СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УЗЕЛ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F16H63/50 F02D41/02 B60W10/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу управления двигателем внутреннего сгорания, соединенным с гидротрансформатором (преобразователем крутящего момента), имеющим функцию блокировки, в соответствии с преамбулой к п.1 формулы изобретения. Изобретение также относится к узлу управления двигателем внутреннего сгорания в соответствии с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения. Изобретение также относится к силовой передаче транспортного средства, включающей такой узел управления, и транспортному средству, включающему такую силовую передачу.

Изобретение может быть использовано со всеми транспортными средствами, имеющими гидротрансформатор с функцией блокировки. В частности, изобретение может быть использовано в рабочих машинах в области промышленного строительства, в частности, автопогрузчиках и автопоездах, где переход между режимом гидротрансформатора и режимом блокированного соединения может быть достаточно частым. Несмотря на то, что изобретение будет описано применительно к автопогрузчику, оно не ограничено использованием только в такой рабочей машине, и может быть использовано в рабочих машинах другого типа, например, самосвалах и грузовиках.

Уровень техники

Хорошо известны транспортные средства, двигатели внутреннего сгорания которых соединены с гидротрансформаторами. Гидротрансформаторы используются для передачи энергии вращения от двигателя внутреннего сгорания к другим компонентам приводного механизма транспортного средства.

Гидротрансформатор позволяет увеличивать крутящий момент при передаче от входного вала к выходному валу при наличии различия в частотах вращения входного и выходного валов. Поэтому применение гидротрансформатора особенно полезно в строительных машинах, например, автопогрузчиках и автопоездах. Однако в гидротрансформаторе происходит рассеивание энергии и эффективность гидротрансформатора ограничена. Типичная зависимость эффективности, определенная в координатах "эффективность/скорость проскальзывания", демонстрирует среднюю часть с по существу пологой кривой и боковыми областями с пониженной эффективностью. В случае, если различие в частоте вращения между входным и выходным валами, называемое проскальзыванием, слишком мало для обеспечения работы гидротрансформатора с требуемой эффективностью, обычно включают блокирующую муфту для механического соединения входного вала с выходным валом. Было показано, что работа гидротрансформатора целесообразна с величиной проскальзывания, определяемой отношением от 0,5 до 0,8. Это означает, что соотношение частоты вращения выходного вала и частоты вращения входного вала составляет от 0,5 до 0,8.

Таким образом, гидротрансформатор может содержать блокирующую муфту для сцепления или расцепления, при необходимости, механического соединения между входным и выходным валами. Гидротрансформатор представляет собой компонент приводного механизма, который передает энергию вращения от насоса, приводимого в действие входным валом, на турбину, соединенную с выходным валом через статор, обеспечивающий умножение крутящего момента от входного вала к выходному валу при наличии проскальзывания. Когда включена блокирующая муфта, между входным валом и выходным валом гидротрансформатора устанавливается механическое соединение. Когда включена блокирующая муфта, гидротрансформатор работает в режиме блокировки. Когда блокирующая муфта расцепляется, между входным валом гидротрансформатора и его выходным валом механическое соединение отсутствует. Включение и отключение функции блокировки резко изменяет нагрузку на двигатель. Когда функция блокировки активизирована, т.е. входной вал гидротрансформатора механически соединен с выходным валом, передаточное отношение гидротрансформатора постоянно, составляя в предпочтительном варианте 1:1. Другими словами, в режиме блокировки функция гидротрансформатора отключена.

Когда блокирующая муфта отключена, изменения в потребности в крутящем моменте для устойчивого движения транспортного средства обеспечиваются проскальзыванием в гидротрансформаторе. В этом режиме работы основной задачей двигателя является обеспечение постоянного числа оборотов, задаваемого водителем. Поэтому управление двигателем внутреннего сгорания в режиме гидротрансформатора сводится к поддержанию требуемой частоты вращения, определяемой положением узла акселератора.

В процессе подключения блокирующей муфты число оборотов двигателя будет падать в силу того, что должно быть скомпенсировано имевшее место до этого проскальзывание, до тех пор, пока не установится прямое соединение вместо гидротрансформаторного. Если управление частотой вращения двигателя производится входным воздействием оператора, различие в частоте вращения до начала блокирующего соединения и после его установления будет представлять собой ошибку регулирования. При этом стабилизатор частоты вращения будет ускорять двигатель при максимальном крутящем моменте.

Когда подключение блокирующей муфты будет закончено, нагрузка двигателя увеличится с одновременным мгновенным падением его частоты вращения, поскольку двигатель теперь прямо соединен с выходным валом гидротрансформатора. Увеличенная нагрузка на двигатель вместе с падением его частоты вращения приведет к нежелательным рывкам транспортного средства из-за резкого изменения крутящего момента.

Использование существующих регуляторов частоты вращения двигателя внутреннего сгорания ведет к ускорению транспортного средства при максимальных крутящих моментах вследствие блокирующего соединения, что вызывает рывки транспортного средства. Этим усложняется управление транспортным средством.

Предпринимались попытки ослабить резкие изменения крутящего момента при подключении блокирующей муфты. Делались многочисленные предложения, касающиеся регулировки количества рециркулирующих отработанных газов для снижения резких изменений крутящего момента при подключении или отключении блокирующей муфты.

В US 4716999 предлагается управлять клапаном регулирования притока воздуха с тем, чтобы изменение крутящего момента было не столь резким. Предлагается закрывать клапан регулирования для уменьшения количества воздуха для снижения частоты вращения двигателя без снижения крутящего момента двигателя при включении блокирующей муфты.

Соответственно отключение блокирующей муфты ведет к резкому падению нагрузки двигателя. Из-за сниженной нагрузки двигатель одновременно увеличивает частоту вращения.

Несмотря на многочисленные попытки смягчить последствия резкого изменения крутящего момента при включении блокирующей муфты, необходимы дальнейшие усовершенствования для разработки способа управления двигателем внутреннего сгорания, обеспечивающего удобство управления при включении и выключении функции блокирования.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание способа управления двигателем внутреннего сгорания, обеспечивающего удобство управления при активизации режима гидротрансформатора или активизации режима блокировки путем включения и выключения функции блокирования. Эта задача решается способом в соответствии с п.1 формулы изобретения.

Изобретение относится к способу управления двигателем внутреннего сгорания, соединенным с гидротрансформатором, приспособленным для работы в режиме гидротрансформатора или в режиме блокировки. В соответствии с предложенным в изобретении способом, сначала определяется, какой режим работы активизирован - режим гидротрансформатора или режим блокировки. В зависимости от того, в каком режиме работает гидротрансформатор, выбирается порядок управления двигателем внутреннего сгорания. В режиме блокировки узел управления переключается на управление выходной мощностью двигателя и (или) выходным крутящим моментом, в зависимости от входного воздействия от оператора. В режиме гидротрансформатора узел управления переключается на выбор управления частотой вращения двигателя, в зависимости от входного воздействия от оператора.

При управлении в режиме блокировки выходной мощностью и (или) выходным крутящим моментом двигателя внутреннего сгорания, в зависимости от входного воздействия оператора, например, положением узла акселератора, отличие в частоте вращения двигателя не рассматривается как ошибка управления, которая должна быть скомпенсирована регулировкой крутящего момента двигателя для достижения нужной частоты вращения двигателя. Вместо этого, задачей управления двигателем является достижение требуемой мощности и (или) крутящего момента. При этом можно избежать нежелательного ускорения двигателя.

Входное воздействие оператора может создаваться воздействием оператора на узел акселератора, например, педаль акселератора, рукоятку управления или другой регулятор, которым оператор может управлять работой двигателя.

В режиме блокировки может регулироваться количество впрыскиваемого топлива для обеспечения требуемой выходной мощности и (или) крутящего момента двигателя, предписанных входным воздействием оператора. Входным воздействием оператора может быть положение педали акселератора или рукоятки управления или аналогичного органа. Как только входное воздействие оператора определено, например, посредством датчика, определяющего положение узла акселератора, может быть определена требуемая выходная мощность и (или) крутящий момент двигателя посредством справочной диаграммы, таблицы или функциональной зависимости. Таким образом, требуемая выходная мощность и (или) крутящий момент двигателя могут быть определены из текущего положения узла акселератора.

В режиме гидротрансформатора может регулироваться количество впрыскиваемого топлива для обеспечения требуемой частоты вращения двигателя, предписываемой упомянутым входным воздействием оператора на узел акселератора. Входное воздействие оператора на узел акселератора может представлять собой положение педали акселератора или рукоятки управления. Как только входное воздействие оператора определено, например, посредством датчика, определяющего положение узла акселератора, может быть определена требуемая частота вращения двигателя посредством справочной диаграммы, таблицы или функциональной зависимости. Таким образом, требуемая частота вращения двигателя может быть определена из текущего положения узла акселератора.

Изобретение также относится к узлу управления для управления двигателем внутреннего сгорания, соединенным с гидротрансформатором, который может работать в режиме гидротрансформатора и режиме блокировки. Узел управления включает блок управления работой гидротрансформатора, предназначенный для определения того, какой режим работы активизирован - режим гидротрансформатора или режим блокировки. При включении режима блокировки, узел управления позволяет управлять выходной мощностью двигателя и (или) выходным крутящим моментом двигателя, в зависимости от входного воздействия оператора. При включении режима гидротрансформатора, узел управления позволяет выбрать управление частотой вращения двигателя, в зависимости от входного воздействия оператора.

Преимущества узла управления, его вариантов осуществления, силовой передачи (приводного механизма) транспортного средства и транспортного средства, в соответствии с изобретением, будут очевидны из приведенного выше описания способа и следующего далее описания вариантов осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Далее приводится более подробное описание вариантов осуществления и принципов изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

на фиг.1 представлено в координатах "крутящий момент двигателя/частота вращения двигателя" сравнение применяемого в настоящее время процесса сцепления с использованием регулятора частоты вращения двигателя и процесса сцепления с переходом от регулятора частоты вращения двигателя к регулятору выходной мощности двигателя, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

на фиг.2 представлен вид сбоку автопогрузчика с ковшом для погрузочных операций и гидравлической системы для управлением ковшом и автопогрузчиком;

на фиг.3 схематически изображена трансмиссия автопогрузчика;

на фиг.4 показаны части узла управления и его соединение с показанной схематично системой впрыска топлива;

на фиг.5 обобщенно представлена предпочтительная схема блока управления определением мощности и крутящего момента двигателя и регулятора выходной мощности и выходного крутящего момента двигателя;

на фиг.6 схематически представлен максимальный крутящий момент, развиваемый гидротрансформатором и двигателем внутреннего сгорания, когда включены вторая и третья передачи; и

на фиг.7 представлена стратегия переключения в координатах "частота вращения двигателя/крутящий момент".

Описание варианта осуществления изобретения

На фиг.1 представлено в координатах "крутящий момент двигателя/частота вращения двигателя" сравнение применяемого в настоящее время процесса сцепления с использованием регулятора частоты вращения двигателя и процесса сцепления с переходом от регулятора частоты вращения двигателя к регулятору выходной мощности двигателя, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Процесс сцепления начинается с введения блокирования между входным валом и выходным валом гидротрансформатора посредством включения блокирующей муфты и заканчивается, когда блокирующая муфта полностью сцеплена.

На фиг.1 кривая 1_А показывает максимальный доступный крутящий момент двигателя. На фиг.1 также представлена кривая 2_В, показывающая крутящий момент двигателя, создаваемый, когда управление двигателем выполняется регулятором выходной мощности двигателя. В процессе управления двигателем внутреннего сгорания регулятором выходной мощности двигателя, крутящий момент двигателя нарастает при снижении частоты вращения двигателя для поддержания постоянной выдаваемой мощности в процессе сцепления.

Было показано, что в процессе сцепления целесообразно поддерживать строго постоянной выдаваемую двигателем мощность.

В том случае, если включен режим блокировки, и выходной мощностью двигателя и (или) выходным крутящим моментом двигателя управляют регулятором выходной мощности двигателя и крутящего момента в зависимости от входного воздействия оператора, желательно, чтобы влияние выходной мощности двигателя на цепь регулирования было более сильным, чем влияние выходного крутящего момента. Может быть удобным управлять выходной мощностью двигателя по входному воздействию оператора на узел акселератора без увязки с какой-либо добавкой компонента крутящего момента с тем, чтобы достигалось чистое управление по мощности. Дальнейшее описание комбинированного регулятора по мощности и крутящему моменту и регулятора, использующего только мощность, приводится со ссылками на фиг.4 и 5.

В случае если используется регулятор частоты вращения двигателя, процесс сцепления проходит по кривой А. Кривая А начинается в точке I, определяющей первую частоту вращения двигателя и первый крутящий момент двигателя. Кривая А заканчивается в конечной точке II, определяющей вторую частоту двигателя и второй крутящий момент двигателя. Выходная мощность в первой точке I отличается от выходной мощности двигателя в конечной точке II. Следуя по кривой А, регулятор частоты вращения двигателя заставляет двигатель вращаться с максимальным крутящим моментом во время процесса сцепления до тех пор, пока входной вал и выходной вал не начнут вращаться с одной частотой и процесс сцепления завершится.

В том случае, если используется регулятор выходной мощности двигателя, процесс сцепления следует по кривой В. Кривая В начинается в точке I, характеризуемой первой частотой вращения двигателя и первым крутящим моментом двигателя, соответствующим первой выходной мощности двигателя. Кривая В заканчивается в конечной точке III, определяемой третьей частотой вращения двигателя и третьим крутящим моментом двигателя, соответствующим второй выходной мощности двигателя. При использовании регулятора выходной мощности, выходная мощность в процессе сцепления поддерживается существенно постоянной.

В процессе сцепления блокирующей муфты, различие между частотой вращения входного вала и выходного вала гидротрансформатора должно быть устранено с тем, чтобы оба вала вращались с одной частотой. До сцепления, выходной вал вращается с частотой более низкой, чем входной вал. В процессе сцепления, частоты вращения выравниваются за счет ускорения выходного вала и замедления входного вала. Когда гидротрансформатор установлен в транспортном средстве, например, в самосвале или автопогрузчике, размеры и вес транспортного средства влияют на соотношение между ускорением выходного вала и замедлением входного вала так, что входной вал замедляется значительно сильнее, чем ускоряется выходной вал.

Интеграл по площади под соответствующей кривой А и В, и по времени, соответствует работе, выполняемой в процессе сцепления, то есть:

∫∫TdNdt, где Г определяет крутящий момент, N - частоту вращения

двигателя и t - время.

Большая часть энергии, выделяемой при работе в процессе, рассеивается в гидротрансформаторе и приводит к износу блокирующей муфты и нагреву гидротрансформатора.

По этой причине в процессе сцепления предпочтительно управлять выходной мощностью и (или) крутящим моментом двигателя, в зависимости от входного воздействия оператора на узел акселератора, поскольку будет рассеиваться меньше энергии, и уменьшится износ оборудования.

Поэтому, в варианте осуществления изобретения, переключение между режимом управления двигателем внутреннего сгорания, в котором частотой вращения двигателя управляют в зависимости от входного воздействия оператора на узел акселератора, и режимом управления двигателем, в котором выходной мощностью и (или) крутящим моментом управляют в зависимости от входного воздействия оператора на узел акселератора, производится до полного сцепления блокирующей муфты. В предпочтительном варианте, переключение режима управления производится при инициировании или в начале процесса сцепления.

Поэтому режим блокировки может охватывать и процесс блокировки, от инициирования сцепления блокирующей муфты до завершения сцепления блокирующей муфты.

Для того чтобы согласовать условия работы транспортного средства до и после сцепления и расцепления блокирующей муфты, желательно осуществлять управление выходной мощностью двигателя внутреннего сгорания в зависимости от входного воздействия оператора в режиме блокировки. Поэтому должна быть составлена справочная диаграмма для регулятора мощности или регулятора мощности и крутящего момента с тем, чтобы могли быть заданы требуемые значения выходной мощности двигателя, выдаваемой двигателем непосредственно после завершения процесса сцепления, примерно равные величине мощности, выдаваемой гидротрансформатором непосредственно перед началом процесса блокировки, в случае, если оператор поддерживает постоянным входное воздействие на узел акселератора во время процесса сцепления. Это означает, что оба требования, заключающиеся в том, что мощность Р_выд., выдаваемая двигателем после сцепления, должна быть равна мощности, выдаваемой гидротрансформатором перед сцеплением, и что требуемая мощность Р_треб. двигателя после сцепления, в предположении постоянного положения узла акселератора, должна быть равна мощности, выдаваемой гидротрансформатором перед сцеплением.

Поэтому условие эксплуатации транспортного средства, при котором осуществляется сцепление блокирующей муфты, может быть выбрано так, что мощность, выдаваемая гидротрансформатором непосредственно перед началом процесса сцепления, по существу равна мощности, выдаваемой двигателем непосредственно после завершения процесса сцепления.

Это условие может быть выражено следующим образом:

(Т_гтр*n_гтр)перед блокировкой ≈(Т_{двигат.}*n_{двигат.})после блокировки, где Т_гтр есть крутящий момент, выдаваемый гидротрансформатором, n_гтр есть частота вращения гидротрансформатора перед началом процесса сцепления, Т_{двигат.} есть крутящий момент, выдаваемый двигателем после завершения процесса сцепления, и n_{двигат.} есть частота вращения двигателя после завершения процесса сцепления.

Требование приблизительного равенства мощности, выдаваемой гидротрансформатором непосредственно перед началом процесса сцепления, мощности, выдаваемой двигателем непосредственно после процесса сцепления, выполняется, если различия мощности, выдаваемой гидротрансформатором, и крутящего момента, выдаваемого двигателем, остаются незамеченными водителем. Приемлемая разница в мощности, выдаваемой гидротрансформатором до блокировки, и мощности, выдаваемой двигателем после блокировки, составляет менее 8%, а в предпочтительном варианте, менее 4%.

Требуемая выходная мощность двигателя, выдаваемая им в процессе сцепления, может быть по существу постоянной.

На фиг.2 показан автопогрузчик 1, имеющий рабочий орган 2 в виде ковша 3. Ковш 3 поднимается и опускается рычажным узлом 4, на котором он установлен и относительно которого он может наклоняться или поворачиваться. Автопогрузчик 1 оснащен гидравлической системой, включающей по меньшей мере один гидравлический насос (не показан на фиг.2) и рабочие цилиндры 5а, 5b, 6 для управления рычажным узлом 4 и ковшом 3. Кроме того, гидравлическая система включает рабочие цилиндры 7а, 7b для поворота автопогрузчика посредством относительного перемещения переднего корпуса 8 и заднего корпуса 9.

На фиг.3 схематически представлена трансмиссия 11 автопогрузчика 1. На одном конце трансмиссии 11 установлен двигатель 12 внутреннего сгорания. Другой конец трансмиссии 11 соединен с элементами сцепления с землей, например, ведущими колесами 13 автопогрузчика 1. Двигатель 12 внутреннего сгорания через трансмиссию 11 обеспечивает крутящим моментом ведущие колеса 13 автопогрузчика 1.

Показано, что трансмиссия 11 может включать коробку 14 передач для изменения скорости движения транспортного средства 1 и для переключения вперед/назад направления движения автопогрузчика 1. Гидротрансформатор 15 установлен между двигателем 12 внутреннего сгорания и коробкой 14 передач. Гидротрансформатор включает блокирующую муфту 17, посредством которой входной вал 18 может быть механически соединен с выходным валом 19 так, что между ними осуществляется жесткая связь.

Трансмиссия 11 автопогрузчика 1 имеет средства для приведения в действие гидравлического насоса 10 в гидравлической системе для обеспечения подъемных операций и поворота автопогрузчика 1. Гидравлический насос 10 может приводиться в действие двигателем 12 внутреннего сгорания, желательно, через зубчатую передачу 16, установленную между гидротрансформатором 15 и коробкой 14 передач.

Управление двигателем 12 внутреннего сгорания выполняется узлом 20 управления. Узел 20 управления получает входные данные от датчика системы 21а для управления работой двигателя внутреннего сгорания и его рабочими параметрами, например, синхронизации впрыска топлива и регулирования его количества, рециркуляции отработавших газов, при ее наличии, синхронизации работы клапанов, при ее использовании, давления всасывания, работы компрессоров наддува, частоты вращения двигателя и крутящего момента двигателя, что обычно используется для управления работой двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, узел управления получает данные о состоянии сцепления блокирующей муфты 17. Информация о состоянии сцепления может быть получена от датчика 21, определяющего состояние сцепления блокирующей муфты, или от команд управления контроллера 23, который вводит в зацепление и выводит из зацепления блокирующую муфту 17, в зависимости от условий работы транспортного средства, двигателя внутреннего сгорания, коробки передач и гидротрансформатора, что обычно используется в таких устройствах. Силовая передача транспортного средства включает двигатель внутреннего сгорания, трансмиссию 11 и ведущие колеса 13.

Используя информацию от системы датчиков, узел управления передает сигналы управления через линию 24а связи на различные исполнительные устройства, обеспечивающие управление двигателем 12. Управление двигателем внутреннего сгорания, в частности, включает управление впрыском топлива в соответствующие цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Система 24 управления впрыском топлива показана схематически.

На фиг.4 показана часть узла управления и его соединение со схематически показанной системой впрыска топлива. Узел управления включает блок 25 управления работой гидротрансформатора, обеспечивающий определение текущего режима работы - гидротрансформаторного или блокированного.

В показанном на фиг.4 варианте осуществления, регулирующее устройство использует входной сигнал от оператора, показывающий нужную выходную мощность двигателя при работе в режиме блокировки.

Когда блокирующая муфта 17 находится в состоянии зацепления, между входным валом 18 гидротрансформатора и его выходным валом 19 имеется механическое соединение. Гидротрансформатор работает в режиме блокировки, когда блокирующая муфта находится в состоянии зацепления.

Когда блокирующая муфта 17 расцеплена, между входным валом 18 гидротрансформатора и его выходным валом 19 механическое соединение отсутствует. Гидротрансформатор работает в режиме гидротрансформатора при расцепленной блокирующей муфте.

В предпочтительном варианте, режим блокировки может охватывать и процесс блокировки, от инициирования сцепления блокирующей муфты до завершения сцепления блокирующей муфты.

Рабочее состояние гидротрансформатора, а именно, работает ли он в режиме блокировки или в режиме гидротрансформатора, может быть определено по показаниям датчика 21 или контроллера 23 гидротрансформатора.

Узел управления также включает блок 26 управления впрыском топлива. Входной сигнал на блок 26 управления впрыском топлива подается от узла 27 акселератора. Узел 27 акселератора может представлять собой педаль акселератора или рукоятку управления. Положение φ узла 27 акселератора, задаваемое входным воздействием оператора на узел акселератора, может быть определено датчиком 28.

На основании сигнала датчика, соответствующего положению φ узла 27 акселератора, в блоке 29 управления определения требуемой частоты вращения двигателя может быть определена требуемая частота N вращения двигателя. Блок 29 управления определением требуемой частоты вращения двигателя может представлять собой справочную диаграмму, таблицу или функциональную зависимость, определяющую требуемое значение выходной мощности по сигналу датчика, показывающему входное воздействие оператора на узел 27 акселератора.

На основании сигнала датчика, в блоке 30 управления определением требуемой выходной мощности может быть определена выходная мощность Р_треб. двигателя. Блок 30 управления определением требуемой выходной мощности может представлять собой справочную диаграмму, таблицу или функциональную зависимость, определяющую требуемое значение выходной мощности по сигналу датчика, показывающему входное воздействие оператора на узел 27 акселератора.

Селектор 31 может определить, какой из блоков 29 или 30 управления должен быть включен для вырабатывания заданной величины впрыскиваемого топлива в контроллере 32 объема впрыскиваемого топлива, при этом в альтернативном варианте блок 25 управления работой гидротрансформатора может непосредственно взаимодействовать с контроллером 32 объема впрыскиваемого топлива для отмены сигналов от регулятора 33 частоты вращения двигателя или регулятора 34 выходной мощности двигателя, входящих в узел управления. Выбор того, какой из блоков 29, 30 управления должен быть включен, делается на основе того, какой режим включен - блокирующий или гидротрансформаторный.

Заданная величина v(v₀, Δ) впрыска топлива зависит от принимаемого за основу объема v₀ из справочной таблицы и поправки Δ регулятора. Заданная величина впрыска топлива соответствует объему V впрыскиваемого топлива.

Блок 29 управления определением требуемой частоты вращения двигателя вырабатывает входной сигнал, соответствующий требуемой частоте N_тpeб. вращения двигателя для регулятора 33 частоты вращения двигателя. Регулятор 33 частоты вращения двигателя может включать узел 35 пропорционального и интегрирующего регулирования, используемый обычно, который дополнительно получает входной сигнал от датчика 36 частоты вращения двигателя, для определения различия между требуемой частотой N_тpeб. вращения двигателя и фактической частотой N. Регулятор 33 частоты вращения двигателя также включает справочную таблицу 37 принимаемых за основу значений, где хранятся данные о базовом количестве впрыскиваемого топлива. На основании данных о базовом количестве и величины поправки, формируемой в регулирующем узле 35, в контроллере 32 объема впрыскиваемого топлива определяется заданная величина для впрыска топлива. Заданная величина может включать установочные значения для топливного насоса 38 или время включения для топливного инжектора 39.

Блок 30 управления определением требуемой выходной мощности двигателя вырабатывает выходной сигнал, соответствующий требуемой выходной мощности Р_треб. двигателя, для регулятора 34 выходной мощности двигателя. Регулятор 34 выходной мощности двигателя может включать пропорциональный и интегрирующий регулирующий узел 40, используемый обычно, который дополнительно получает входной сигнал от датчика 36 частоты вращения двигателя и датчика 41 крутящего момента, для определения различия между требуемой выходной мощностью Р_треб. вращения двигателя и выдаваемой двигателем выходной мощностью Р_выд.. Датчик частоты вращения двигателя и датчик крутящего момента могут соединяться с блоком 43 управления, определяющим выходную мощность (P(T,N)_выд.. Регулятор 34 выходной мощности двигателя также включает справочную таблицу 42 принимаемых за основу значений, в которой хранятся данные о базовых количествах инжектируемого топлива. На основании данных о базовом количестве и величины поправки, формируемой в регулирующем узле 40, в контроллере 32 объема впрыскиваемого топлива определяется заданная величина для впрыска топлива. Заданная величина может включать установочные значения для топливного насоса 38 или время включения для топливного инжектора 39.

В соответствии с изобретением, контроллер включает регулятор частоты вращения двигателя, приспособленный для управления частотой вращения двигателя в зависимости от положения педали акселератора, и регулятор выходной мощности двигателя, приспособленный для управления выходной мощностью двигателя в зависимости от положения педали акселератора. Контроллер выбирает управление двигателем внутреннего сгорания посредством регулятора частоты вращения двигателя, когда упомянутая блокирующая муфта расцеплена, и выбирает управление двигателем посредством регулятора выходной мощности, когда блокирующая муфта находится в состоянии сцепления.

Таким образом, узел управления включает два раздельных управляющих регулятора для управления двигателем внутреннего сгорания в соответствии с положением педали акселератора. Управляющие регуляторы могут быть осуществлены в виде программ. Такая реализация может представлять собой цепь регулирования, которая может быть определена преобразованием данных или алгоритмами регулирования, либо комбинацией этих методов, как это обычно принято. Управляющий регулятор может также представлять собой аппаратное средство, в частности, регулятор подачи топлива, включающий механическое управление количества топлива, подаваемого в двигатель. Могут использоваться две различных цепи подачи топлива. Первая цепь включает регулятор частоты вращения двигателя, обеспечивающий управление производительностью топливного насоса в зависимости от частоты вращения двигателя. Вторая цепь включает регулятор количества топлива, в котором производительностью топливного насоса управляют в зависимости от положения педали акселератора. Цепи могут быть объединены селекторным клапаном, которым выбирается цепь, подключаемая к инжектору топлива. Селекторный клапан может иметь форму клапана переключения, управляемого давлением, управляющим сцеплением и расцеплением блокирующей муфты.

На фиг.5 контроллер двигателя внутреннего сгорания, работающего в режиме блокировки, показан в более общей форме. Блок 44 управления определением требуемой выходной мощностью и крутящего момента двигателя вырабатывает входной сигнал для регулятора 45 выходной мощности и крутящего момента двигателя. В блоке 44 управления определением требуемой выходной мощности и крутящего момента двигателя требуемая выходная мощность и крутящий момент Р,Т_треб. двигателя определяются на основе входного воздействия оператора на узел 27 акселератора посредством справочной таблицы или функции, определенной в блоке 44 управления определением требуемой выходной мощности и крутящего момента двигателя. Регулятор 45 выходной мощности и крутящего момента двигателя может включать обычно используемый узел 46 пропорционального и интегрирующего регулирования, который дополнительно получает входной сигнал от датчика 36 частоты вращения двигателя и датчика 41 крутящего момента двигателя, для определения различия между требуемой выходной мощностью двигателя и выдаваемой выходной мощностью двигателя. Датчик частоты вращения двигателя и датчик крутящего момента двигателя могут взаимодействовать с блоком 47 управления, определяющим выходную мощность и выходной крутящий момент Р,Т_выд.. Регулятор 45 выходной мощности и крутящего момента двигателя, кроме того, включает справочную таблицу 48 принимаемых за основу значений, в которой хранится информация о базовом количестве впрыскиваемого топлива. На основе данных о базовом количестве и величине поправки, формируемой узлом 46 регулятора, в контроллере 32 количества впрыскиваемого топлива определяется заданное значение для впрыска топлива. Это заданное значение может включать установочные значения для топливного насоса 38 или времени включения для инжектора 39 топлива.

Требуемая выходная мощность и крутящий момент Р,Т_треб. двигателя могут быть выражены следующим образом:

К=αР(φ)+βТ(φ), где α, β представляют собой весовые функции или коэффициенты. Р является безразмерной нормированной выходной мощностью двигателя, а Т - безразмерным нормированным крутящим моментом двигателя. В предпочтительном варианте, а значительно больше, чем β в состоянии вблизи сцепления и расцепления блокирующей муфты. В состоянии вблизи предполагаемого сцепления и расцепления блокирующей муфты, крутящий момент и скорость вращения двигателя, при которых происходит сцепление и расцепление блокирующей муфты, попадают в пространство "крутящий момент/частота вращения двигателя". Это пространство "крутящий момент/частота вращения двигателя" охватывает по меньшей мере весь процесс сцепления и расцепления.

В предпочтительном варианте, α/β>10, желательно, >20 для того, чтобы процесс сцепления и расцепления блокирующей муфты происходил без резких изменений крутящего момента.

Поэтому регулятор может быть настроен так, чтобы управление выдаваемой двигателем выходной мощностью (Р)_выд. при активизированном режиме блокировки производилось по существу только по входному воздействию оператора.

В наиболее предпочтительном варианте было бы желательно установить β=0 для регулирования только выходной мощности двигателя в режиме блокировки.

В альтернативном варианте осуществления, α может быть установлено равным 0, но даже если переход между блокированным режимом и режимом гидротрансформатора будет менее плавным, форсированное ускорение, из-за наличия ошибки регулирования при использовании одного только регулятора частоты вращения двигателя, будет отсутствовать. Требуемая выходная мощность, выдаваемая двигателем сразу же после завершения процесса сцепления, может быть установлена по существу такой же, что и мощность, выдаваемая гидротрансформатором 15 непосредственно перед началом процесса сцепления. Контроллер 23 гидротрансформатора управляет сцеплением и расцеплением блокирующей муфты 17 в зависимости от условий работы двигателя. Условия работы могут включать, например, имеющийся крутящий момент на выходе двигателя внутреннего сгорания, частоту вращения двигателя, имеющийся крутящий момент на выходе гидротрансформатора, частоту вращения гидротрансформатора. Время, за которое происходит сцепление блокирующей муфты 17, может быть выбрано так, чтобы мощность, выдаваемая гидротрансформатором 15 непосредственно перед началом процесса сцепления, была по существу такой же, что и мощность, выдаваемая двигателем 12 сразу же после завершения процесса сцепления.

Это условие может быть выражено следующим соотношением:

(Т_гтр*n_гтр)перед блокировкой ≈(Т_{двигат.}*n_{двигат.}) после блокировки, где Т_гтр представляет крутящий момент, выдаваемый гидротрансформатором 15, n_гтр есть частота вращения гидротрансформатора 15 перед началом процесса сцепления, Т_{двигат.} есть крутящий момент, выдаваемый двигателем 12 после завершения процесса сцепления, и n_{двигат.} есть частота вращения двигателя 12 после завершения процесса сцепления.

Требование приблизительного равенства мощности, выдаваемой гидротрансформатором 15 непосредственно перед началом процесса сцепления, мощности, выдаваемой двигателем 12 непосредственно после процесса сцепления, выполняется, если различия мощности, выдаваемой гидротрансформатором, и крутящего момента, выдаваемого двигателем, остаются незамеченными водителем. Приемлемая разница в мощности, выдаваемой гидротрансформатором до блокировки, и мощности, выдаваемой двигателем после блокировки, составляет менее 8%, в предпочтительном варианте, менее 4%.

Требуемая выходная мощность двигателя, выдаваемая им в процессе сцепления, может быть по существу постоянной.

На фиг.6 схематически изображен максимальный крутящий момент, развиваемый гидротрансформатором и двигателем внутреннего сгорания при включении второй и третьей передач. На графике, в координатах "крутящий момент/частота вращения двигателя", первая кривая С показывает максимальный крутящий момент, создаваемый гидротрансформатором при включенной второй передаче, вторая кривая D показывает максимальный крутящий момент двигателя на второй передаче со сцепленной блокирующей муфтой и третья кривая Е показывает максимальный крутящий момент двигателя на третьей передаче. Точка F сцепления и расцепления блокирующей муфты находится в месте пересечения кривой С и кривой D, а точка G переключения передач находится в месте пересечения кривых D и Е. Точка сцепления и расцепления блокирующей муфты выбирается там, где кривая максимального крутящего момента гидротрансформатора пересекается с кривой максимального крутящего момента для передачи. В показанном примере - это вторая передача. Кроме того, точки сцепления для блокирующей муфты гидротрансформатора выбираются так, что если положение педали акселератора поддерживается во время процесса сцепления, мощность, развиваемая гидротрансформатором, будет приблизительно равна мощности, развиваемой двигателем внутреннего сгорания в точке задания, обозначенной педалью акселератора, при управлении двигателем внутреннего сгорания посредством регулятора выходной мощности.

В предпочтительном варианте, переход от управления двигателем внутреннего сгорания посредством регулятора частоты вращения двигателя к управлению регулятором выходной мощности двигателя происходит, когда давление в гидравлической цепи блокирующего сцепления начинает нарастать для осуществления сцепления блокирующей муфты. Поэтому переход происходит в момент начала или перед началом процесса сцепления. Если двигаться в другом направлении, переход от регулятора для управления двигателем внутреннего сгорания происходит, когда принимается решение отключения блокировки, то есть в момент начала, или непосредственно перед началом процесса расцепления. В том случае, если переключение регулятора не происходит непосредственно перед началом процесса расцепления, желательно, чтобы переключение на регулятор частоты вращения двигателя происходило в пределах 100 мс, желательно, 50 мс от начала процесса расцепления.

На фиг.7 иллюстрируется стратегия перехода из работы в режиме блокировки в гидротрансформаторный режим работы, и обратно, в координатах "частота вращения/крутящий момент двигателя". Кривая Н представляет доступный крутящий момент гидротрансформатора при частичной нагрузке, а кривая J представляет крутящий момент двигателя, доступный при частичной нагрузке. Сцепление и расцепление блокировки планируется в рабочей точке К, где две кривые Н и J пересекаются или расположены по касательной друг другу. Сцепление и расцепление будет происходить более плавно для оператора, в частности, при частичной нагрузке, достигающей 75% нагрузки. Поэтому, переключение можно планировать при пониженной частоте вращения двигателя, без неравномерностей процесса сцепления.

Потребление топлива транспортным средством, использующим порядок управления, в соответствии с изобретением, может быть снижен. Это происходит благодаря тому, что положение сцепления и расцепления блокирующей муфты может происходить при более низких частотах вращения двигателя, чем в известных устройствах. Поэтому может осуществляться работа при более низких частотах вращения двигателя, где ниже внутренние потери в двигателе.

Другое отличие известных систем, в которых осуществляется управление двигателем регулятора частоты вращения после введения в зацепление блокирующей муфты и системы, в соответствии с настоящим изобретением, в которой двигатель во время и после введения в зацепление блокирующей муфты управляется регулятором выходной мощности и крутящего момента двигателя, состоит в том, что регулятор частоты вращения двигателя будет продолжать управлять двигателем внутреннего сгорания при максимальном крутящем моменте, пока не будет достигнута требуемая частота вращения двигателя. Это приводит к ускорению транспортного средства, если оператор не введет компенсацию изменением положения педали до и после процесса сцепления.

Если, однако, используется регулировка выходной мощности двигателя, управление двигателем будет поддерживать выходную мощность в процессе выполнения и завершения сцепления, а также и после завершения сцепления. Этим обеспечивается устойчивая работа транспортного средства и комфортные условия для водителя.

Показано, что в случае, если передаточное отношение коробки передач изменяется большими ступенями, обычно примерно 2,1-1,9, желательно разъединять блокирующую муфту во время переключения передач, если не будет достаточного крутящего момента для обеспечения движения в заблокированном состоянии после завершения переключения передачи. В случае если переключение в коробке передач происходит мелкими ступенями, обычно, с соотношением примерно 1,3, желательно сохранить состояние зацепления блокирующей муфты при переключении передач. Под ступенью в передаточном отношении здесь понимается отношение между передаточным отношением первой более высокой передачи и второй соседней более низкой передачи.

Преимущество использования контроллера для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с настоящим изобретением, состоит в том, что переключение передач может происходить при резком ускорении входного вала для получения затребованной частоты вращения двигателя. Этим обеспечивается быстрое увеличение проскальзывания в гидротрансформаторе, для передачи через него крутящего момента.

Настоящее изобретение также относится к конструкции приводного механизма транспортного средства, включающего двигатель внутреннего сгорания, выходной вал которого соединен со входным валом гидротрансформатора, выходной вал которого соединен с приводным механизмом элемента сцепления с землей. Гидротрансформатор также включает блокирующую муфту для выборочного сцепления или расцепления механического соединения с упомянутыми входным и выходным валами. Используется контроллер для управления работой двигателя внутреннего сгорания. Контроллер включает регулятор частоты вращения двигателя, приспособленный для управления частотой вращения двигателя в зависимости от положения педали акселератора, и регулятор выходной мощности двигателя, приспособленный для управления частотой вращения двигателя в зависимости от положения педали акселератора. Этот контроллер позволяет выбирать управление двигателем посредством регулятора частоты вращения двигателя, если блокирующая муфта расцеплена, и выбирать управление двигателем посредством регулятора выходной мощности, если блокирующая муфта сцеплена.

Хотя приведенные варианты осуществления были описаны применительно к регуляторам для управления частотой вращения и выходной мощностью и (или) крутящим моментом двигателя посредством только регулировки впрыска топлива, можно представить и другие системы управления для регулирования частоты вращения двигателя и выходной мощности и (или) крутящего момента двигателя, известные в уровне техники.

Изобретение относится к способу управления двигателем внутреннего сгорания, соединённым с гидротрансформатором, имеющим функцию блокировки, и может быть использовано в транспортных средствах. В заявке описаны способ управления и узел, обеспечивающие управление двигателем внутреннего сгорания, соединенным с гидротрансформатором. Гидротрансформатор может работать в режиме гидротрансформатора или в режиме блокировки. Шаги управления включают определение текущего режима работы - гидротрансформаторного или блокированного, и выбор управления частотой вращения двигателя по входному воздействию оператора при гидротрансформаторном режиме работы, и выбор управления выходной мощностью и (или) выходным крутящим моментом двигателя по входному воздействию оператора на узел акселератора при работе в режиме блокировки. Изобретение также относится к силовой передаче транспортного средства, включающей такой узел управления, и транспортному средству, включающему такую силовую передачу. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ управления двигателем (12) внутреннего сгорания, соединенным с гидротрансформатором (15), приспособленным для работы в режиме гидротрансформатора и в режиме блокировки, отличающийся тем, что определяют, какой режим работы - гидротрансформаторный или блокировки, активизирован в текущий момент, и выбирают управление выходной мощностью и (или) выходным крутящим моментом (Р,Т)_выд. двигателя в зависимости от входного воздействия оператора, когда активизирован режим блокировки, или управление частотой (N) вращения двигателя в зависимости от входного воздействия оператора, когда активизирован гидротрансформаторный режим.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в режиме блокировки регулируют количество (V) инжектируемого в двигатель топлива для обеспечения требуемой выходной мощности и (или) выходного крутящего момента (Р,Т)_треб. двигателя, в соответствии с входным воздействием оператора.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в режиме блокировки определяют требуемую выходную мощность и (или) выходной крутящий момент (Р,Т)_треб. по текущему положению (φ) узла (27) акселератора.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в гидротрансформаторном режиме регулируют количество (V) впрыскиваемого в двигатель топлива для получения требуемой частоты (N) вращения двигателя, в соответствии с входным воздействием оператора.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в гидротрансформаторном режиме определяют требуемую частоту (N) вращения двигателя по текущему положению (φ) узла (27) акселератора.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в режиме блокировки выходной мощностью и (или) выходным крутящим моментом (Р,Т)_выд. двигателя управляют посредством регулятора (45) входной мощности и крутящего момента двигателя, при этом вклад выходной мощности (Р) двигателя влияет на цепь регулирования в регуляторе (45) выходной мощности и крутящего момента двигателя сильнее, чем вклад крутящего момента (Т) двигателя.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при активизации режима блокировки выдаваемой выходной мощностью (Р)_выд. двигателя управляют по существу только входным воздействием оператора.

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что режим блокировки охватывает процесс сцепления от инициирования сцепления блокирующей муфты (18) до завершения сцепления блокирующей муфты (18).

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что требуемую выходную мощность (Р), выдаваемую двигателем (12) непосредственно после завершения процесса блокировки, устанавливают по существу равной мощности, выдаваемой гидротрансформатором (15) непосредственно перед началом процесса блокировки.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что выдаваемую выходную мощность (Р)_выд. двигателя (12) поддерживают по существу постоянной во время процесса сцепления.

11. Узел (20) управления для управления двигателем (12) внутреннего сгорания, соединенного с гидротрансформатором (15), приспособленным для работы в режиме гидротрансформатора и в режиме блокировки, отличающийся тем, что узел (20) управления включает блок (25) управления работой гидротрансформатора, приспособленный для определения, какой режим работы - гидротрансформаторный или блокировки, активизирован в текущий момент, и при этом узел (20) управления приспособлен для управления выходной мощностью и (или) выходным крутящим моментом (Р,Т)_выд. двигателя в зависимости от входного воздействия оператора, когда включен режим блокировки, и узел (20) управления приспособлен для выбора управления частотой (N) вращения двигателя в зависимости от входного воздействия оператора, когда включен гидротрансформаторный режим.

12. Узел управления по п.11, отличающийся тем, что он приспособлен для регулирования, в режиме блокировки, количества (V) топлива, впрыскиваемого в двигатель (12), для обеспечения требуемых выходной мощности и (или) выходного крутящего момента (Р,Т)_треб. двигателя, согласно входному воздействию оператора.

13. Узел управления по п.11 или 12, отличающийся тем, что он приспособлен для определения, в режиме блокировки, требуемой выходной мощности и (или) выходного крутящего момента (Р,Т)_треб. двигателя по текущему положению (φ) узла (27) акселератора.

14. Узел управления по п.11 или 12, отличающийся тем, что он приспособлен для регулировки, в режиме гидротрансформатора, количества (V) топлива, впрыскиваемого в двигатель (12), для обеспечения требуемой частоты вращения (N) двигателя, согласно входному воздействию оператора.

15. Узел управления по п.11 или 12, отличающийся тем, что он приспособлен для определения, в режиме гидротрансформатора, требуемой частоты вращения (N) двигателя по текущему положению (φ) узла (27) акселератора.

16. Узел управления по п.11 или 12, отличающийся тем, что он приспособлен для управления выходной мощностью и (или) выходным крутящим моментом (Р,Т)_выд. двигателя посредством обеспечения большего влияния вклада выходной мощности двигателя на цепь регулирования, чем вклада от выходного крутящего момента двигателя.

17. Узел управления по п.11 или 12, отличающийся тем, что при активизации режима блокировки управление выдаваемой выходной мощностью (Р)_выд. двигателя по существу осуществляется только входным воздействием оператора.

18. Узел управления по п.11 или 12, отличающийся тем, что режим блокировки охватывает процесс блокировки от инициирования сцепления блокирующей муфты (18) до завершения сцепления блокирующей муфты (18).

19. Узел управления по п.18, отличающийся тем, что он обеспечивает управление выходной мощностью (P)_выд., выдаваемой двигателем (12) непосредственно после завершения процесса блокировки, так, что она по существу равна мощности (Р), выдаваемой гидротрансформатором (15) непосредственно перед началом процесса блокировки.

20. Узел управления по п.18, отличающийся тем, что выдаваемая выходная мощность (Р)_выд. двигателя поддерживается по существу постоянной во время процесса сцепления.

21. Силовая передача транспортного средства, включающая двигатель (12) внутреннего сгорания и гидротрансформатор (15), отличающаяся тем, что управление двигателя (12) внутреннего сгорания обеспечивается узлом (20) управления по любому из пп.11-20.

22. Транспортное средство, включающее силовую передачу по п.21.