用以防止發動機失速的動力源制動系統的製作方法

2023-05-17 03:06:46 4

專利名稱：用以防止發動機失速的動力源制動系統的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及防止發動機失速，更具體地說，涉及通過在某些條件下使發動 機制動無效來防止發動機失速。
背景技術：
諸如越野貨車的機械可以包括一個或多個動力源。動力源可以包括發動機、蓄電 池和任何其它合適的能量產生和能量存儲裝置。機械還可包括動力推動裝置，該裝置可利 用由動力源產生或供應的動力運轉。當操作這種機械時，防止使機械運行的動力源失速是 有用的。例如，在機械的運行期間，多個動力推動裝置可能需要來自動力源的動力。時常， 各種動力需求可能出現衝突，因為動力源也許不能滿足全部動力需求。如果動力推動裝置 需要的動力超過可從動力源獲得的動力，則一部分或全部動力推動裝置可能不會收到足夠 的動力，並且/或者動力源可能無效或失速。動力源故障可能造成機械停機和降低效率。發動機制動可以導致這些機械的失速。例如，在冷態發動機運行期間，當潤滑油冷 而稠時，由於發動機一般需要富含燃料的混合物以在預熱時保持怠速轉速，所以發動機制 動往往會使發動機失速。另外，在慢速期間，尤其是在急剎車期間_其中發動機速度快速 下降，在800-1000rpm的常規發動機速度下關閉發動機制動不能給發動機足夠的時間來復 原，並可能造成發動機失速。一種方法是剛好在常規發動機速度之前使發動機制動無效。然 而，這種方法阻礙操作者執行慢速發動機制動，所述慢速發動機制動在機械例如砂石車進 入露天礦山的情況下也許必不可少。授予Nakazawa等的美國專利US 5146891 (簡稱，891專利)描述了一種防止發動 機失速的系統。』 891專利公開了一種用於控制具有自動變速器的車輛的內燃機的運行的系 統和方法。』 891專利在發動機減速期間並根據自動變速器的運行狀態改變預定的燃料供應 恢復發動機轉速或預定的燃料供應切斷髮動機轉速的至少其中之一。』 891專利檢測發動機 制動控制離合器的接合，並能延遲或加快燃料供應切斷和燃料恢復的定時，由此防止發動 機失速。儘管』 891專利的系統可以防止發動機失速，但它不補償冷態發動機運行方式或慢 速運行方式。例如，在冷態發動機運行期間和在發動機速度快速下降的情況下，發動機制動 往往會使發動機失速。因此，』891專利的系統可能不足以在所有發動機運行情況下都防止 發動機失速。所公開的動力源制動系統旨在克服上述問題中的一個或多個。

發明內容
一方面，本發明涉及一種具有動力源和與該動力源通信的控制器的機械。該控制 器配置成確定動力源的溫度，並將該動力源的溫度與預定的閾限溫度進行比較。該控制器 還配置成如果動力源的溫度低於預定的閾限溫度則使動力源制動無效(使之不能進行)。
另一方面，本發明涉及一種防止機械失速的方法。該方法包括確定機械的動力源 的溫度。將該動力源的溫度與預定的閾限溫度進行比較。如果動力源的溫度低於預定的閾 限，則使發動機制動無效。再一方面，本發明涉及一種具有動力源和與該動力源通信的控制器的機械。該控 制器配置成確定動力源速度和機械行駛速度，並將該動力源速度與預定的閾限動力源速度 進行比較。該控制器還配置成將機械行駛速度與預定的閾限機械行駛速度進行比較，並且 如果動力源速度和機械行駛速度低於各自預定的閾限動力源速度和預定的閾限機械行駛 速度，則使動力源制動無效。


圖1是示例性公開的機械的示意圖；圖2是圖1的示例性公開的機械的某些部件的示意圖；圖3是用於圖1的機械的示例性公開的動力源制動系統的示意圖；圖4是描繪操作圖3的動力源制動系統的示例性方法的流程圖；和圖5是描繪操作圖3的動力源制動系統的另外的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式圖1示出示例性的機械10。機械10可以是某種與工業有關的作業的移動式機械， 所述工業例如為採礦業、建築業、農業、運輸業或現有技術已知的任何其它工業。例如，機械 10可以是土方機械如越野貨車。機械10也可以具體為公路用貨車、客車或任何其它合適的 執行作業的機械。機械10可以包括動力源12、變矩器14和變速器16，該變速器操作性地 連接到牽引裝置18。如圖2所示，機械10可以包括一個或多個便於產生動力的系統。尤其是，機械10 可以包括熱管理系統20和潤滑系統30。可以通過熱管理系統20調節流體流，以便調節機 械10的溫度。動力源12可以配置成產生動力輸出，並可以包括內燃機。例如，動力源12可以包 括柴油發動機、汽油發動機、氣態燃料推動式發動機以及依靠燃料和電力的組合運行的混 合動力發動機系統，或本領域技術人員顯而易見的任何其它發動機。變矩器14可以具體為液力裝置，該液力裝置配置成將變速器16聯接到動力源12。 變矩器14使得動力源12可以獨立於變速器16旋轉。可以設想，變矩器14也可以具體為 非液力裝置，例如機械膜片式離合器。變速器16可以包括多個部件，這些部件相互作用以將動力從動力源12傳遞到牽 引裝置18。尤其是，變速器16可以是多速雙向機械變速器，該多速雙向機械變速器具有空 檔、多個前進檔、倒檔以及一個或多個離合器(未示出)。各離合器可被選擇性地致動，以便 接合可產生所需輸出傳動比的齒輪(未示出)的預定組合。可以設想，變速器16可以是自 動變速器，其中根據動力源速度、最大選定的傳動比和換擋圖譜進行換檔。變速器16的輸 出可以通過連接到驅動組件17上的軸15來連接並配置成旋轉地驅動牽引裝置18，由此推 進機械10。牽引裝置18可包括位於機械10兩側的車輪19 (僅一側示出)。或者，牽引裝置18可包括履帶、皮帶或其它從動牽引裝置。牽引裝置18可被變速器16通過驅動組件17驅 動，以便按照變速器16的輸出旋轉轉動。熱管理系統20可以包括便於冷卻動力源12的部件。具體地說，熱管理系統20可 以包括熱交換器24和泵22 (冷卻劑泵)。冷卻劑如水、乙二醇、水/乙二醇混合物、摻和的 空氣混合物或任何其它傳熱流體可以通過泵22加壓，並穿過通道26流到動力源12以便吸 收其中熱量。在排出動力源12之後，冷卻劑可以經由通道26轉到熱交換器24以便釋放所 吸收的熱量，然後經由通道26被抽回泵26。此處僅示出一個通道26，但對普通技術人員來 說，很顯然，可以使用一個以上的通道。泵22可以是被驅動以產生上述冷卻劑流的發動機。尤其是，泵22可包括設置在蝸 殼內的葉輪(未示出)，該蝸殼具有入口和出口。隨著冷卻劑進入蝸殼，葉輪的葉片可通過 動力源12的運行而旋轉以便推壓冷卻劑，由此給冷卻劑加壓。由動力源12賦予泵22的輸 入轉矩可與冷卻劑的壓力有關，而賦予泵22的速度可以與冷卻劑的流量有關。可以設想， 如果需要，泵22還可以具體為活塞式泵，並可具有可變的或恆定的排量。熱交換器24可以具體為動力源12的主散熱器(即，高溫散熱器)，並適合於在冷 卻劑通過動力源12之後耗散來自冷卻劑的熱量。作為動力源12的主散熱器，熱交換器24 可以是氣-液型交換器。也就是說，可是空氣流穿過熱交換器的通道流動，以將相鄰通道中 冷卻劑的熱量傳遞到空氣。這樣，穿過動力源12的冷卻劑可以冷卻到低於動力源12的預 定工作溫度。冷卻風扇(未示出)可以與熱交換器24相關聯以便產生冷卻空氣流。尤其是，風 扇可以包括輸入裝置(未示出)，例如安裝到動力源12上的皮帶驅動的帶輪、液力驅動的馬 達或電驅動的馬達，風扇葉片(未示出)固定地或可調地連接到該輸入裝置上。冷卻風扇 可以由動力源12提供動力，以使葉片吹出或抽吸空氣橫穿熱交換器24。可以設想，如果需 要，冷卻風扇可以另外吹出或抽吸空氣橫穿動力源12以用於其外部冷卻。應該注意，對本 領域技術人員來說，很顯然，任何熱管理裝置都可以使用。潤滑系統30可以包含泵32 (潤滑液泵)、壓力調節器34、貯油器或集油槽36以及 通道或加壓流體管線38。潤滑系統30可以經由通道38向動力源12提供加壓流體源，以 便潤滑往復和旋轉部件，防止由其運動而產生金屬與金屬的接觸。通道38可以連接潤滑系 統30的不同部件，並提供加壓流體以便潤滑不同部件，其中包括潤滑動力源制動裝置(未 示出)。潤滑系統30可以包括本領域眾所周知的其它部件，例如構造成除去潤滑液中的顆 粒的過濾器(未示出)。如圖3所示，一個或多個傳感器可以與動力源12相關聯。傳感器可以適合於提供 與動力源12的運行相關的指示。例如，動力源速度傳感器42可以檢測動力源速度，並產生 動力源速度信號。動力源速度傳感器42的形式例如可以是磁性傳感器(拾取器)，它適合 於產生與動力源12的旋轉速度相對應的信號。一個或多個傳感器也可以與機械10相關聯，以便檢測機械10的行駛速度。機械 行駛速度傳感器44可以是本領域技術人員顯而易見的任何速度傳感器，如磁性傳感器。此外，如圖2中所示，一個或多個傳感器也可與熱管理系統20和潤滑系統30相關 聯。例如，冷卻劑溫度傳感器46可適於檢測冷卻劑的溫度，油溫傳感器48可以適合於檢測 潤滑油的溫度。冷卻劑溫度傳感器46和油溫傳感器48可為本領域技術人員顯而易見的任
6何傳感器，如電阻測溫器、熱電偶或熱敏電阻器。潤滑系統30還可包括油粘度傳感器(未 示出)。控制器40可以包括例如電子控制模塊(ECM)或其它能根據所接收和/或儲存的 數據執行和/或輸出指令信號的處理器。控制器40可以包括計算機可讀式存儲器如只讀 存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)和/或閃速存儲器，一個或多個輔助存儲裝置如磁帶 驅動器和/或磁碟驅動器，一個或多個微處理器(CPU)和/或用於運行程序和處理數據的 任何其它部件。微處理器可以包括用於控制系統運行的市售或專門製造的微處理器的任何 合適的組合。這樣，控制器40可以包括在存儲器、輔助存儲裝置和/或微處理器內作為硬 件、軟體和/或固件儲存的指令和/或數據。替代性地或附加地，控制器40可以包括各種 不同的其它適當設置的硬體和/或軟體部件，和/或與這些部件相關聯。例如，如果需要， 控制器40可以包括電源電路、信號調節電路、螺線管驅動器電路、放大器電路、定時電路、 濾波電路、開關和/或其它類型的電路。控制器40可以在含有預定數據的計算機可讀介質中包括一個或多個數據存儲結 構，以便有助於機械10的運行與機械10的算法的連接。數據存儲結構可以包括例如陣列 矩陣、表、可變類別等。所述預定數據可以基於已知的機械控制系統性能技術規格，例如動 力源12、變速器16、牽引裝置18、熱管理系統20、潤滑系統30、動力源速度傳感器42、機械 行駛速度傳感器44、冷卻劑溫度傳感器46、油溫傳感器48和/或機械10的其它部件或系 統的技術規格。該預定數據可以從性能測試結果、工程知識和/或其它來源得到。例如，數 據存儲器可以包括發動機制動以其進行的合適的發動機速度。控制器40可以與機械10的不同部件通信。尤其是，控制器40可以通過通信線路 52與動力源速度傳感器42通信以接收動力源12的旋轉速度的指示，通過通信線路54與機 械行駛速度傳感器44通信以接收機械10的行駛速度的指示，及通過通信線路56與冷卻劑 溫度傳感器46通信以確定發動機的溫度。可以設想，控制器40可供選擇地可以通過通信 線路58與油溫傳感器48通信以確定發動機的溫度。動力源速度傳感器42可以具體為磁性傳感器，該磁性傳感器配置成檢測動力源 速度並產生與動力源12的旋轉速度相對應的信號。與動力源速度傳感器42類似，機械行 駛速度傳感器44也可以具體為磁性傳感器，但配置成檢測機械行駛速度並產生行駛速度 信號。機械行駛速度傳感器44可以設置在軸15上、驅動組件17的部件上或機械10的任 何其它合適部件上，並配置成產生與機械10的行駛速度相對應的信號。控制器40可以通過建立最大閾限動力源溫度來確定冷態方式動力源運行。例如， 控制器40可以將最大閾限動力源溫度設定到70°C。也就是說，當動力源的溫度低於70°C 時，該動力源用冷態方式運行。應該注意，控制器40可以將最大閾限溫度設定到本領域技 術人員顯而易見的任何溫度。控制器40可以通過從冷卻劑溫度傳感器46或油溫傳感器48 所傳送的信號來確定動力源12的溫度。可供選擇地，控制器40可以根據本領域技術人員 顯而易見的計算技術來計算或估計動力源的溫度。控制器40還可以通過建立機械10的最大閾限行駛速度和動力源12的最大閾限 速度來確定動力源慢速方式。例如，控制器40可以將最大閾限行駛速度設定為15英裡/小 時(mph)。也就是說，如果機械10在小於15mph的速度下行駛，則機械10以慢速運行。此 外，控制器40可以將最大閾限動力源速度設定到1400轉/分鐘(rpm)。換句話說，如果動力源以小於HOOrpm運行，則機械10以慢速方式運行。控制器40可以通過來自機械行駛 速度傳感器44的信號確定機械10的行駛速度，而動力源12的速度可以從通過動力源速度 傳感器42傳送到控制器的信號確定。可供選擇地，控制器40可以基於本領域技術人員顯 而易見的計算技術計算或估計動力源的速度和機械行駛速度。應該理解，控制器40可以將 最大閾限行駛速度和最大閾限動力源速度設定到本領域技術人員顯而易見的任何速度。圖4示出動力源制動系統的示例性運行，圖5示出動力源制動系統的另外的示例 性運行。圖4和5在下面詳細說明。工業適用性所公開的動力源制動系統可以適用於任何其中動力源的失速不被希望的機械。所 公開的動力源制動系統可以在冷態方式運行期間或機械以慢速方式運行期間防止動力源 失速。下面將說明示例性動力源制動系統的運行。參見圖4，控制器40可以通過讀取從冷卻劑溫度傳感器46或油溫傳感器48傳送 的信號來確定動力源12的當前溫度(步驟400)。控制器40可以將動力源12的溫度與預 定的閾限溫度進行比較(步驟410)。如果確定動力源12的當前溫度低於預定的閾限溫度 (步驟420)，則控制器40可使動力源12的制動無效(步驟430)。例如，控制器40可以將 預定的閾限溫度設定到70°C，並且如果動力源的溫度低於70°C (冷態方式運行)，則控制器 40可使動力源制動無效(步驟430)。參見圖5，控制器40可以通過讀取從動力源速度傳感器42傳送的信號來確定動力 源12的當前旋轉速度(步驟500)。控制器40還可以通過讀取由機械行駛速度傳感器44 傳送的信號來確定機械10的行駛速度(步驟510)。控制器40可以將動力源速度與預定的 閾限動力源速度進行比較(步驟520)，並可以將機械行駛速度與預定的閾限機械行駛速度 進行比較(步驟530)。如果確定動力源速度低於預定的閾限動力源速度(步驟540)和確 定機械行駛速度低於預定的閾限機械行駛速度(步驟550)，則控制器40可使動力源12的 制動無效(步驟560)。例如，控制器40可以將預定的閾限動力源速度設定到1400rpm，並將預定的機械 行駛速度設定到15mph。如果動力源12的速度低於1400rpm和機械10的行駛速度低於 15mph (慢速方式運行)，則控制器40可使動力源制動無效。當動力源低於某一溫度時，所公開的動力源制動系統使發動機制動無效，由此考 慮冷態發動機運行方式，且當潤滑油冷而稠時防止機械失速。此外，由於控制器40既考慮 動力源速度又考慮機械行駛速度，所以動力源制動系統能防止機械失速，同時運行操作者 實施慢速發動機制動，所述慢速發動機制動在機械如砂石車進入露天礦山時也許是必不可 少的。對本領域技術人員來說，很顯然，對本公開的動力源制動系統能進行各種不同的 修改和改變。考慮本文所公開的動力源制動系統的詳細說明和實際應用，動力源制動系統 的另一些實施例將對本領域技術人員顯而易見。本說明和實施例僅看成是示例性的，本發 明的實際範圍由權利要求及其等效方案限定。
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權利要求
一種機械，包括動力源；以及控制器，該控制器與該動力源通信，該控制器配置成確定動力源的溫度，並將該動力源的溫度與預定的閾限溫度進行比較，以及如果動力源的溫度低於預定的閾限溫度，則使動力源制動無效。
2.如權利要求1所述的機械，其特徵在於，還包括至少一個傳感器，該傳感器構造成檢 測表徵動力源的溫度的參數，並將該溫度傳送到控制器。
3.如權利要求2所述的機械，其特徵在於，表徵動力源的溫度的參數是油溫。
4.如權利要求2所述的機械，其特徵在於，表徵動力源的溫度的參數是冷卻劑溫度。
5.如權利要求1所述的機械，其特徵在於，控制器還配置成確定機械行駛速度。
6.如權利要求5所述的機械，其特徵在於，控制器配置成當機械行駛速度低於預定的 閾限時使動力源制動無效。
7.如權利要求5所述的機械，其特徵在於，還包括至少一個傳感器，該傳感器配置成檢 測表徵機械行駛速度的參數，並將機械行駛速度傳送到控制器。
8.如權利要求1所述的機械，其特徵在於，控制器還配置成確定動力源速度。
9.如權利要求8所述的機械，其特徵在於，控制器配置成當動力源速度低於預定的閾 限時使動力源制動無效。
10.如權利要求9所述的機械，其特徵在於，還包括至少一個傳感器，該傳感器配置成 檢測表徵動力源速度的參數，並將該動力源速度傳送到控制器。
11.一種防止機械失速的方法，包括 確定機械的動力源的溫度；將該溫度與預定的閾限溫度進行比較；和如果該溫度低於預定的閾限溫度則使發動機制動無效。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，預定的閾限溫度是70°C。
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，還包括確定機械的動力源速度，以及如果 該動力源速度低於預定的閾限動力源速度則使動力源制動無效。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，預定的閾限動力源速度是1400rpm。
15.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，還包括確定機械行駛速度，以及如果該機 械行駛速度低於預定的閾限機械行駛速度則使動力源制動無效。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，預定的閾限機械行駛速度是15mph。
17.一種機械，包括 動力源；和控制器，該控制器與該動力源通信，該控制器配置成確定動力源速度和機械行駛速度；將動力源速度與預定的閾限動力源速度進行比較；將機械行駛速度與預定的閾限機械行駛速度進行比較；以及如果動力源速度和機械行駛速度低於各自預定的閾限動力源速度和預定的閾限機械 行駛速度，則使動力源制動無效。
18.如權利要求17所述的機械，其特徵在於，還包括至少一個傳感器，該傳感器配置成檢測表徵動力源速度的參數，並將該動力源速度傳送到控制器。
19.如權利要求17所述的機械，其特徵在於，還包括至少一個傳感器，該傳感器配置成 檢測表徵機械行駛速度的參數，並將該機械行駛速度傳送到控制器。
20.如權利要求17所述的機械，其特徵在於，控制器還配置成確定動力源的溫度，並且 如果該溫度低於預定的閾限溫度則使動力源制動無效。
全文摘要
本發明公開了一種用以防止具有動力源的機械的發動機失速的系統。該動力源與控制器通信，該控制器配置成確定動力源的溫度，並將該動力源的溫度與預定的閾限溫度進行比較。該控制器配置成如果動力源的溫度低於閾限溫度則使動力源制動無效。該控制器還配置成確定動力源速度和機械的行駛速度，並且如果動力源速度和機械的行駛速度低於預定的閾限則使動力源制動無效。
文檔編號F02D41/02GK101965446SQ200980107084
公開日2011年2月2日 申請日期2009年3月2日 優先權日2008年2月29日
發明者B·K·加爾曼, C·J·施奧布, G·D·布拉施特, S·M·威立 申請人:卡特彼勒公司