CN1005580B

CN1005580B - 控制具有电子调速器的内燃机的输出的方法

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Publication number: CN1005580B
Application number: CN86101977.6A
Authority: CN
Inventors: 小林武士; 武原秀幸; 高桥明久; 森谷幸雄; 河井秀夫
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1985-02-28
Filing date: 1986-02-27
Publication date: 1989-10-25
Also published as: KR940001327B1; KR860006624A; DE3606391C2; GB8604509D0; DE3606391A1; GB2171757A; GB2171757B; US4773369A; CN86101977A

Abstract

一种控制具有电子调速器装置的内燃机的输出的方法，其中，当发动机在大致等于或超过特定的调速器控制特性曲线上标定点转速的高转速范围内运转时，在发动机等马力曲线的给定点，发动机是通过电子调速器装置的作用来操作的，在该点，发动机的输出扭矩大于高转速范围内的输出扭矩，并且该点的燃料消耗低于该范围的燃料消耗。

Description

控制具有电子调速器的内燃机的输出的方法

本发明涉及到控制内燃机输出或控制受该发动机驱动的可变排量液压泵的输出或控制两者输出的方法。特别涉及到这种控制方法，它能使内燃机或受该发动机驱动的液压泵或两者高效率地运转。而保持发动机低燃料消耗。

已知有一种内燃机，它按某一特写规范被控制而与受该发动机驱动的可变排量液压泵（以下简称可变泵）需用扭矩的变化无关。也就是它的泵内排量是靠输出压力来增加。通过工况选择控制装置来改变可变泵的需用扭矩，以使发动机保持低燃料消耗。参看审理中的申请号为717，197的美国专利申请书，由秋山等人提出申请。

该发动机具有一个包括机械式全制调速器的燃料喷射装置。图1中的曲线b是调速器控制曲线，从a₁到a₅的每条曲线表示发动机的比油耗是从a₅到a，依次递减的。发动机的燃料消耗总是确定在调速器控制曲线b的某一特点上。例如，它经曲线a₃以曲线b上的某一标定点c表示。

由具有该种调速器控制特性曲线的发动机驱动的可变泵的工作（工况）可以变化，譬如说按三个阶段变化，即如图2所示的高负荷工况M₁，中负荷工况M₂和低负荷工况M₃。其时，发动机被机械式调速器分别控制在调速器控制曲线b上的c（标定点）、S和L点运转。如果可变泵的工况发生变化，尽管发动机的转速大体上保持不变，发动机的输出扭矩从一种工况变作另一种工况却大有差别。

结果，可变泵的需用扭矩从一种工况变到一种工况时也不大相同，如图2所示。由于可变泵被设计成在某一工况下，譬如说在M₁工况下效率提高，因而从一种工况变到另一种工况时，其效率就大有差别。所以，除了M₁外，在其它工况中没有能有效利用发动机的输出，这是其缺点。

图2中的每条曲线是可变泵等效率线。该种泵的效率表现为随着曲线曲率半径减少其效率增高。

此外，借助传统的机械式调速器来控制发动机。具有底负荷时发动机燃料消耗高的缺点，如图1中L点所示。

在此情况下，本发明的首要目的是提供一种方法来控制装有电子调速器的内燃机的输出。为了缩小液压泵从一种工况到另一种工况等输出曲线间的差别（沿每一条等输出曲线，通过以厘米³/转表示的泵内排量来增加的可变泵输出压力是恒定的），即为了缩小从一种工况到另一种工况液压泵需用扭矩的差别，使发动机的这种状态工作，即把发动机在各工况下标定点的高转速范围内的输出扭矩改变到各工况下等马力曲线上给定点的输出扭矩（沿等马力曲线，通过发动机转速来增加的发动机输出扭矩是恒定的），该给定点的位置接近各工况下等马力曲线上的发动机最大输出扭矩，并具有此高转速范围内低的燃料消耗。

本发明的第二目的是提供一种方法来控制装有电子调速器的内燃机输出，该方法用于当发动机低负荷运转时随其输出扭矩的减小将发动机转速降低到某一预定的转速，以减小其燃料消耗和产生的噪音。

本发明的第三个目的是提供一种方法来控制装有电子调速器的内燃机的输出和由该发动机驱动的可变泵的输出，其特点是把可变泵的旋转斜盘保持在最大角度使其在低负载时泵内排量最大，结果在预定的等燃料消耗范围内沿某一等马力曲线。发动机的输出扭矩增加、液压泵的输出压力提高。在保持发动机输出扭矩增加时，减小旋转斜盘的角度，使液压泵的泵内排量沿其等输出曲线减小，而其输出压力随其负载增加而增加，因此，可变泵的压力损失减小，驱动液压泵的发动机的输出扭矩得到了有效的利用。

所述的这些目的是通过控制装有电子调速器装置的发动机的输出的方法来实现的，它至少由一台发动机驱动可变排量液压泵的输出，其调速器的输出装置是多工况交变形式可调的，该发动机的转速按其扭矩需要变化，其特征为该方法包括以如此方式来控制发动机，即把在各工况下标定点的高转速范围内的发动机输出扭矩改变到各工况下发动机等马力曲线上给定点的输出扭矩，在该处，发动机等马力曲线上的最大输出扭矩点是按近的，并且燃料消耗低于高转速范围内的燃料消耗。

按照本发明的另一个观点，提供一种控制装有电子调速器的内燃机的输出的方法，该方法包括根据发动机输出扭矩跟某一低于预定值的数值之比的缩小来降低发动机转速。

按照本发明的再一个观点，提供一种控制装有电子调速器的内燃机输出和控制受该发动机驱动的可变排量液压泵的输出方法，它包括将液压泵旋转斜盘保持在最大角度，使其泵内排量在低负载时量大，结果在预定的等燃料消耗范围内沿某一等马力曲线，发动机的输出扭矩增加，液压泵的输出压力提高。在保持发动机输出扭矩增加时，减小旋转斜盘的角度，使液压泵的内排量沿其等输出曲线减小，而其输出压力随其负载增加而提高。

根据下面详细的叙述和附图，对于熟悉本技术的任何普通人员来说，本发明的这或另一些目的，特点和优点将会变得明显。

图1是表示用机械式全制调速器对发动机进行传统控制的曲线图。

图2是表示对某一可变排量液压泵进行传统的输出控制的曲线图。

图3是体现本发明方法的控制系统的总线路图。用以控制发动机的输出和许多由发动机驱动的可变排量液压泵的输出。

图4是表示本发明方法第一实施方案的示意图，用以控制发动机的输出。

图5为控制系统的方块图，用以实施图4中所示的方法。

图6是表示实施本发明方法的示意图。用以控制可变排量液压泵的输出。

图7是表示泵输出的曲线图，该泵用图6中所示方法控制。

图8是表示本发明方法的第二实施方案的示意图，用以控制发动机的输出。

图9为控制系统的方块图，用以实施图8中所示的方法。

图10是发动机调速器的控制曲线，该发动机用图8中所示方法进行控制。

图11是表示本发明方法第三实施方案的示意图，用以控制发动机输出。

图12是表示用相应于图11中所示方法控制可变排量液压泵的示意图。

图13是用图12中所示的控制方法得到的泵输出曲线。

图14是控制系统的方块图，用以实施图11和图12中所示的控制方法。

图15表示发动机输出控制曲线，用图11中所示方法来控制的。

参看图3～15，现有更加详细地叙述本发明的控制方法。

先参看图3，该图表示了一个用以控制发动机1输出和两可变排量液压泵2a及2b输出的系统。

操作元件3a经阀4a和泵2a相连，另一操作元件3b经阀4b和泵2b相连。用以控制泵2a的伺服马达5a经控制阀6a连于泵的输出端，用以控制泵2b的伺服马达5b经控制阀6b连于泵的输出端。

控制器7包含一微处理机，设置一对电动操纵杆8a和8b是用以操纵控制器的。燃料喷射泵9装有电子调速器。装备调速器电位计10是为了检测喷油泵油门杆位置的。燃料喷射泵9装有齿条位置检测器11。转速传感器12用以检测发动机1的转速。这些传感器的输出和伺服马达5a和5b的输出均传输到控制器7中。工况变换开关以13表示。调速器电位计10的输出信号和转速传感器12的输出信号均通过控制器7中的微处理机进行处理，因而微处理机能输出一适当的齿条位置信号来控制燃料喷射。

图4是表示本发明方法的第一实施方案示意图，用以控制发动机输出。A，B和C是表明发动机转速及其输出扭矩的给定点，该扭矩是发动机能驱动液压泵所必需的，并且按产生最大输出调整使其分别在三种不同的工况L₁、L₂、和L₃中产生最大输出。换言之，A、B、和C是从第一工况到第三工况相应的标定负荷点。

发动机等马力曲线a、b和c分别通过该标定负荷点A、B和C。等燃料消耗曲线a₁、a₂和a₃也分别通过A、B和C点，并且在曲线a、b和c上分别给定D、E、F点。

燃料喷射泵7中的电子调速器是这样调整的，以使发动机转速随负荷变化可沿第一工况L₁中的AD曲线、第二工况L₂中的3E曲线或第三工况L₃中的CF曲线改变。根据工况变换开关13上相应的工况变化信号选择一种工况。

在图5的方块图中，表示了一种可用以实施本发明方法第一实施方案的控制系统。一个信号相当于某一工况、例如第一工况L₁的信号从工况变换开关13（图3）上被输入到控制器7。被输入的工况L₁信号由控制器7中的工况检测器15进行检测。被检测的工况L₁信号和来自电位计10的信号No.被输入到控制器16，控制器16输出一个代表工况L₁的发动机目标转速Nr₁的信号。该目标转速Nr₁为图4中D点的转速。代表目标转速Vr₁的信号和一个由转速传感器12检测过的代表发动机实际转速N的信号被输入到控制17。控制器17输出一个代表其差值△N（＝Nr₁-N的信号。该输出△N被输入到函数发生器18并转换成信号1，它被输入到泵的伺服系统。信号1是随△N变化的预置信号并控制每个液压泵输出流量和压力。

工况信号L₁也被输入到燃料喷射泵9，以便按照贮存于电子调速器中的特性曲线即沿图4中的AD曲线控制喷油泵，结果，发动机转速可沿相应的等马力曲线降低。在量大负荷时，发动机以D点的目标转速N₁运转，以便和液压泵匹配。

在第二种工况和第三种工况中，发动机的输出分别沿着等马力曲线BE和CF同样受到控制，如图4所示。

在最大负荷点D、E和F，发动机输出扭矩之间的差值确定为T₂。它小于在A、B和C点研究室的差值T₁。这就意味着如果由相应运转在最大负荷点D、E和F点的发动机驱动液压泵时，由每转输出和输出压力确定的泵的输出特性T_P、T_F和T_F之间的差另缩小了，如图6所示。由此可见，按照在第一工况L₁中以量大效率工作设计成的泵在其它工况中同样是高效地工作的。图6中的各曲线b₁、b₂和b₃是泵的等效率曲线。图7曲线表示液压泵自L₁至L₃各工况中所作的总功。

现在参看图8，它表示本发明方法的第二实施方案，用以控制发动机输出。本方法的特点是，随着因负荷减小引起的发动机输出扭矩下降，沿着通过等马力曲线上最低油耗点的CJ曲线控制发动机转速。它与传统的方法不同，在传统方法里，根据由机械式全制调速器控制的而未画出燃料消耗的特性曲线，沿着从发动机标定输出点C延伸的C1曲线控制发动机输出。

该传统控制曲线C1在等油耗线a₃上的G点与等马力线d相交。因此，在G点发动机的油耗为a₃（克/马力小时）。然而，曲线d也与等油耗线a₂相交。由于a₂值小于a₃值，当发动机在H点运转时所消耗的燃料量便小于在G点运转时的燃料消耗量。假如对于所有其它的功率点也得到了最低油耗点，那么便可确定能以低燃料消耗控制发动机输出的CJ曲线。

如果本发明方法应用于如图9所示的某个包括-液压泵的系统，那么在低负荷时，发动机转速的变化也会引起操作器操作速度的变化。因此，液压泵旋转斜盘的角度要控制得能确保液压泵输出流量Q（升/分）为常数，该输出流量等于依靠发动机转速N（转/分）来增加的泵内排量q（厘米³/转）。

再通看图9的控制系统，代表液压泵实际输出压力的信号P从液压泵输出压力检测器23上输送到运算器15上，代表液压泵实际输出的信号X从液压泵倾斜度传感器14上也被输送到运算器15上。于是计算出液压泵的负载扭矩，并将扭矩信号T从运算器15上输送到运算器16。运算器16将扭矩T和由油门杆调整的目标扭矩T₀作比较，仅当T小于T₀时，它输出一代表其差值△T＝（T₀-T）的信号。

差值△T的出现意味着发动机1已开始以低负荷运转，并为图8中的CJ曲线确定了一个基准。信号△T被传输到第一函数发生器17，并转换成代表发动机转速差的信号△N。第一函数发生器17被设计成能使△T和△N储存为获得CJ关系曲线。信号△N被传输到第二、第三、和第四函数发动器18、19和20。第二函数发生器18将信号△N转换成齿条位置变化信号M以调整燃料喷射量Y，而第三函数发生器19将其转换成喷油定时信号用以调整喷油定时。如果发动机目标转速和其实际转速之间的转速差△N大，那么齿条位移M相应地减小、喷油定时相应地推迟，使燃料喷射泵9的喷油量Y减少，从而使发动机转速降低。发动机转速这一下降同样引起液压泵输出的突然变化，从而导致操作器操作速度突然变化。因此，第四函数发生器20将信号△N转换成液压泵倾斜度信号X，并将其运输到运算器21，代表发动机转速N的信号也传输给运算器21。运算器21调正液压泵倾斜角能使X和N分量不变以保持液压泵恒定的输出。发动机转速下降得愈多，（即△N愈大），泵的倾斜信号X愈大，因此，液压泵的输出终可保持其一恒定值。

图10表示按照△T和△N建立的C＊曲线。符号T₀和Nr表示由油门杆调整的目标（或原始）值。

根据本发明的第三实施方案，是控制发动机的输出和由发动机驱动的可变排量液压泵的输出。参看图11，沿着从C₁到K₁点的曲线，发动机输出受电子调速器控制。C是代表发动机转速和为获得最大的泵输出所必需的发动机扭矩输出的标定负荷点;通过C₁点的等燃料消耗曲线d和该曲线相交于K₁点;当发动机输出达到K₁点时，代表液压泵输出压力的信号和代表发动机转速的信号经微处理机处理。根据微处理器的输出控制液压泵的旋转斜盘角度以保持功率相等。结果，液压泵沿图12中所示的K₁K₂曲线受到控制。图12中的C₁K₃曲线是传统的控制曲线。

随着液压泵负载减小，其泵内排量沿着以K₂点到K₁点的曲线增加。当达到旋转斜盘角度最大的K₁点时，该旋转斜盘通过来自电位计的信号使其保持在最大的角度，燃料喷射泵便被控制来减少喷油量，从而沿图11中K₁C₁曲线来控制发动机输出。如上所述通过控制获得的液压泵的输出特性示于图13，它表示出通过发动机控制曲线C₁K₁和液压泵控制曲线K₁K₂的综合而确定的一条等马力曲线。

图14中的方块图表示可用以完成上述发动机和液压泵控制的控制系统。发动机的输出是用油门手柄通过转速Nr来调整的，从而跟液压泵的负载在图15（图11也一样）中的C₁点相匹配。如果液压泵的负载增加，发动机的输出便沿图15所示的等马力曲线C₁-C′₁-K₁受到控制。

再参看图14，代表液压泵实际输出压力的信号P从泵输出压力传感器23上被传输到第一运算器15，代表液压泵旋转斜盘倾斜角的信号X，即液压泵的实际输出，自倾斜角传感器14上也被传输到第一运算器15。通过第一运算器15得到了液压泵的负载扭矩。代表该负载扭矩的信号T和代表相应于由油门操作手柄调整的目标转速Nr的扭矩的信号T₀均被输入到第二运算器16。仅当T大于T₀时，第二运算器16才输出一个代表T₀和T差的值信号△T。信号△T被输入到第一函数发生器17，并将其转换成代表发动机目标转速和实际转速之差的△N信号。第一函数发生器17被设计成使△T和△N按某一关系存储，以确保图11中的C₁K₁曲线，即等马力曲线（T₀+△T）×（Nr-△N）＝T₀×Nr恒定。如果液压泵因△T而引起负载增加，则发动机转速因△N而降低，以便在发动机等马力曲线C₁K₁上的C₁和液压泵负载相匹配，如图15所示。

信号△N被输入到第二、第三和第四函数发生器18、19和20。第二函数发生器18将其转换成燃油泵齿条位移信号M，第三函数发生器19又将其转换成喷油定时信号τ，从而调整燃油喷射量Y。如同第一函数发生器17那样，第二和第三函数发生器18和19是预调的以确保发动机输出能沿图15中的C₁K₁曲线被控制。

倘如液压泵负载进一步增加，便达到图15（图11也一样）中的K₁点。在K₁点，扭矩信号△T等于△T₀，转速信号△N等于△N₀，即使扭矩可能有任何其它变化（即△T可能变得大于△T₀），信号△N仍和△N₀保持相等。因此，燃油泵齿条位移信号M和M₀保持相等，燃料喷射定时信号t和t₀保持相等。于是发动机持续产生标定在K₁点的输出。

在△T大于△T₀的情况下，发动机的输出不受控制，但液压泵的输出却是受控制的。信号△N也被输入到第四函数发生器20，并转换成液压泵倾斜角信号X，当△N不大于△N₀时，信号X等于X₀，如果△N大于△N₀那末X随着△N的增加而减小，如果X等于X₀，液压泵被倾斜到最大角度;如果X小于X₀，液太泵倾斜角便减小，因此其输出便减小。于是，液压泵的控制补偿了大的负荷变化，而发动机的输出就能保持在图15中K₁点所标出的数值。在低于K₁的任意点，发动机被控制以补偿这种负荷变化（参看图13）。

按本发明的第二或第三实施方案，在该控制方法中不包括工况变化。

Claims

1、一处控制具有电子调速器的内燃机的输出的方法，它至少由一台发动机驱动可变排量液压泵的输出，其调速器的输出装置是多工况交变形式可调的。该发动机的转速按其扭矩需要变化。其特征为当发动机是以这样的模式被操纵时，即发动机的输出扭矩是在高转速范围内运转时，上述工况的每一个标定点转速变换到该发动机的每一工况的等马力曲线给定点的低转速点。与该处发动机等马力曲线上的最大扭矩输出点接近。而其燃料消耗也低于上述高速运转范围内的燃料消耗。因此，发动机和受该发动机操纵驱动的至少一台可变排量液压泵均具有高的效率。

2、如权利要求1所述的方法。其特征为该发动机的转速是按照该发动机的输出扭矩的缩小比值降低到低于一预定值。

3、如权利要求1所述的方法，其特征为由该发动机驱动的该液压泵的旋转斜盘被保持在最大角度。使低负荷时该液压泵的泵内排量最大，该发动机的输出扭矩在上述预定的等燃料消耗范围内沿上述等马力曲线增加，以提高该液压泵的输出压力，并且当保持如上述方法增加的发动机输出扭矩时，上述旋转斜盘的上述角度减少，以便沿泵的等输出曲线降低上述液压泵的泵内排量，从而使该泵的输出压力随上述负载的增加而提高。

4、如权利要求2所述的方法，其特征为该发动机的转速沿着起始于上述标定点并且在低于上述定点的所有等燃料消耗曲线上由最低燃料消耗点轨迹形成的曲线下降。