用於控制燃燒發動機的、最大容許發動機扭矩的曲線的製作方法

2023-06-03 04:34:41

專利名稱：用於控制燃燒發動機的、最大容許發動機扭矩的曲線的製作方法
技術領域：
本發明涉及根據所附權利要求1的前序部分所述的用於控制重型道路車輛的燃燒發動機的、作為發動機轉速的函數的最大容許發動機扭矩的曲線，更具體地，涉及與動力中斷式變速器(power-interrupting automatic transmission)相配合的燃燒發動機的扭矩和轉速之間的關係。
背景技術：
圖1中示出了一種已知的用於現代重型卡車的渦輪增壓柴油機式燃燒發動機的、 作為發動機轉速的函數的最大發動機扭矩的典型曲線1。在轉速nQ(怠速轉速)和Ii1之間，扭矩在所述曲線的扭矩上升區段內逐步上升，這受限於渦輪增壓系統。在H1和112之間，該扭矩是恆定或相當恆定的、受控的最大值，以限制動力傳動系的其餘部件(離合器、變速器、驅動軸)上的載荷。在該恆定扭矩區段之後的是恆定功率區段(n2到n3)，在該恆定功率區段內，功率接近於發動機的最大功率。在該恆定功率區段內，隨著發動機轉速的增加，最大發動機扭矩逐漸下降。最後，從n3到n4，該扭矩斜降到零，而發動機功率也將下降到零。一般地，對於車輛的操縱性能而言，大的發動機總轉速範圍( 至！!》是有利的，這使得換擋不那麼關鍵。然而，如果總轉速範圍較小，則有利於發動機的效率並因此有利於車輛的燃料消耗。在圖1中，著重標出了高轉速區域和高扭矩區域。通常，發動機的效率在高轉速區域較差，但在高扭矩區域則較好。通過減小這種高轉速區域，發動機的平均效率將會提尚。在諸如重型卡車和大客車的重型道路車輛的開發過程中，希望在滿足強制性排放法規的同時減少燃料消耗。過去，通過減小發動機的轉速範圍並相應地增大扭矩範圍，已很大程度上實現了發動機效率的提高。若不犧牲車輛的操縱性能，則難以以相同方式進一步改進，尤其在變速器是動力中斷式變速器的情況下。在其他已知的解決方案中，例如，通過使用多個增壓設備，能夠在不減小發動機轉速範圍的情況下實現發動機效率的提高。然而，這將增加發動機的成本，因而吸引力不高。具有間隔更小的傳動比的變速器可使得操縱性能對發動機轉速範圍的減小不那麼敏感。但另一方面，這種變速器需要更多的檔位，從而與具有常規間隔開的傳動比的變速器相比，它更複雜、笨重且昂貴。此外，減小發動機轉速範圍的可能性較小。與操縱性能相關的大多數問題都是由於向驅動輪的動力供應中斷而導致的，這是常規的動力中斷式變速器中所固有的問題。例如，在上坡時，車輛將在換檔時失速。發動機轉速範圍則必然相應地大於傳動比自身的變化所導致的轉速範圍。另一個示例是在低車速和低重量下加速的情形。在此情況下，可接受的操縱性能將需要多級換檔，例如從第一檔換到第三檔，或從第二檔換到第五檔。而減小的發動機轉速範圍可能不允許這麼做。動力換檔變速器即使在發動機轉速範圍減小的情況下也能提供非常好的操縱性能。然而，目前的動力換檔變速器非常昂貴。這些動力換檔變速器在運行中也具有高的動力損失，這抵消了降低燃料消耗的嘗試。US2005/0145218示出了與連續可變變速器相結合的窄峰扭矩曲線燃燒發動機的一個實例。

發明內容
本發明的目的是在維持可接受的操縱性能和低生產成本的同時，通過降低發動機轉速來減少燃料消耗。此目的通過所附權利要求1中限定的用於控制燃燒發動機的、作為發動機轉速的函數的最大容許發動機扭矩的曲線來實現。根據本發明的第一方面，提供了用於控制燃燒發動機的、作為發動機轉速的函數的最大容許發動機扭矩的曲線，其中，布置有燃燒發動機控制單元，用於控制輸出扭矩和發動機轉速以免其超出所述曲線，並且其中，所述曲線至少由扭矩上升區段(叫至Ii1)、恆定功率區段(n2至n3)和扭矩斜降區段(叫至 )限定。本發明的曲線的特徵在於，所述扭矩斜降區段被限定為使得高發動機功率處的發動機轉速減小，而在低發動機功率處，則允許高的發動機轉速。根據本發明的該曲線的一個實施例，所述高發動機功率被定義為高於最大發動機功率的50%，而所述低發動機功率被定義為低於最大發動機功率的50%。根據本發明的該曲線的另一實施例，最大發動機功率的50%處的最大發動機轉速與最大發動機功率的75%處的最大發動機轉速之差應大於150rpm。根據本發明的該曲線的又一實施例，最大發動機功率的50%處的最大發動機轉速應小於2300rpm。根據該曲線的另一實施例，最大發動機功率的50%處的最大發動機轉速應大於最大發動機功率的95%處的最大發動機轉速的1. 2倍。根據本發明的該曲線的另一實施例，在最大容許發動機轉速和最大發動機功率的0%處，所述最大容許發動機轉速與在最大發動機功率的50%處的發動機轉速之差大於 IOOrpm0在本發明另外的實施例中，所述燃燒發動機與動力中斷式自動變速器相配合，和/ 或所述燃燒發動機包括渦輪複合式增壓裝置。


下面將將參考附圖來更詳細地描述本發明，出於例示的目的，這些附圖示出了本發明的更優選的實施例，同時也示出了背景技術，其中圖1示意性地示出了根據現有技術的、最大發動機扭矩的曲線。圖2示意性地示出了根據本發明一個實施例的、最大發動機扭矩的曲線。圖3示意性地示出了根據本發明另一實施例的、最大發動機扭矩的曲線。圖4示意性地示出了根據本發明又一實施例的、最大發動機扭矩的曲線。圖5示出了本發明應用在計算機設備上。
具體實施方式
回到圖1，對於發動機效率來說，降低轉速在如下兩個方面是有利的第一，將不使用低效運行點。第二，可針對較低轉速對發動機進行優化並使發動機在較低轉速下變得更有效。由於不必在高轉速-高功率的組合下運行，增壓系統特別受益於此。對於燃料消耗來說，在極限內朝著更高扭矩來增加高扭矩區域也是有利的。在技術上將可能實現更陡的扭矩上升，但由於多種原因，急劇變化是不適宜的。因此，為了允許多級換檔且不在低車速下危及操縱性能，當發動機與動力中斷式變速器相配合時，需要該發動機能夠在相當高的轉速下運行。幸運的是，低車速下的多級換檔一般與不要求非常大的發動機功率的行駛工況有關。通常，所要求的功率小於最大發動機功率的一半。根據本發明的一個實施例(參見圖2)，扭矩斜降區段中的高功率(高於最大功率的50%)處的發動機轉速減小了，而在低功率(低於最大功率的50%)處，則允許相當高的發動機轉速。圖2中的扭矩曲線還允許在低車速和低重量下的多級換檔。增壓系統消除了對於在高的發動機轉速和高功率下運行的需求。從而，能夠對增壓系統進行優化，以提高在其餘運行區域內的效率。為了最大程度地利用這種修改後的扭矩斜降曲線，應該使轉速減小區域儘可能地大。然而，若該扭矩斜降曲線起始於過低的發動機轉速(圖2中的n3)處，則恆定功率區段會減小。在要求高的發動機功率的行駛工況下，這將對車輛性能有負面影響。因此，希望具有從不是過小值n3的值到略高於最大功率的一半水平的、陡的扭矩斜降曲線。對於重型道路車輛，這可以量化如下最大發動機功率的50%處的最大轉速與最大發動機功率的75%處的最大轉速之差(見圖2 :nmax5(l%減去nmax75%)應大於150rpm。此外，為了使這種低速設計真正有效且不過度需要所述增壓系統，發動機轉速應受到限制，例如，nmax5(l%應小於2100rpm。因此，根據本發明的曲線適用於裝配有動力中斷式變速器(分級變速器)的重型道路車輛(15至100噸)的增壓燃燒發動機，其中，根據一個實施例nmax50% _nmax75%> 150rpm，並且 nmax50%< 2100rpm。在本發明的其他實施例中，發動機轉速11_5(|%與11_75%之差大於200rpm，或甚至大於 250rpmo在另一個實施例中，轉速nmax5Q%小於2000rpm，或甚至小於1900rpm。在又一實施例中，發動機轉速nmax5Q%小於2300rpm。在本發明的替代實施例中，最大發動機功率的50%處的最大發動機轉速(nmax5Q%) 應大於最大發動機功率的95%處的最大發動機轉速(nmax95%)的1.2倍。在另一個實施例中，最大發動機功率的50%處的最大發動機轉速(nmax5C1%)應大於最大發動機功率的95%處的最大發動機轉速(nmax95%)的1. 3倍。在本發明的另一個實施例中，最大容許發動機轉速處的最大發動機轉速114(參見圖2)被保持為高；其中，發動機轉速n4與nmax5(1%的差值大於lOOrpm。在本發明的另一個實施例中，所述差值可大於125rpm或甚至大於150rpm。這改善了低載荷下的操縱性能，但對發動機效率僅有微小的影響。本發明的另一個實施例解決了駕駛員的潛在的不熟悉感，這種不熟悉感是由於在高於最大功率的一半的區域內、最大發動機轉速的快速變化而導致的。對於動力中斷式自動變速器，這能夠通過適當的檔位選擇來避免。因此，對於自動進行檔位選擇及其執行的手自一體式變速器(AMT)或半自動變速器來說，本發明非常有用。這是因為在裝配有動力中斷式自動變速器的動力傳動系中，控制單元記錄了當前接合的傳動比和計劃將要接合的下一個傳動比。因此，在可通過該系統來控制換檔點的動力傳動系中，利用本發明的所有益處的可能性更大。當發動機與雙離合器變速器(DCT)相配合時，本發明的這些益處也是有用的。在本發明的如圖3公開的另一個實施例中，扭矩從恆定功率區段陡峭地下降。這可以量化如下最大發動機功率的75%處的最大轉速與最大發動機功率的95%處的最大
轉速之差(nmax75%_nmax95%)小於150rpm。在另外的實施例中，所述轉速之差(nm ax75% _nmax95% 『 可小於125rpm，或甚至小於lOOrpm。在又一實施例中，恆定扭矩區段已減小，且發動機的最大扭矩已升高，如圖3所示 (粗線與細線相比)。由此，已能夠將整個扭矩斜降曲線朝著更低的發動機轉速處移動。這給出了朝著提高效率的目標來優化發動機的、另外的可能性。恆定功率區段已保持足夠大， 以在要求高的發動機功率時維持車輛性能。總之，這可以量化如下nmax95%小於 1600rpm 或小於 1500rpm，甚至小於 1400rpm，並且最大發動機功率的95%處的最大發動機轉速與最小發動機轉速之比(nmax95%/ Iimin95O^)大於1. 25或大於1. 3，甚至大於1. 35。結合圖3的實施例，另一個實施例是這樣的恆定扭矩區段能夠減小到零，且最大發動機扭矩能夠進一步升高，如圖4所示(粗曲線4與細線相比)。因此，圖4中的本發明適用於所謂的恆定功率發動機(參見曲線4)中。在用於重型道路車輛的大多數動力中斷式變速器中，最終的要求對應於傳動比級差(ratio st印)(S卩，兩個相繼的檔位的傳動比(例如4檔和5檔的傳動比)之間的比值)。 所述傳動比級差一般在1. 15至1. 35之間。可通過若干種不同的方式來完成本發明的不同實施例的實現。可以從常規的發動機開始並重新配置該發動機來使其根據本發明而工作，例如通過對動力傳動系的控制程序 (發動機控制單元和變速器控制單元)重新編程。也可以重新開發一種根據本發明而工作的發動機。這可通過對動力傳動系中的若干個部件、例如增壓裝置(用於在允許更窄的運行範圍時提高效率)及發動機冷卻系統等進行改造來完成，其中，所有這些不同的改造的結果將是根據本發明的曲線。所述增壓裝置可設計為例如，與常規的增壓裝置相比，在大致更窄的工作範圍內工作。也可以改造如下的增壓器此增壓器在低的發動機轉速下工作良好(給出高扭矩和/或高效率)，但它在高的發動機轉速下、在最大發動機功率或接近最大發動機功率處則不能產生。如所述圖2、圖3和圖4所示，在低的發動機功率和高的發動機轉速下，該增壓器將能夠產生其最佳性能。可以根據本發明的用於發動機轉速和扭矩的所述實施例來控制發動機。這樣的控制以已知的方式進行，以免超過針對不同的發動機轉速和發動機扭矩的組合而設定的極限。本發明特別有利於單級增壓式燃燒發動機。本發明例如也可用在渦輪複合式燃燒發動機中。所述動力中斷式變速器可以是手自一體式變速器(AMT)。圖5示出了根據本發明一個實施例的設備500，該設備500包括非易失性存儲器520、處理器510和讀寫存儲器560。存儲器520具有第一存儲器部分530，該第一存儲器部分530內存儲有用於控制該設備500的電腦程式。存儲器部分530內的、用於控制該設備500的電腦程式可以是作業系統。該設備500例如可封裝在控制單元、例如所述燃燒發動機控制單元內。數據處理單元510例如可包括微處理器。存儲器520還具有第二存儲器部分M0，該第二存儲器部分540內存儲有用於根據本發明來控制發動機轉速和扭矩的程序。在替代實施例中，所述用於控制發動機轉速和扭矩的程序存儲在單獨的非易失性數據存儲介質550中，例如存儲在CD或可更換的半導體存儲器中。該程序能以可執行程序的形式或在壓縮狀態下存儲。應當清楚，當下文中提到數據處理單元510運行特定功能時，數據處理單元510是在運行存儲在存儲器540內的程序的特定部分或存儲在非易失性記錄介質550內的程序的特定部分。數據處理單元510適合通過數據總線514與存儲器550通信。數據處理單元510 也適合通過數據總線512與存儲器520通信。另外，數據處理單元510適合通過數據總線 511與存儲器560通信。數據處理單元510也適合通過利用數據總線515而與數據埠 590
ififn。根據本發明的方法可由數據處理單元510執行，通過數據處理單元510運行存儲在存儲器MO內的程序或存儲在非易失性記錄介質550中的程序來執行。不應認為本發明局限於上述實施例，而是，在所附權利要求的範圍內，可以構思出多個另外的變型和修改。
權利要求
1.一種用於控制燃燒發動機的、作為發動機轉速的函數的最大容許發動機扭矩的曲線 0、3、4)，其中，布置有燃燒發動機控制單元，用於控制輸出扭矩和發動機轉速以免其超出所述曲線，並且其中，所述曲線至少由扭矩上升區段( 至H1)、恆定功率區段(n2至n3)和扭矩斜降區段(113至114)限定，其特徵在於，所述扭矩斜降區段被限定為使得高發動機功率處的發動機轉速減小，而在低發動機功率處，則允許高的發動機轉速。
2.根據權利要求1所述的曲線，其特徵在於，所述高發動機功率被定義為高於最大發動機功率的50%，而所述低發動機功率被定義為低於最大發動機功率的50%。
3.根據前一權利要求所述的曲線，其特徵在於，最大發動機功率的50%處的最大發動機轉速與最大發動機功率的75%處的最大發動機轉速之差應大於150rpm。
4.根據前一權利要求所述的曲線，其特徵在於，最大發動機功率的50%處的最大發動機轉速(nmax5Q%)應小於2300rpm。
5.根據前述權利要求1至3所述的曲線，其特徵在於，最大發動機功率的50%處的最大發動機轉速(nmax5CI%)應大於最大發動機功率的95%處的最大發動機轉速(nmax95%)的1. 2 倍。
6.根據前一權利要求所述的曲線，其特徵在於，在最大容許發動機轉速(ri4)和最大發動機功率的0%處，所述最大容許發動機轉速與在最大發動機功率的50%處的發動機轉速 (nmax50%)之差大於 lOOrpm。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的曲線，其特徵在於，所述燃燒發動機與動力中斷式自動變速器相配合。
8.根據前述權利要求中的任一項所述的曲線，其特徵在於，所述燃燒發動機包括渦輪複合式增壓裝置。
全文摘要
本發明涉及一種用於控制發動機的、作為發動機轉速的函數的最大容許發動機扭矩的曲線(2、3、4)，其中，布置有燃燒發動機控制單元，用於控制輸出扭矩和發動機轉速以免其超出所述曲線，並且其中，所述曲線由扭矩上升區段(n0至ni)、恆定功率區段(n2至113)和扭矩斜降區段(n3至n4)限定。所述扭矩斜降區段被限定為使得高發動機功率處的發動機轉速減小，而在低發動機功率處，則允許高的發動機轉速。
文檔編號F02D45/00GK102575611SQ200980161370
公開日2012年7月11日 申請日期2009年9月11日 優先權日2009年9月11日
發明者安德斯·海德曼, 拉爾斯·松丁 申請人:沃爾沃拉斯特華格納公司