein größeres Lastmoment aufweist.
1. Verfahren zur Steuerung einer durch einen Dieselmotor (2) angetriebenen mobilen Arbeitsmaschine
mit einem Rußpartikelfilter, mit einer Motorsteuerung, mit einer Fahrzeugsteuerung
(8) und Erfassungsmitteln für einen Füllstand des Rußpartikelfilters sowie der Rußpartikelfiltertemperatur,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fahrzeugsteuerung (8) den Füllstand des Rußpartikelfilters und die Rußpartikelfiltertemperatur
überwacht, die Notwendigkeit einer Rußpartikelfilterregeneration beurteilt und, wenn
die Motorsteuerung die Randbedingungen für eine Rußpartikelfiltergeneration nicht
erreichen kann, insbesondere die Rußpartikelfiltertemperatur zu niedrig ist, durch
Ansteuerung von leistungaufnehmenden Komponenten der mobilen Arbeitsmaschine eine
Zusatzlast für den Dieselmotor (2) erzeugt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fahrzeugsteuerung weitere Regenerationsrandbedingungen beurteilt, insbesondere
ein bisheriges Einsatzprofil der mobilen Arbeitsmaschine.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fahrzeugsteuerung den Füllstand des Rußpartikelfilters und/oder die Rußpartikelfiltertemperatur
und/oder die Notwendigkeit einer Rußpartikelfilterregeneration von der Motorsteuerung
abfragt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zusatzlast durch eine Erhöhung des hydraulischen Drucks einer Hydraulikanlage
erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch ein parallel zu hydraulischen Verbrauchern angeordnetes Schaltventil (21) bei
einer Load-Sensing-Regelung der Pumpendruck auf die Load-Sensing-Steuerleitung (19)
von der Fahrzeugsteuerung (8) geschaltet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein hydraulischer Verbraucher ein Lüftermotor (15) ist.
7. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Schaltventil (22) in einer Load-Sensing-Leitung (23) eines Lüftermotors (15)
in eine Sperrstellung von der Fahrzeugsteuerung (8) geschaltet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zusatzlast durch eine Erhöhung der hydraulischen Verlustleistung einer Hydraulikanlage
erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass parallel zu einer Arbeitshydraulik (13) eine Blende (24) angeordnet ist, über die
Hydraulikfluid in einen Tank (18) abströmen kann.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Blende (24) regelbar ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Blende (24) einen Steuerdruck auf einer Load-Sensing-Leitung (26) erzeugt.
12. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass parallel mit der Blende (24) ein Lüftermotor (15) angeordnet ist und das Hydraulikfluid
aus beiden über einen Kühler (16) in einen Tank (18) abgeleitet wird, wobei an einem
Zulauf (18) von der Blende (24) zu dem Kühler (16) und von dem Lüftermotor (15) zu
dem Kühler (16) jeweils ein Rückschlagventil (27) angeordnet ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zusatzlast durch eine Erhöhung der elektrischen Verlustleistung eines verbrennungsmotorisch-elektrischen
Fahrantriebs erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Fahrmotor (35) der mobilen Arbeitsmaschine eine Drehfeldmaschine (36) ist und
die elektrische Verlustleistung durch eine Erhöhung eines Fahrmotorlängsfeldes erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Fahrmotor (35) der mobilen Arbeitsmaschine eine Drehfeldmaschine (36) ist und
die elektrische Verlustleistung durch hochfrequente Fahrmotorquerfelder erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrische Verlustleistung durch eine Aufschaltung eines Bremswiderstandes (38)
erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrische Verlustleistung durch Zuführung elektrischer Leistung zu einem elektrischen
Energiespeicher eines Hybridsystems erfolgt, insbesondere einer Hochvoltbatterie und/oder
einem Doppelkondensatorspeicher (41).
18. Mobile Arbeitsmaschine mit einem Antrieb durch einen Dieselmotor mit einem Rußpartikelfilter,
mit einer Motorsteuerung, sowie mit einer Fahrzeugsteuerung (8),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fahrzeugsteuerung (8)
durch ein parallel zu hydraulischen Verbrauchern angeordnetes Schaltventil (21) bei
einer Load-Sensing-Regelung den Pumpendruck auf die Load-Sensing-Steuerleitung (19)
schalten kann, oder
ein Schaltventil (22) in einer Load-Sensing-Leitung (23) eines Lüftermotors (15) in
eine Sperrstellung schalten kann, oder
eine regelbare Blende (24) parallel zu einer Arbeitshydraulik(13)ansteuern kann, insbesondere
eine Blende (24), die einen Steuerdruck auf einer Load-Sensing-Leitung (26) erzeugen
kann.
19. Mobile Arbeitsmaschine nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass Erfassungsmitteln für einen Füllstand des Rußpartikelfilters sowie die Rußpartikelfiltertemperatur
vorhanden sind und die Fahrzeugsteuerung (8) ein Verfahren nach einem der Ansprüche
1 bis 12 durchführt.
20. Mobile Arbeitsmaschine nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mobile Arbeitsmaschine ein Flurförderzeug ist.