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HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
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Brennkraftmaschinen
mit Kraftstoffeinspritzung werden in vielen Anwendungen, einschließlich der
Diesel-Elektro-Antriebssysteme
von Schienentriebfahrzeugen oder -lokomotiven, verwendet. 1 veranschaulicht
ein Laststeuerungssystem 10 für das elektromotorische Antriebssystem
einer Lokomotive, wie es durch die Anmelderin der vorliegenden Erfindung
geliefert wird. Der Motor wird bei einer konstanten Drehzahl betrieben,
die von einer Leistungsanforderung (die gewöhnlich als die Drosseleinstellung bezeichnet
wird) abhängig
ist, die durch den Lokomotivenführer
ausgelöst
wird. Die Drehzahl wird durch Anpassung der dem Motor zugeführten Kraftstoffmenge
auf den Drehzahlsollwert 12 geregelt. Ein Drehzahlregler 14 erzeugt
ein Kraftstoffanforderungssignal 16 auf der Grundlage des
Drehzahlsollwerts 12 und eines aktuellen Motordrehzahlrückführungssignals 18.
Während
eines normalen Betriebs wird die Kraftstoffanforderung 16 unmittelbar
in eine Kraftstoffströmung 20 umgewandelt.
Unter bestimmten Bedingungen muss jedoch die Kraftstoffmenge 20 gegenüber dem
mit der Kraftstoffanforderung 16 verbundenen Wert begrenzt
werden, um eine Überlastung
des Motors zu verhindern und Fehler von Motorkomponenten und zugehöriger Ausrüstung auszugleichen.
Eine Kraftstoffbegrenzungsfunktion 22 hängt von zwei unterschiedlichen
Kriterien ab. Eines ist ein statischer Grenzwert 24, der
auf der momentanen Motordrehzahl, Temperatur und dem momentanen
Druck an unterschiedlichen Stellen basiert. Der sta tische Grenzwert 24 schützt den
Motor und zugehörige
Systeme vor einer mechanischen Überlastung.
Ein zweites Kriterium ist durch einen dynamischen Grenzwert 26 gebildet,
der erforderlich ist, um vorübergehende
Beschränkungen,
wie beispielsweise Rauch oder sonstige Emissionen, zu bewältigen oder
die Turboladeverzögerung
zu berücksichtigen. Der
untere Wert aus dem statischen Grenzwert 24 und dem dynamischen
Grenzwert 26 wird durch eine Minimumfunktion 28 als
Eingangsgröße für die Begrenzungsfunktion 22 ausgewählt, um
die Menge der Kraftstoffströmung 20 zu
begrenzen, wenn die Kraftstoffanforderung höher ist. Wenn die Begrenzungsfunktion 22 aktiviert
ist, empfängt
der Motor weniger Kraftstoff als erforderlich ist, um den angeforderten Drehzahlsollwert 12 aufrecht
zu erhalten, und die tatsächliche
Drehzahl 18 fällt,
wenn nicht eine weitere Steuerungsaktion ausgelöst wird. Um einen derartigen
Abfall der tatsächlichen
Motordrehzahl 18 zu verhindern, erfasst eine Laststeuerungsfunktion 30 die Differenz
zwischen der Kraftstoffströmung 20 und
der Kraftstoffanforderung 16 und liefert ein Lastverringerungssignal 32 zu
einer Minimumfunktion 34, das mit dem vom Fahrzeugführer vorgegebenen
Anforderungssignal 36 verglichen werden soll. Das Anforderungssignal
des Fahrzeugführers
steht im Zusammenhang mit der Drosseleinstellung und dem Drehzahlsollwert 12.
Die Minimumfunktion 34 liefert ein Ausgangssignal zu der
Antriebsmotorlaststeuerung 38, um ein Laststeuerungssignal 40 zu
erzeugen, um den Generator zu steuern, der verwendet wird, um die
lokomotiven Haupttriebmotoren anzutreiben. Die dem Motor durch den
Generator auferlegte reduzierte Last wirkt der Reduktion der Kraftstoffströmungsmenge 20,
die durch die Begrenzungsfunktion 22 bewirkt wird, entgegen,
wodurch ermöglicht
wird, dass die momentane Motordrehzahl 18 im Einklang mit dem
Drehzahlsollwert 12, obwohl bei einem niedrigeren als dem
normalen Leistungsabgabeniveau aufrecht erhalten wird.
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Die
Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um die volle Pferdestärke zu erzeugen,
bleibt über
die Lebensdauer eines Motors nicht konstant. Kurzzeitvariablen,
wie Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck und Kraftstoffart/-qualität, beeinflussen
die verwendete Kraftstoffmenge. Über
die längere
Zeitdauer hinweg reduziert Komponentenverschleiß den Wirkungsgrad eines Motors
und führt
zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch.
Wartungsmaßnahmen,
wie der Ersatz von Teilen, verändern
ebenfalls die Menge des verbrauchten Kraftstoffs. Die statischen
Grenzwerte 24 und die dynamischen Grenzwerte 26 müssen ausreichend
hoch festgesetzt werden, um derartigen Kurzzeit- und Langzeitveränderungen
Rechnung zu tragen. Bei momentanen Konstruktionen von Triebfahrzeugmotoren
können
diese Grenzwerte 50% über
dem anfänglichen
Kraftstoffverbrauchswert festgesetzt werden, um diese Veränderungen
zu berücksichtigen.
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Ein
gewöhnlicher
Triebfahrzeugmotor kann zwölf
oder sechszehn Zylinder aufweisen. Wenn einer der Zylinder und/oder
der zugehörige
Kraftstoffzufuhrweg ausfällt,
erhöht
das herkömmliche
Laststeuerungssystem 10 nach 1 die gesamte
Kraftstoffströmungsmenge,
um die gewünschte
Motordrehzahl mit den verbleibenden elf oder fünfzehn Zylindern aufrecht zu
erhalten. Der statische Grenzwert 24 stellt sicher, dass
die erhöhte
Kraftstoffströmung nicht
so hoch ist, um sofortige katastrophale Fehler des Motors zu verursachen.
Jedoch führt
die vergrößerte Kraftstoffzufuhr
zu den verbleibenden Arbeitszylindern eine höhere Belastung als normalerweise, was
zu höheren
Gesamtfehlerraten an den betroffenen Komponenten führt. Abgasemissionen
können eben falls
negativ beeinflusst werden. Derartige Fehler treten höchstwahrscheinlich
auf, wenn der Fehler durch den Fahrzeugführer unentdeckt bleibt und
der Motor für
eine längere
Zeitdauer in diesem verminderten oder verschlechterten Modus betrieben
wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung kann mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen
leicht verstanden werden, in denen gleiche Elemente über die
Zeichnungen hinweg gleiche Bezugszeichen tragen.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines Laststeuerungssystems für ein Triebfahrzeug
oder eine Lokomotive nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild eines Laststeuerungssystems mit einer Ausführungsform
einer adaptiven Kraftstoffbegrenzung.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
der adaptiven Kraftstoffbegrenzungsfunktion nach 2.
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4 zeigt
eine graphische Darstellung der Kraftstoffströmungsvariablen über der
Zeit für
das Laststeuerungssystem nach 2, das die
adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion nach 3 verwendet.
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5 zeigt
ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der adaptiven Kraftstoffbegrenzungsfunktion
nach 2.
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6 zeigt
eine graphische Darstellung von Kraftstoffströmungsvariablen über der
Zeit für
das Laststeuerungssystem nach 2, das die
adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion nach 5 verwendet.
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7 zeigt
ein Blockschaltbild einer modifizierten Ausführungsform eines Laststeuerungssystems,
das eine adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion verwendet.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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2 zeigt
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
eines verbesserten Laststeuerungssystems 50, wie es in
einem Triebfahrzeug oder einer Lokomotive oder einem sonstigen elektromotorischen
Antriebssystem eingesetzt werden kann. In diesem System 50 sind
die Drehzahlreglerfunktion 14 und die Kraftstoffbegrenzungssteuerungsfunktion 24, 26, 28 die
gleichen wie in dem in 1 veranschaulichten herkömmlichen
System nach dem Stand der Technik. Das Laststeuerungssystem 50 nach 2 enthält zusätzlich eine
adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion 52, die in dem Fall
eines Fehlers, der eine plötzliche
Erhöhung
der Kraftstoffanforderung im nominell stabilen Betrieb verursacht, beispielsweise
eines Fehlers eines Motorzylinders oder seines zugehörigen Kraftstoffzufuhrsystems, die
Belastung des Motors reduziert. Diese reduzierte Motorlast führt indirekt
zu einer verringerten Kraftstoffströmung 20. Die adaptive
Kraftstoffbegrenzung 52 dient dazu, eine Begrenzung der
Kraftstoffströmungsmenge 20 zu
erzielen, die kleiner sein kann als die Grenzwerte, die durch die
statischen Grenzwerte 24 und die dynamischen Grenzwerte 26 aufgezwungen
werden, wodurch der Motor weiter geschützt wird. Die adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion 52 reagiert
auf die Betriebsvorgeschichte oder -historie des Motors oder spricht
auf diese an, um die maximal zulässige
Kraftstoffströmungsmenge
in Abhängigkeit von
einem Parameter zu variieren, der die Leistung oder das Verhalten
des Motors über
der Zeit kennzeichnet, wie dies nachstehend in größeren Einzelheiten
beschrieben ist. Die adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion 52 erzeugt
ein adaptives Kraftstoffgrenzwertsignal 54, das durch eine
Minimumfunktion 23 mit dem Ausgangssignal der Minimumfunktion 28 verglichen
wird, um ein Eingangssignal für
die Laststeuerung 30 zu liefern. Wenn die Kraftstoffanforderung 16 größer ist
als das adaptive Kraftstoffgrenzwertsignal 54, verringert
die Laststeuerung 30 die Last an dem Motor entsprechend,
um einen stabilen Zustand zu erreichen.
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3 veranschaulicht
in Form eines Blockdiagramms eine Ausführungsform der adaptiven Kraftstoffbegrenzungsfunktion 52.
Die adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion 52 nutzt die
Tatsache, dass die von einem Komponentenverschleiß herrührende Leistungsminderung über eine
lange Zeitdauer hinweg auftritt, während Komponentenfehler oder
-ausfälle
gewöhnlich
plötzlich
auftreten. Die adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion 52 implementiert
einen Algorithmus zur Anpassung des adaptiven Kraftstoffgrenzwerts 54 basierend
auf einer Information, die erhalten wird, wenn der Motor „gesund" ist, und sie ignoriert
eine während
eines vorübergehenden Komponentenfehlers
erzeugte Information. Das von dem Drehzahlregler 14 (1)
erhaltene Kraftstoffanforderungssignal 16 wird als ein
Eingangssignal empfangen. In der Kraftstoffanforderung 16 können Variablen,
wie beispielsweise die Kraftstoffqualität oder Umgebungsbedingungen,
wie die Umgebungsfeuchtigkeit, -temperatur und der Umgebungsdruck, durch
eine Kompensationsfunktion 56 kompensiert werden, um eine
kompensierte Kraftstoffanforderung 58 abzuleiten. Ein bekanntes
Verfahren zur Kompensation der Umgebungstemperatur und des Umgebungsdrucks
besteht darin, die Kraftstoffanforderung 16 mit
1/(((0,0005386·T) + 0,96768)·(14,135/P)0,093)
zu multiplizieren, wobei T die
Temperatur in °F
und P den Absolutdruck in Pfund pro Quadratzoll darstellen. Die
kom pensierte Kraftstoffanforderung 58 wird anschließend durch
die tatsächlich
gerade erzeugte Leistung (zum Beispiel die Bruttopferdestärke) 60,
in einer Rechnereinrichtung 61 dividiert, um ein Verhältnis Kraftstoffnutzung/Einheit
eines Leistungsparameters, beispielsweise den kompensierten Kraftstoffverbrauch
pro Pferdestärke 62 abzuleiten.
Es ist ohne weiteres verständlich,
dass in anderen Ausführungsformen
andere derartige Parameter, beispielsweise die Kraftstoffströmungsrate
pro durch den Motor erzeugte Pferdestärke, die Kraftstoffströmungsrate
pro Motortakt, die Kraftstoffströmungsrate
pro Einheit der Drehzahl des Motors oder die Kraftstoffströmungsrate
pro Einheit des durch den Motor erzeugten Drehmomentes, verwendet
werden können.
Derartige Leistungsparameter verändern
sich langsam über der
Zeit, wenn die Motorkomponenten verschleißen. Andere Parameter, die
auf die Leistung oder das Verhalten des Motors über der Zeit ansprechen und
die nicht direkte Messwerte des Kraftstoffverbrauchs darstellen,
beispielsweise auf einer Motoremission, Temperatur, Druck, Feuchte
oder Strömungsrate
eines anderen Fluids als Kraftstoff, können ebenfalls in der adaptiven
Kraftstoffbegrenzungsfunktion verwendet werden.
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Das
Signal 62 des kompensierten Kraftstoffverbrauchs pro Pferdestärke wird
durch eine Mittelungsfunktion, beispielsweise ein Tiefpassfilter 54, gefiltert,
um langsame Veränderungen
aufgrund eines Komponentenverschleißes passieren zu lassen und
schnellere Veränderungen,
die von einem Komponentenfehler oder -ausfall herrühren, zu
blockieren. Die Ausgabe 72 des Tiefpassfilters ist durch
ein Signal des gefilterten Kraftstoffverbrauchs pro Einheit der
Leistung gebildet. In einer Ausführungsform
kann das Filter 64 durch eine Aktivierungslogik 66 beispielsweise
nur dann, wenn der Motor sich in der Nähe seiner Maximaldrehzahl und
der maximalen Pferdestärke
befindet und nicht durch irgend einen der Kraftstoffgrenzwerte 24, 26 begrenzt
ist, aktiviert werden. Es ist möglich,
die adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion 52 bei anderen
Motordrehzahlen und/oder Leistungsabgabeniveaus zu aktivieren. Das Tiefpassfilter 64 wird
die Motorcharakteristika über eine
Zeitspanne hinweg erlernen, die von einer Zeitkonstante 68 abhängt, die
durch eine ausgewählte Logik 70 verändert werden
kann. Beispielsweise kann die Zeitkonstante bei der anfänglichen
Inbetriebnahme des Motors oder in einem beliebigen Zeitpunkt, nachdem
eine Motorwartung vorgenommen worden ist, oder zu einer beliebigen
Zeit, wenn es bekannt ist, dass der Motor ganz „gesund" ist, bei einem niedrigen Wert, beispielsweise
bei 0,5 Stunden, festgelegt werden. Dies ermöglicht einen schnellen Lernvorgang
der adaptiven Kraftstoffbegrenzungsfunktion 52 über schnelle
Veränderungen
des Ausgangssignals 72 des Tiefpassfilters 64.
Wenn die aktivierte Zeit eine vorbestimmte Zeitdauer, beispielsweise
1,0 Stunden, übersteigt,
kann die Zeitkonstante 68 auf einen größeren Wert, beispielsweise
6,0 Stunden, gesetzt werden. Diese Zeiten werden festgelegt, um während einer
gesunden oder einwandfreien Zeitperiode des Motors eine rasche Anpassung
zu erzielen und anschließend
dem Ausgangssignal 72 zu ermöglichen, langsame Änderungen,
beispielsweise Komponentenverschleiß, zu berücksichtigen. Alternativ kann
eine lineare oder sonstige Änderung
der Zeitkonstante 68 ausgewählt werden oder die Zeitkonstante
selbst konstant bleiben.
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Das
Ausgangssignal 72 des Tiefplatzfilters 64 kann
anschließend
um eine ausgewählte
Größe, beispielsweise
ein Kraftstoffgrenzwertdelta 74 von beispielsweise 3%,
erhöht
werden, um die zulässige kompensierte
Kraftstoffmenge pro Pferdestärke 76 abzuleiten.
Das Kraftstoffgrenzwertdelta 74 kann zweckmäßig kleiner
als die Änderung
der Kraftstoffströmung,
die erwartet wird, wenn ein einzelner Zylinder ausfällt, gewählt werden,
um einen Schutz für den
Motor unter diesem Szenarium zu schaffen. Dieser Wert wird mit der
maximalen Motorausgangsleistung 78 multipliziert, um die
zulässige
kompensierte Kraftstoffmenge 80 abzuleiten, und darin wird
erneut eine Kompensation der Umgebungstemperatur und des Umgebungsdrucks 82 vorgenommen,
um das adaptive Kraftstoffgrenzwertsignal 54 abzuleiten.
Die gelernten Kraftstoffmengen sind hinsichtlich (kompensierter)
Standardtemperatur- und -druckbedingungen normiert. Diese Kompensation
wird verwendet, um die Effekte der natürlichen Variation der Kraftstoffströmung, wie
sie mit Veränderungen
der Umgebungsbedingungen verbunden ist, zu eliminieren. Dieser Kraftstoffmengenspeicher
muss auf eine Menge angepasst werden, die für die momentane Temperatur
und den momentanen Druck geeignet ist, weil die vorliegenden Kraftstoffgrenzwerte
in nicht kompensierten Einheiten integriert sind.
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Es
ist auch möglich,
die Kraftstoffanforderung und Kraftstoffgrenzwerte zu kompensieren,
bevor die Grenzwerte in der Begrenzungsfunktion 22 angewandt
werden, und anschließend
das Ausgangssignal der Begrenzungsfunktion 22 erneut einer
Kompensation zu unterwerfen. Dies berücksichtigt Veränderungen
der Umgebungsbedingungen, ohne eine derartige Unsicherheit in den
statistischen Grenzwerten 24 aufzunehmen, wodurch die erforderliche
Spanne reduziert wird. Diese Verringerung der Spanne führt unter
bestimmten Umständen
zu einer geringen Kraftstoffströmung 20.
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4 zeigt
eine graphische Darstellung verschiedener Variablen der adaptiven
Kraftstoffbegrenzungsfunktion 52 nach 2.
Die Kraftstoffanforderung 16 und die kompensierte Kraftstoffanforderung 58 sind
die rohen Kraftstoffverbrauchssignale, die, wie ersichtlich, mit
der Zeit, wenn der Motor verschleißt allmählich ansteigen. Zu einer Zeit
X liegt eine verhältnismäßig plötzliche
Erhöhung
der Kraftstoffanforderung 16 vor, die beispielsweise von
einer Veränderung
der Umgebungsbedingungen oder einer Änderung der Kraftstoffversorgung
herrühren kann.
Diese plötzliche
Veränderung
zeigt, wenn sie vollständig
kompensiert ist, in der kompensierten Kraftstoffanforderung keine
Veränderung.
Jedoch könnte
praktisch in der Kompensation ein Fehler enthalten sein, und dieser
ist in der kompensierten Kraftstoffanforderung 58 in Form
einer sehr kleinen Änderung
in dem Zeitpunkt X wiedergegeben.
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Die
zugelassene oder zulässige
kompensierte Kraftstoffmenge 80 wird bei einem maximalen Kraftstoffgrenzwert
initialisiert, der dem statischen Grenzwert 24 entsprechen
kann. Wenn die adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion 52 von
dem tatsächlichen
Kraftstoffverbrauch des Motors lernt, wird die zulässige kompensierte
Kraftstoffmenge 80 mit einer durch die Zeitkonstante 68 gesteuerten
Rate verringert, bis sie im Wesentlichen der kompensierten Kraftstoffanforderung 58 zuzüglich des
Kraftstoffgrenzwertdeltas 74 entspricht. Die zulässige kompensierte
Kraftstoffmenge 80 wird anschließend in Abhängigkeit von einem Trend in
dem Verhalten oder der Leistung des Motors, wenn der Motor im Laufe der
Zeit verschleißt,
angepasst, in diesem Beispiel erhöht. Auf diese Weise ist der
adaptive Kraftstoffgrenzwert 54 effektiver als der statische
Grenzwert 24 nach dem Stand der Technik, weil er viel näher an dem
akutellen Kraftstoffverbrauchswert festgesetzt werden kann als der
stati sche Grenzwert 24. Wie oben erläutert, kann der statische Grenzwert 24 so hoch
sein wie 50% oberhalb des anfänglichen
Kraftstoffverbrauchswertes, während
die zulässige
kompensierte Kraftstoffmenge 80 sich sehr schnell dem Wert
von ungefähr
3% oberhalb des tatsächlichen Kraftstoffverbrauchswertes
annähert
und sich dennoch frei erhöhen
kann, wenn der Motor verschleißt. In
der Tat kann die kompensierte Kraftstoffanforderung 58 sich
langsam auf Werte erhöhen,
die größer sind
als frühere
Werte der zulässigen
kompensierten Kraftstoffmenge 80, wie dies bei Betrachtung
dieser jeweiligen Werte in den Zeitpunkten X und Y ohne weiteres
verständlich
ist.
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Zu
einer Zeit Y kommt es zu einem Kraftstoffpumpenfehler oder -ausfall
oder einem sonstigen Komponentenfehler, der die Leistungsabgabe
von einem einzelnen der Motorzylinder plötzlich verringert. Der resultierende
Anstieg der kompensierten Kraftstoffanforderung 58 ist
durch den zulässigen
kompensierten Kraftstoffgrenzwert 80 auf ungefähr 3% begrenzt,
weil weitere Erhöhungen
der kompensierten Kraftstoffanforderung 58 durch entsprechende Reduzierungen
der Last 40, wie sie durch die Laststeuerung 30 bewerkstelligt
werden, unnötig
gemacht sind. Es kann eine sehr kurzzeitige Spitze in der Kraftstoffanforderung
auftreten, die diese Größe übersteigen
würde,
bis die adaptive Begrenzungsfunktion ansprechen kann, wobei jedoch
eine derartige Spitze in dem Maßstab
nach 4, der im Bereich von Tagen oder Monaten liegen
kann, nicht sichtbar ist. Wenn ein derartiges Ereignis auftritt,
wird das angepasste Lernen gestoppt.
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5 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform
einer adaptiven Kraftstoffbegrenzungsfunktion, bei der eine von
der Kraftstoffbegrenzungsfunktion gesonderte Alarm-/Anzeigefunktion
geschaffen ist. In dieser Ausführungsform
kann die Kraftstoffgrenzwertdeltafunktion 74 gleich einem
beliebigen willkürlichen
Wert festgesetzt werden und kann zweckmäßig auf einen Wert festgelegt
werden, der höher
ist als die beim Ausfall eines einzelnen Zylinders erwartete Änderung.
Dieser Lösungsansatz ermöglicht dem
Motor, seine Nennausgangsleistung mit N-1 Zylindern, die Leistung
erzeugen, aufrecht zu erhalten, und er liefert einen Alarm für den Fahrzeugführer oder
die Wartungsperson, so dass der Fehler bemerkt wird und der Fahrzeugführer eine
beliebige Maßnahme,
die geeignet ist, vornehmen kann. Beispielsweise kann der Fahrzeugführer wählen, den Motor
in einem Betrieb bei voller Leistung zu halten, falls das Triebfahrzeug
auf einem Schienenabschnitt betrieben wird, der eine steile Steigung
aufweist und auf dem die volle Leistung äußerst wichtig ist. Der Fahrzeugführer kann
ferner wählen,
den Motor bei voller Leistung bis zu einer zur Durchführung einer Wartung
passenden Zeit laufen zu lassen. Alternativ kann der Fahrzeugführer zur
Beseitigung einer übermäßigen Belastung
der Motorkomponenten wählen, die
Leistungsanforderung 36 zu reduzieren, indem die Drosseleinstellung
in Situationen, in denen eine verringerte Leistungsstärke betriebssicher
und wirtschaftlich akzeptabel ist, erniedrigt wird. Andere Situationen
können
eine verhältnismäßig hohe
Kraftstoffgrenzwertdeltafunktion 74 empfehlen, beispielsweise wenn
in der Kraftstoffanforderung eine große Rauschmenge oder Variation
vorhanden ist, die in der Kompensationsfunktion 56 nicht
ausgeglichen wird. Zum Zeitpunkt einer Wartungsmaßnahme oder wenn
Teile ersetzt werden, kann der Fahrzeugführer oder die Wartungsperson
die zulässige
kompensierte Kraftstoffmenge auf die maximale oder eine neue Motorbedingung
zurücksetzten,
oder es kann zugelassen werden, dass der Algorithmus ausgehend von seiner
momentanen Einstellung lernt. Es ist ferner möglich, nach einer derartigen
Wartungsmaßnahme eine
Schnelllernsitzung zu implementieren.
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Wie
in 5 erkennbar, wird eine Vergleichseinrichtung 84 dazu
verwendet, ein Differenzsignal 85 basierend auf der Differenz
zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Tiefpassfilters 64 abzuleiten.
In einer Ausführungsform
ist gemeinsam mit dem Tiefpassfilter ein Integrator 86 aktiviert.
Die Eingänge
des Integrators 86 können
geringfügig
vorgespannt sein, um einen beliebigen Fehler oder Versatz in der
Berechnung zu berücksichtigen,
und er kann geklemmt sein, so dass nur eine einzige Polarität des Ausgangssignals
möglich
ist. Dieser Integrator weist eine mittlere Abweichung von Null in
der Kraftstoffanforderung oberhalb des Kraftstoffgrenzwertes ab,
wandert dennoch in die positive Richtung ab, wenn die mittlere Kraftstoffmenge
den Grenzwert übersteigt.
Das Ausgangssignal des Integrators 86 stellt einen Fehlerwert 88 dar,
der für
einen Ausfall eines Zylinders oder eine sonstige plötzliche Verschlechterung
kennzeichnend ist. Der Fehlerwert 88 kann als Indikator
in seinem rohen Zustand verwendet oder durch einen Schwellenwertdetektor 90 gefiltert
werden, um einen Fehleralarm oder eine Fehleranzeige 92 zu
erzeugen. Der Fehlerwert 88 oder der Fehleralarm 92 können verwendet
werden, um den Adaptionsalgorithmus auf der Grundlage der Anzahl
von Fehlern oder eines sonstigen Kriteriums anzuhalten, und/oder
er kann dazu verwendet werden, die Kraftstoffströmungsmenge zu begrenzen.
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6 zeigt
eine graphische Darstellung verschiedener der Variablen eines Laststeuerungssystems,
das die adaptive Kraftstoffbegrenzung nach 5 verwendet.
In dieser Ausführungsform
ist die Kraftstoffbegrenzungsfunktion 74 ausreichend hoch festgelegt,
so dass der zulässige
kompensierte Kraftstoff 80 den Kraftstoff im Falle eines
Ausfalls eines einzelnen Zylinders nicht begrenzt und zugelassen wird,
dass der Motor die volle Pferdestärke erzeugt. Der Ausgang des
Fehler erfassenden Integrators 86 zeigt eine schnelle Erhöhung des
Fehlerwertes 88 an, der größer wird als der im Voraus
festgelegte Fehlerdetektionsgrenzwert 94 des Schwellenwertdetektors 90,
wodurch ein Alarm für
den Fahrzeugführer geliefert
wird, ohne die Leistungsabgabe des Motors zu reduzieren. Die zulässige kompensierte
Kraftstoffmenge lernt die neue Kraftstoffverbrauchsrate des Motors
und steht weiterhin als eine Begrenzung zum Schutz des Motors gegen
noch größere plötzliche Kraftstoffanforderungsanstiege
zur Verfügung.
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Die
unterschiedlichen Logik- und Steuerungsfunktionen gemäß der vorliegenden
Erfindung können
in Form einer Datenstruktur oder übertragener Signale realisiert
und in Hardware, Software, Firmware oder Kombinationen von diesen
resident sein. Anweisungen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
können
auf einem beliebigen computerlesbaren Medium enthalten sein, das
in der Technik bekannt ist, um ein Computersystem zu veranlassen,
die Routine gemäß der vorliegenden
Erfindung auszuführen,
wie beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, auf statischen oder
dynamischen Speichervorrichtungen, Computerfestplatten, Disketten
oder Magnetplattenspeichern, oder sie können über einen Applikationsdienstleister
zur Verfügung gestellt
werden. Das gewöhnliche
Laststeuerungssystem nach dem Stand der Technik gemäß 1 kann
durch Hardware-/Firmware-/Software-Upgrades modifiziert werden,
um die zusätzlichen Funktionen,
wie sie in 2 veranschaulicht sind, hinzuzufügen, um
die vorliegende Erfindung in ein existierendes System zu integrieren.
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Es
sind zahlreiche weitere Ausführungsformen
des adaptiven Kraftstoffzufuhr-/Laststeuerungssystems möglich. Beispielsweise
veranschaulicht 7 eine modifizierte Ausführungsform
eines Laststeuerungssystems 100, das eine adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion 96 verwendet.
In dieser Ausführungsform
steuert/begrenzt eine Steuerungsfunktion, beispielsweise die Begrenzungsfunktion 22,
die Kraftstoffströmung 20 unmittelbar
in Abhängigkeit von
dem adaptiven Kraftstoffbegrenzungssignal 98 im Falle eines
plötzlichen
Anstiegs der Kraftstoffanforderung. Dies steht im Gegensatz zu der
Ausführungsform
nach 2, bei der die Steuerungsfunktion, die die Kraftstoffströmung begrenzt,
dies indirekt über
die Laststeuerungsfunktion 30 vornimmt. Die adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion 96 kann
der adaptiven Kraftstoffbegrenzungsfunktion 52 nach 3 ähnlich sein
oder sie kann durch eine beliebige sonstige geeignete Lernfunktion
gebildet sein, die auf historische Motorleistungsdaten anspricht,
um ein adaptives Kraftstoffgrenzwertsignal zu erzeugen. Die Motorleistungsdaten
können
als ein Parameter gemessen werden, der auf den Kraftstoffverbrauch
pro Einheit der Leistung reagiert oder anspricht. In der Ausführungsform
nach 7 kann der Ablauf der adaptiven Kraftstoffbegrenzungsfunktion 96 veranlassen,
dass die Kraftstoffströmung 20 unter
den Strömungswert
fällt,
der erforderlich ist, um die angeforderte volle Leistung oder Drehzahl
zu erzeugen, wobei in diesem Fall die Laststeuerungsfunktion 30 automatisch
einen Ausgleich durch Reduktion der Last an dem Motor vornimmt.
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Während hier
die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und beschrieben sind,
ist es offensichtlich, dass derartige Ausführungsformen lediglich zu Beispielszwecken
angegeben sind. Einem Fachmann erschließen sich zahlreiche Modifikationen,
Veränderungen
und Ersetzungen, die möglich
sind, ohne von der hier beschriebenen Erfindung abzuweichen. Es
besteht deshalb die Absicht, dass die Erfindung nur durch den Rahmen
und Schutzumfang der beigefügten
Ansprüche
begrenzt sein soll.
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Zusammenfassung:
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Adaptive
Kraftstoffbegrenzungsfunktion (52) zum Schutz einer Brennkraftmaschine.
Die adaptive Kraftstoffbegrenzungsfunktion ist eine lernende Funktion,
die auf Trends in einem Motorleistungsparamter, beispielsweise dem
kompensierten Kraftstoffverbrauch pro Einheit der erzeugten Leistung (62)
anspricht. Der Motorleistungsparameter wird durch ein Tiefpassfilter
(64) verarbeitet, um Veränderungen eines Kraftstoffgrenzwertsignals
(54) in Abhängigkeit
von allmählichen
Veränderungen
der Kraftstoffanforderung, die beispielsweise von einem Verschleiß in dem
Motor herrühren
können,
zuzulassen, während
Veränderungen
des Kraftstoffgrenzwertsignals als Reaktion auf plötzliche Änderungen der
Kraftstoffanforderung, die beispielsweise von einem Zylinderausfall
herrühren
können,
blockiert werden. Die Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem
Ausgangssignal des Tiefpassfilters kann verarbeitet werden, um einen
Fehlerwert (88) zu identifizieren, um eine von der Lernfunktion
verschiedene Alarmfunktion bereitzustellen.