рабочая машина с бесступенчатой коробкой передач, мощность которой автоматически регулируется в зависимости от нагрузки двигателя

Формула изобретения

1. Рабочая машина, содержащая:

двигатель внутреннего сгорания (IC);

бесступенчатую коробку передач (IVT), спаренную с двигателем внутреннего сгорания (IC);

по меньшей мере, один сенсор, производящий выходной сигнал, представляющий собой значение нагрузки в реальном времени на указанном двигателе внутреннего сгорания (IC); и

по меньшей мере, один электрический контур обработки данных для управления мощностью бесступенчатой коробки передач (IVT), в зависимости от значения пороговой нагрузки для указанного двигателя внутреннего сгорания IC и указанного значения нагрузки в реальном времени для указанного двигателя внутреннего сгорания IC.

2. Рабочая машина по п.1, в которой указанный, по меньшей мере, один электрический контур для обработки данных содержит блок управления двигателем (ECU), соединенный с указанным двигателем внутреннего сгорания IC, и блок управления коробкой передач (TCU), соединенный с указанной бесступенчатой коробкой передач IVT, указанный блок управления двигателем (ECU) подает выходной сигнал к блоку управления коробкой передач TCU, представляющий собой значение нагрузки в реальном времени, указанный блок управления коробкой передач (TCU) управляет указанной мощностью бесступенчатой коробки передач IVT, в зависимости от результата сравнения указанного значения пороговой нагрузки и указанного значения нагрузки в реальном времени.

3. Рабочая машина по п.2, в которой указанный блок управления коробкой передач TCU дополнительно управляет мощностью бесступенчатой коробки передач IVT, в зависимости от регулируемой сухопутной скорости рабочей машины, и регулируемого направления рабочей машины.

4. Рабочая машина по п.2, в которой указанный блок управления коробкой передач TCU определяет управление крутящим моментом бесступенчатой коробки передач IVT для управления указанной мощностью указанной бесступенчатой коробки передач IVT.

5. Рабочая машина по п.2, в которой указанный блок управления двигателем (ECU) связан с указанным блоком управления коробкой передач TCU посредством шины участка сетевого адаптера (CAN).

6. Рабочая машина по п.1, в которой указанное значение пороговой нагрузки соответствует максимально разрешенной нагрузке указанного двигателя внутреннего сгорания IC для заданных рабочих условий указанного двигателя внутреннего сгорания IC, указанное значение максимально разрешенной нагрузки включает как приводные нагрузки, так и, по меньшей мере, одну внешнюю нагрузку на указанный двигатель внутреннего сгорания IC.

7. Рабочая машина по п.6, в которой указанное значение максимально разрешенной нагрузки связано с максимальным крутящим моментом при заданной рабочей скорости для указанного двигателя внутреннего сгорания IC.

8. Рабочая машина по п.6, в которой указанная, по меньшей мере, одна внешняя нагрузка включает в себя, по меньшей мере, одну гидравлическую нагрузку, приложенную к указанному двигателю внутреннего сгорания IC.

9. Рабочая машина по п.1, в которой указанный, по меньшей мере, один сенсор считывает, по меньшей мере, одну скорость подачи топлива указанного двигателя внутреннего сгорания IC, коэффициент нагрузки двигателя внутреннего сгорания IC и процент по крутящему моменту на указанном двигателе внутреннего сгорания IC.

10. Рабочая машина по п.1, в которой указанная рабочая машина представляет собой одно из следующего: строительную рабочую машину, сельскохозяйственную машину, лесную машину, горную машину и промышленную машину.

11. Способ управления рабочей машиной, содержащей двигатель внутреннего сгорания IC, спаренный с бесступенчатой коробкой передач IVT, содержащий следующие этапы:

задание значения пороговой нагрузки, соответствующей максимально разрешенной нагрузке на двигатель внутреннего сгорания IC;

определение значения нагрузки в реальном времени, связанной с двигателем внутреннего сгорания IC;

сравнение указанной нагрузки в реальном времени с указанным значением пороговой нагрузки; и

управление мощностью бесступенчатой коробки передач IVT, в зависимости от указанного этапа сравнения.

12. Способ управления рабочей машиной по п.11, в котором указанный, по меньшей мере, один электрический контур обработки данных включает в себя блок управления двигателем (ECU), связанный с указанным двигателем внутреннего сгорания IC, и блок управления коробкой передач TCU, связанный с указанной бесступенчатой коробкой передач IVT, и включает в себя следующие этапы:

выработку выходного сигнала от указанного блока управления двигателем (ECU) к указанному блоку управления коробкой передач TCU, представляющему собой указанное значение нагрузки в реальном времени; и

управление указанной мощностью указанной бесступенчатой коробки передач IVT с использованием указанного блока управления коробкой передач TCU, в зависимости от указанного этапа сравнения.

13. Способ управления рабочей машиной по п.11, в котором указанный блок управления коробкой передач TCU управляет указанной мощностью сигналом указанной бесступенчатой коробки передач IVT в зависимости от регулируемой сухопутной скорости рабочей машины и регулируемого направления рабочей машины.

14. Способ управления рабочей машиной по п.11, в котором указанное значение пороговой нагрузки соответствует максимально разрешенной нагрузке на двигатель внутреннего сгорания IC для заданных рабочих условий на двигателе внутреннего сгорания IC, указанная максимально разрешенная нагрузка включает в себя как приводные нагрузки, так и, по меньшей мере, внешнюю нагрузку на двигатель внутреннего сгорания IC.

15. Способ управления рабочей машиной по п.11, в котором указанное значение пороговой нагрузки связано с кривой крутящего момента для двигателя внутреннего сгорания IC.

16. Способ управления рабочей машиной по п.11, в котором указанная, по меньшей мере, одна внешняя нагрузка включает в себя, по меньшей мере, одну гидравлическую нагрузку, приложенную к двигателю внутреннего сгорания IC.

17. Способ управления рабочей машиной по п.11, в котором указанный этап определения указанного значения нагрузки в реальном времени включает в себя считывание, по меньшей мере, одной скорости подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания IC, коэффициент нагрузки двигателя внутреннего сгорания IC и процент крутящего момента на указанном двигателе внутреннего сгорания IC.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к рабочим машинам, и, в частности, - к рабочим машинам, содержащим двигатель внутреннего сгорания, спаренный с бесступенчатой коробкой передач.

Уровень техники

Рабочая машина, такая как строительная рабочая машина, сельскохозяйственная рабочая машина или лесная рабочая машина, обычно включает в себя пусковой двигатель в виде двигателя внутреннего сгорания (IC). Двигатель внутреннего сгорания (IC) может быть либо в виде двигателя с воспламенением от сжатия (т.е. дизельным двигателем) или двигателем с принудительным зажиганием (т.е. карбюраторным двигателем). Для большей части тяжелых рабочих машин пусковым двигателем является дизельный двигатель, имеющий лучшие характеристики зацепления, понижения напряжения и крутящего момента для объединенных рабочих операций.

Срабатывание двигателя внутреннего сгорания при ступенчатой нагрузке в переходном режиме после ударной нагрузки является характеристикой, на которую больше всего влияет объем двигателя, металлические изделия двигателя (например, имеет ли двигатель стандартный турбокомпрессор, турбокомпрессор с перепускным клапаном или регулируемой геометрии и т. д.) и стратегия программного обеспечения для запуска воздушного и топливного приводов (например, рециркуляция выхлопных газов, турбокомпрессор с турбиной регулируемой геометрии (VGT), конструкция топливного инжектора и т.д.) с учетом требований законодательства о выделениях в окружающую среду (например, видимый дым, азотные окислы (NO_x) и т.д.), шум или вибрации. Ударная нагрузка может быть результатом нагрузки на трансмиссию (например, прицепное сельскохозяйственное орудие за машиной) или внешней нагрузкой (например, вспомогательная гидравлическая нагрузка такая как фронтальный погрузчик, навесное оборудование обратной лопаты (экскаватора) и т.д.)

Системы двигателя в целом реагируют линейным образом во время переходного режима при приложении не устоявшейся нагрузки. Сначала, нагрузка приложена к валу двигателя внутреннего сгорания IC. Скорость двигателя внутреннего сгорания IC снижается, когда нагрузка увеличивается. Падение скорости двигателя зависит от того, является ли регулятор изохронным или имеется падение скорости. Воздушный поток увеличивается, чтобы снабдить двигатель внутреннего сгорания IC дополнительным воздухом, изменяя воздушные приводы. Задержка во времени необходима, чтобы достичь контрольной точки нового воздушного потока. Количество впрыска топлива, который происходит почти немедленно, увеличивается с учетом предела дымности выхлопных газов и максимально допустимого количества топлива. Затем двигатель возвращается к контрольной точке скорости двигателя. Показателями, связанными с реагированием двигателя на ступенчатую нагрузку во время переходного режима после ударной нагрузки, являются падение скорости и время возвращения к контрольной точке двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания IC может быть спарен с бесступенчатой коробкой передач (IVT), которая создает непрерывную изменяемую скорость на выходе от 0 до максимального значения в плавном виде. Бесступенчатая коробка передач IVT обычно содержит гидростатические составляющие и механические зубчатые передачи. Гидростатические составляющие переводят мощность вала вращения в гидравлический поток, и наоборот. Поток мощности через бесступенчатую коробку передач IVT может быть только через гидростатические узлы, только через механические узлы или только через сочетание и тех, и других в зависимости от конструкции и скорости на выходе.

Рабочая машина, содержащая двигатель внутреннего сгорания IC, спаренный с бесступенчатой коробкой передач IVT, может выявлять проблемы, которые могут быть преодолены двумя путями: первый - внезапные нагрузки, приложенные к прицепной или гидравлической функциям машины, вызывают снижение скорости двигателя. Реагирование, - чтобы изменить передаточное число бесступенчатой коробки передач IVT для сокращения уже сниженной нагрузки двигателя, происходит медленнее, чем необходимо, чтобы предотвратить значительное падение скорости двигателя и иногда потерю скорости. Второй, когда внешняя нагрузка приложена к двигателю внутреннего сгорания IC, такая как при наполнении ковша фронтального погрузчика на машине с бесступенчатой коробкой передач IVT, водитель может управлять скоростью машины в значительно большей степени, нежели это возможно с двигателем внутреннего сгорания IC. При этих условиях выходной крутящий момент бесступенчатой коробки передач IVT и скорость могут приводить к пробуксовыванию колес и другим нежелательным признакам. Подобным образом, если внешняя нагрузка от другого внешнего действия, такого как гидравлическое действие, передана к коробке передач, то внешняя нагрузка в совокупности с пропускной способностью коробки передач может привести двигатель в состояние перегрузки.

В данной области техники необходимы рабочая машина и соответствующий способ работы, позволяющий регулировать мощность бесступенчатой коробки передач IVT таким образом, чтобы избежать режима перегрузки двигателя внутреннего сгорания IC.

Раскрытие изобретения

Изобретение в одном виде касается рабочей машины, включая двигатель внутреннего сгорания IC и бесступенчатую коробку передач IVT, спаренную с двигателем внутреннего сгорания IC. По меньшей мере, один сенсор подает выходной сигнал, представляющий собой значение нагрузки в реальном времени на двигателе внутреннего сгорания IC. По меньшей мере, выполнен один электрический контур обработки данных для контроля мощности бесступенчатой коробки передач IVT, в зависимости от значения пороговой нагрузки для двигателя внутреннего сгорания IC и значения нагрузки в реальном времени для двигателя внутреннего сгорания IC.

В другом виде изобретение касается способа работы рабочей машины, включающей в себя двигатель внутреннего сгорания IC, спаренный с бесступенчатой коробкой передач IVT. Этот способ включает в себя этапы: установление значения пороговой нагрузки, соответствующей максимально разрешенной нагрузке на двигатель внутреннего сгорания IC; определение значения нагрузки в реальном времени, связанной с двигателем внутреннего сгорания IC; сравнение значения нагрузки в реальном времени со значением пороговой нагрузки; и контроль мощности бесступенчатой коробки передач IVT, в зависимости от этапа сравнения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематичное изображение варианта осуществления рабочей машины согласно настоящему изобретению; и на

Фиг.2А и 2В - блок-схема варианта осуществления способа работы рабочей машины согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

Согласно фиг.1 показано схематичное изображение варианта осуществления рабочей машины 10 согласно настоящему изобретению. Предполагается, что рабочей машиной 10 является строительная рабочая машина, такая как фронтальный погрузчик фирмы Джон Дир, но рабочей машиной может быть и другой вид рабочей машины, такой как сельскохозяйственная, лесная, горная или промышленная рабочая машина.

Рабочая машина 10 включает в себя двигатель внутреннего сгорания 12, который спарен с бесступенчатой коробкой передач 14, обычно через выходной коленчатый вал 16 двигателя внутреннего сгорания 12. Предполагается, что двигателем внутреннего сгорания 12 является дизельный двигатель в показанном варианте осуществления изобретения, но им может быть также и карбюраторный двигатель, пропановый двигатель и т.д. Двигатель внутреннего сгорания 12 имеет размеры и конструкцию согласно описанию.

Бесступенчатая коробка передач 14 может быть выполнена соответствующей конструкции, и поэтому не описана здесь подробно. Бесступенчатая коробка передач 14 имеет выход, который соединен, по меньшей мере, с одним другим нижним прицепным составляющим элементом 18, который, в свою очередь, соединен со множеством приводных колес 20, одно из которых показано на фиг.1. Конечно, необходимо понимать, что в случае рабочей машины гусеничного типа, прицепной составной элемент 18 может быть соединен с гусеницей.

Бесступенчатая коробка передач 14 также подает выходную мощность к одной или более внешним нагрузкам 22, которые, в свою очередь, таким образом, оказывают дополнительную нагрузку на двигатель внутреннего сгорания 12. Внешние нагрузки 22 обычно предстают в виде гидравлических нагрузок, таких как фронтальный погрузчик, стрела крана экскаватора, разгрузочный зерновой шнек, двигатель пилы для рубки деревьев и т.д. Полная нагрузка на двигатель внутреннего сгорания 12, таким образом, является функцией и тяговых нагрузок, и внешних гидравлических нагрузок.

Блок 24 управления двигателем (ECU) электронным путем контролирует работу двигателя внутреннего сгорания 12 и соединен с множеством сенсоров (не показаны конкретно), связанных с работой двигателя внутреннего сгорания 12. Например, блок 24 управления двигателем (ECU) может быть соединен с сенсором, показывающим контрольные параметры двигателя, такие как скорость воздушного потока внутри одного или нескольких впускных трубопроводов, скорость двигателя, расход топлива и/или регулировку момента зажигания в двигателе, скорость рециркуляции выхлопных газов (ERG), положение лопаток турбокомпрессора и т.д. Кроме того, блок 24 управления двигателем может получать выходные сигналы от блока 28 управления машиной, представляющего параметры управления машиной, введенные водителем, такие как регулируемая сухопутная скорость (указанная положением рычагов переключения передач и рычагов управления дроссельной заслонкой и/или гидростатическим рычагом) или регулируемое направление рабочей машины 10 (указанное угловым направлением рулевого колеса).

Подобным образом, блок 26 управления коробкой передач (TCU) электронным путем контролирует работу бесступенчатой коробки передач IVT 14 и соединен с множеством сенсоров, связанных с работой бесступенчатой коробки передач IVT 14. Блок 24 управления двигателем ECU и блок 26 управления коробкой передач TCU спарены вместе с помощью шинной структуры, обеспечивающей двухсторонний поток данных, такой как шина 30 участка сетевого адаптера (CAN).

Хотя различные электронные составляющие, такие как блок 24 управления двигателем ECU, блок 26 управления коробкой передач TCU и блок 28 управления машиной VCU показаны спаренными вместе с использованием проволочного соединения, необходимо также понимать, что беспроволочные соединения могут быть использованы для некоторых применений.

Согласно фиг.2А и 2В, вариант осуществления способа работы рабочей машины 10 согласно настоящему изобретению будет описан более подробно. В блоке 40 установлено определенное пользователем значение пороговой нагрузки, такое как введено через коммутационную панель, соединенную с блоком управления машиной VCU 28, и сохранено в памяти.

Одна возможность установки значения пороговой нагрузки заключается в совпадении этой нагрузки с максимальным значением крутящего момента/нагрузки на кривой крутящего момента для данного двигателя внутреннего сгорания. Например, для данного двигателя внутреннего сгорания принято использовать заранее определенную кривую крутящего момента с крутящим моментом (нагрузкой), являющейся функцией скорости двигателя. Кривая крутящего момента может быть сохранена в памяти или динамически определена с помощью заданной математической функции. Такие кривые крутящего момента хорошо известны в данной области техники, и поэтому не показаны в данном описании в целях краткости. Кривая крутящего момента, используемая в работе, определяет максимальный выходной крутящий момент на заданной скорости двигателя. Таким образом, возможно число максимальных выходных крутящих моментов, каждый из которых соответствует различной рабочей скорости двигателя внутреннего сгорания 12. Крутящий момент или нагрузка является вращательным усилием коленчатого вала двигателя, т.е. выходной мощностью. Скорость двигателя обычно определяют положением дроссельной заслонки либо электронной, либо механической. Для соответствующего крутящего момента двигателя блок 24 управления двигателем (ECU) контролирует работу одного или более контрольных параметров двигателя для достижения желаемого выходного крутящего момента, который соответствует или меньше максимального крутящего момента для этой рабочей скорости. Например, блок 24 управления двигателем (ECU) может контролировать рециркуляцию выхлопных газов (ERG), регулируемую в ERG системе (также как соотношение разбавления с воздухом), контролируемый элемент в турбокомпрессоре регулируемой геометрии (VGT), время впрыска топлива и/или давление топлива. Таким образом, можно, чтобы установленное значение пороговой нагрузки соответствовало значению максимальной нагрузки на кривой крутящего момента при заданной рабочей скорости, или десятичной степени значения максимальной нагрузки.

В блоке 42 принятия решения установлено число критериев для определения, должен ли быть понижен выходящий крутящий момент бесступенчатой коробки передач IVT 14. Во-первых, если значение нагрузки в реальном времени на двигатель внутреннего сгорания больше, чем значение максимальной нагрузки, введенное в блок 40, тогда существует указание, что выходной крутящий момент бесступенчатой коробки передач IVT 14 должен быть понижен. Значение нагрузки в реальном времени может быть считано или выведено с помощью некоторого числа методик, таких как считывание скорости потока топлива в реальном времени в двигателе внутреннего сгорания 12. Другими факторами, принимаемыми во внимание в блоке принятия решения 42, являются технические требования переключения передач, технические требования скорости машины и другие разнообразные технические требования.

Если в блоке 42 принятия решения принято решение активировать понижение крутящего момента (линия 44), тогда просто активируют понижение крутящего момента (блок 46). С другой стороны, если понижение крутящего момента не активировано (линия 48), принимается решение дезактивировать функцию понижения крутящего момента (блок 50 принятия решения). Другими словами, даже если принято решение не активировать понижение крутящего момента в блоке 42 принятия решения, понижение крутящего момента может фактически находиться уже в активированном состоянии от предшествующего логического контура. Блок 50 принятия решения снова проверяет рабочие параметры, включая технические требования переключения передач, технические требования скорости машины и другие разнообразные технические требования для определения, нужно ли дезактивировать понижение крутящего момента. Если это так, тогда понижение крутящего момента просто дезактивируют (блок 52), - другими словами, контроль проходит по линии 54.

В блоке 55 принятия решений выполняется проверка, действительно ли понижение крутящего момента активировано или дезактивировано. Если понижение крутящего момента дезактивировано (линия 56), тогда бесступенчатая коробка передач 14 не выходит за рамки номинала, и 100% тягового усилия приложено к выходу бесступенчатой коробки передач 14 (блок 57). С другой стороны, если активировано понижение крутящего момента (линия 58), тогда коэффициент пересчета понижения крутящего момента рассчитывается на основе разницы между значением нагрузки в реальном времени и значением пороговой нагрузки (блоки 60 и 62). Любые определенные пользователем пределы по коэффициенту пересчета понижения крутящего момента учтены в блоке 64, данные контура обратной связи соответственно корректируются в блоке 66, и логическая схема заканчивается в блоке 68 коэффициентом пересчета понижения крутящего момента.

Описав предпочтительные варианты осуществления изобретения, очевидно, что различные изменения могут быть выполнены, не выходя за объем изобретения, который определен прилагаемой формулой изобретения.