专利名称：在动力输出操作期间控制发动机转速的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及动力输出装置，更具体地涉及在动力输出作业期间控制发动机转速的技术。
背景技术：
在重型、商用和工业用卡车和设备工业中，动力输出装置是众所周知的。动力输出(PTO)装置用来驱动各种辅助和附属设备和/或车辆和设备本身，这些设备可能连于这种车辆和设备。通常，当PTO被起动和接合时，与车辆相联接的发动机用来驱动车辆和/或辅助设备。
具体使用PTO装置的一个例子是与垃圾收集在一起使用。当PTO被接合时，车辆操作者所用PTO装置能压实置于其上的松散垃圾，该PTO装置利用发动机动力来操作一压实装置。使用PTO装置的另一具体实例是与混凝土输送车一起使用。当车辆运输混凝土到工地并在到达工地后进一步分发混凝土时PTO利用发动机动力来操作混合鼓。在两种情况下，被用来驱动PTO装置的发动机均可额外地或二者择一地用来驱动车辆本身。许多其它种类的车辆和设备也使用PTO装置，诸如自动倾斜式货车，农业拖拉机和建筑设备，还可列举一些。PTO装置可用来对商用和重型设备工业领域内的人们熟知的如泵、升降机、鼓风机和其它机械的这种作业提供动力。
通常，与PTO接合的及时，发动机转速调节PTO作业转速。作为这一系统的一个具体例子，可采用一对操作开关来控制PTO作业1)利用一个第一开关，通常为一“通/断”开关来使PTO能或不能操作；2)一个第二开关，通常为一“设定/恢复”开关能在“设定”位置上操作，将PTO转速到发动机第一转速，而在“恢复”位置上，将PTO转速设定到发动机第二转速。在涉及一运输车辆的PTO作业中，PTO作业一般限于检验发动机转速，诸如1000到1200转/分。这是由于许多PTO装置的运转速度限制的结果。在具有常速行驶控制系统的车辆中，用于PTO作业的“通/断”和“设定/恢复”开关是在已知的常速行驶控制系统中设置的相同开关。然而，可操作来驱动一个或多个PTO装置的许多发动机/车辆其中并不包含常速行驶控制系统，而在通常的情况下，“通/断”和“设定/恢复”开关可以是任何操作者控制开关。
当PTO作业包含一运输车辆时，可产生许多问题，包括在PTO接合的同时车速的控制。例如当操作者压下制动器或车辆离合器时PTO分离，这在该技术领域内是已知的。授与Ehrenhardt等人的美国专利No.5,611,751公开了一种PTO系统，其中在PTO保持接合的同时，可借助于制动器或离合器控制车速。
PTO系统的另一共同的特别是当加速踏板偏转时PTO分离。或者，当PTO接合时，发动机可不响应加速踏板的手工操作。这些特点中的每一个主要是用来保护PTO装置，使其在太高的转速下，即超过PTO装置的转速限制的情况下，不运转或不接合。不幸的是，在加速踏板控制发动机转速的有利情况下，这些特别也使PTO分离。增加发动机转速对PTO装置并不总是有害的，诸如仅短时间增加发动机转速，而PTO装置将在低于其设计极限下完成工作。
PTO装置操作者一般利用“通/断”开关通过手工分离PTO作业来绕过上述PTO控制机构，以加速发动机。然而，当再次需求为恢复该PTO设定转速时，便需求操作者重新接合PTO作业。这样，已知的PTO系统承受需求操作者继续手动操作PTO“通/断”开关来加速发动机的缺陷。这一动作可能会使操作者从车辆/发动机安全操作及可能需求操作者完成的其它工作上转移开注意力。
因此，需求的是一种PTO控制系统，它允许在PTO接合的同时通过加速踏板动作来方便地控制发动机转速，也就是说，需求一种PTO控制系统，它允许加速踏板取代PTO操作，从而提高发动机转速，当发动机转速下降时，还恢复预先设定的PTO转速。该系统应是可靠的，并且操作简便，应能方便地归并到一个现有的控制系统内。最后，该系统应允许车辆连同PTO作业一起安全操作。
发明概述本发明弥补了现有技术PTO装置的上述缺点。按照本发明的一个方面，提供一种控制内燃机动力输出作业的技术，该发动机具有一相联的加速踏板，该踏板根据其作动对发动机供给燃料。该技术包括以下步骤(a)确定动力输出操作状态及与其相应的发动机第一燃料供应需求；(b)确定加速踏板的位置后与其相应的发动机第二燃料供应需求；(c)选择发动机第一和第二燃料供应需求中的最大值；(d)按照发动机第一和第二燃料供应需求的最大值控制发动机燃料供应。
在一个替代形式中，该技术还包括将发动机第一和第二燃料供应需求的最大值与高速调速燃料供应需求比较，并选择其最小值。
按照本发明的另一方面，公开了一种用以控制由内燃机动力输出驱动的车辆的车速系统的装置。该装置包括一个产生一个与加速踏板偏转相应的加速踏板信号的加速踏板；一个与内燃机相联并根据燃料系统控制信号对发动机供应燃料的燃料系统；一个动力输出控制组件，包括一个具有至少一个第一开关位置的第一开关，该第一开关位置产生一个相应于在发动机第一转速的动力输出作业的动力输出信号；一个接收加速踏板信号和动力输出信号的控制计算机，该控制计算机比较加速踏板信号和动力输出信号，并对燃料系统提供一个相应于加速踏板信号和动力输出信号中的最大值和燃料控制信号。
在一个替代形式中，第一开关包括一个产生一第二动力输出信号的第二开关位置。该第二动力输出信号相应于在发动机第二转速的动力输出作业。
按照本发明的又一个方面，该动力输出控制组件包括一个第二开关。该第二开关包括一个允许动力输出作业的接通位置和一个不能动力输出作业的断开位置。第一开关最好是一“设定/恢复”开关，而第二开关最好是一个“通/断”开关。
本发明的另一个方面包含一个高速调速燃料供应需求。该控制计算机将相应于加速踏板的最大燃料供应需求的信号和相应于高速调速燃料供应需求的信号的动力输出信号加以比较。该控制计算机提供一个相应于其最小值的燃料系统控制信号。
本发明的一个目的是提供一种在发动机接合PTO作业期间允许经加速踏板加速与控制发动机的技术。
本发明的另一个目的是提供一种用以控制PTO作业的技术，该控制PTO作业能方便地被归并到现有控制系统中。
本发明还有一个目的是减少在接合PTO的同时操作车辆中所包含的工作时间和工作次数。
本发明的另一个目的是使在接合PTO作业时车辆的运转更安全。
根据下述优选实施例的说明，本发明的这些和其它的目的会变得更加明显。
图1是本发明的发动机/车辆PTO控制系统的一个优先实施例的方块图；图2是图示本发明的用以确定PTO状态和PTO设定速度的软件规则系统的一个优先实施例的流程图；图3是图示本发明的用以确定随PTO设定速度和加速踏板动作而变的发动机供油的软件规则系统的一个优先实施例的流程图。
优先实施例说明为加速对本发明原理的理解，现在参照附图中所示的实施例，并以特定的语言来说明实施例。然而应当理解，这些话并不想限制本发明的范围，在图示装置中的这些变换和进一步的修改，以及图示的本发明原理的其它应用对于熟悉本发明所涉及的该技术领域的人来说，如通常发生那样，是可预见的。
现在参照图1，其中图示了用以实现本发明原理的车辆/发动机控制系统10的一个优先实施例。控制系统10包括一个可用来控制发动机14的控制计算机12和一个按该技术中已知的方式与其连接的传动装置16。传动装置16连接于一推进器轴或尾轴18，后者用于按该技术内已知的方式驱动一车辆。-动力输出(以下称作PTO)驱动装置20按该技术内已知方式连接于传动装置16，并经推进器轴24连于一动力输出装置。要理解系统10可包括PTO驱动装置20和26中的一个或两者以及相关的PTO构件。可包括PTO装置22和/或28的PTO装置的例子包括一些泵、升降机、鼓风机等。
控制计算机12通常被称作发动机控制模件(ECM)，发动机控制单元(ECU)或其它，它最好是以微处理机为基础的，并包括一记忆单元32。如在该技术内周知的，按照通常储存在记忆单元32内的软件规则系统和控制数据可操作控制计算机12来控制和操纵许多发动机和车辆的运转。
在运转期间，许多发动机/车辆传感器、开关和其它车辆/发动机部件跟控制计算机12面接，而这些部件的一些例子，由于它们与本发明相关，被图示在图1之中。例如，控制装置10包括一个车速传感器(VSS)34，经信号通道35与控制计算机12的一输入端IN4电连接。可操作车速传感器34来传感车速，并在信号通道上产生一个相应的车速信号。在一个实施例中，车速传感器34是一种设置在邻近传动装置16的尾轴18周围的可变阻抗传感器，虽然传感器34可设置在任何适当的车辆部位，并可以是被操作来确定车速的产生一相应车速信号的任何已知的传感器或传感系统。
控制系统10还包括一个加速器踏板36，后者有一个与其相联的踏板位置传感器38，经信号通道40与控制计算机12的输入IN 1电连接。踏板位置传感器38根据加速踏板36的位置或偏转百分比产生一加速踏板位置信号，经输入IN 1控制计算机12。在一个实施例中，加速踏板位置传感器38是一个一头接适当电压(如5或12伏)而另一头接地的电位计。这种电位计的滑线电阻触头按该技术内已知的方式与加速踏板36机械连接，并与信号通道40电连接，因此，信号通道40上的电压与加速踏板36的位置或偏转百分比成正比。然而，熟悉该技术的人们会理解，可利用其它已知的加速踏板位置传感器产生该加速踏板位置信号，以控制计算机12。这些部分的例子包括压力传感器，电磁性或霍尔效应传感器等。
控制系统10还包括一对用以控制PTO工作的开关44。第一开关44，最好是一个“通/断”开关，经信号通路46连接于控制计算机12的输入端IN2，而第二开关48，最好是一个“设定”和“恢复/加速”开关，经信号通道50连接于控制计算机12的输入端IN 3。应理解，开关44和48可以是任何设置在控制板42或其它构件上的操作者控制开关，其中，这些开关如下文所述可以操作，虽然，在一个实施例中，控制面42最好包括一个按该技术中已知的方式可操作的常速行驶控制单元，以便对控制计算机12提供一些相应于所希望的道路车速的信号。常速行驶控制单元42包括一个按该技术中已知方式能/不能常速行驶控制作业的“通/断”开关46和一个控制常速行驶设定车速及公知的车速恢复与加速特性的“设定”、“恢复/加速”开关48。最好，当常速行驶控制“通/断”开关44被设定在断开位置上、且车速低于一预先规定的发动转速(如30英里/小时)时，便允许操作PTO，这样，该“设定”、“恢复/加速”开关可用来为PTO作业设定一所希望的发动机转速。在一个优先实施例中，作业开关48在该“设定”位置上将PTO作业中的发动机转速预设到发动机第一转速(例如1000转/分)，而在“恢复/加速”位置上，将发动机转速预设到发动机第二转速(如1200转/分)。然而，应当理解，该PTO设定点发动机转速通常通过一已知的服务/重检定设备的可被编程到任何所需转速，该设备经信号通道62连于控制计算机12的输入/输出口。上述举例的转速是仅作为例子提供的。在任何情况下，该“通/断”开关44最好是一个已知的单杆单掷开关，而“设定”、“恢复/加速”开关48最好是一种已知具有至少一“设定”位置和一“恢复/加速”位置的中心断路(Center off)开关。
发动机14最好是一内燃机，并包括一个与其相联的发动机转速传感器52，它经信号通道54电连接于控制计算机12的输入端IN5。该发动机转速传感器(ESS)52可被操作来传感发动机转速(一般以转/分表示)和/或发动机位置(一般以相对于上止点的角度表示)，并在信号通道54上产生一个相应的发动机转速信号。在一个实施例中，发动机转速传感器52是一种应答与发动机14同步旋转的齿轮或飞轮齿的行程，因而齿数的霍尔效应传感器，以便在信号通道54上产生发动机转速信号。然而，熟悉该技术的人们会理解，发动机转速传感器52或可是一种能操作来传感发动机转速和/或位置并对控制计算机12提供一相应发动机转速信号的可变阻抗或其它已知的传感器。
控制计算机12还包括一个电连接于燃料系统56的第一输出端OUT1，经信号通道58与发动机相联。燃料系统56可为任何已知的包括一个或多个燃料喷咀等的燃料系统，并应答一个或多个在信号通道58上由控制计算机12提供的燃料控制信号，对发动机14相应供应燃料。
控制计算机12通过由发动机转速传感器52，车速传感器34，常速行驶控制单元42，和/或加速踏板位置传感器38传输的运转信息确定一个或多个燃料控制信号。按照本发明的一个方面，该一个或多个燃料控制信号是随记忆装置32内的预编程序指令而变的，并按照相应于这样一组指令的加速踏板36位置来具体确定。在另一实施例中，按照另一些PTO操作输入和按该技术中已知的方式储存在记忆装置32内的相应指令确定一个或多个燃料控制信号。例如，若允许PTO操作，并经多功能开关48的“设定”位置连接，则相应于发动机第一希望转速的第一燃料指令被计算出来，而计算机12在信号通道58上提供一个相应的燃料控制信号。或者，若PTO操作经多功能开关48的“恢复”位置被连接，则相应于第二希望发动机转速的第二燃料指令被计算出来，而计算机12至信息通道58上提供一个相应的燃料控制信号。
传动装置16可以是一种手动传动装置，自动传动装置，或手动-自动传动装置，如在该技术中已知的。传动装置16可包括一传动控制单元(未示)，其许多电信号输入端经信号通道64的数码N与控制计算机12的输出口OUT2连接，其中，N可为任何整数。控制计算机12按该技术中已知方式经信号通道64控制传动装置16的传动比之间的自动换档。
现参照图2，该示了总的以100标注的用以按本发明的一个方面确定PTO工作状态和燃料供应需求的规则系统。规则系统100可由与其相连的控制计算机12或辅助计算机执行。规则系统100以步长102开始，在步长104，控制计算机检测“通/断”开关44，在一个实施例中，它是一种常速行驶控制“通/断”开关。然而，熟悉该技术的人们将领悟到其它适当的开关可用作开关44和48，而不损害本发明的构思。总之，若常速行驶控制开关处在“通”状态，则规则系统继续执行到步长108，在那里，控制计算机12将-PTO状态标识位设至“断”。规则系统自步长108继续执行到步长118。另一方面，若控制计算机12在步长104确定常速行驶“通/断”开关处在“断”位置，则规则系统继续执行到步长106，在那里，控制计算机12将PTO状态标识位设到“通”。规则系统自步长106继续执行到步长110。
在步长110，控制计算机监测“设定/恢复”开关48，最好，监测一常速行驶控制“设定/恢复”开关，若开关48的“恢复”特性已起作用，则规则系统的执行分岔到步长114。在步长114，计算机12将所需求的PTO发动机转速变量设到发动机第一转速X(如1000转/分)，而规则系统自那里继续执行到步长116。另一方面，若计算机12在步长110确定开关48的“设定”特性已起作用，则规则系统的执行分岔到步长112，在那里计算机12将所需求的PTO发动机转速变量设到发动机第二转速Y，该发动机第二转速Y最好高于发动机转速X(如1200转/分)。此后，规则系统继续执行到步长116。
在步长116，控制计算机12至少部分根据所需求的PTO发动机转速变量值计算所需求的PTO燃料(DPF)值。此后，在步长118，控制计算机12提供PTO状态信息和DPF信息给一个诸如图3中所示的燃料供给规则系统。自步长118，规则系统继续到步长120，在那里，规则系统100返回到其引入程序。或者步长118可循环返回到步长104，以重新执行规则系统100。
现在，参照图3，其中表示一个用以确定发动机燃料供给的软件规则系统200的本发明的优先实施例，发动机燃料供给随PTO设定转速和加速踏板动作而变。规则系统200自步长202开始，在步长204，控制计算机12校验PTO状态标识位，以确定PTO操作状态。若PTO处在“断”，则规则系统继续执行到步长214，在那里，规则系统200返回到其引入程序。在步长204，若控制计算机12根据PTO状态标识位确定PTO处于“通”，则规则系统继续执行到步长206，在那里，控制计算机12可操作来监测加速踏板36的动作，并至少部分根据加速踏板位置或偏转百分比来计算所需求的节流燃料值(DRF)。最好，控制计算机12按该技术中已知的方式通过接收一个指示加速踏板36的位置或偏转百分比的加速器踏板信号并与其它发动机运转参数一起处理该信号来完成步长206，以确定DTF值。规则系统自步长206继续执行到步长208。
在步长208，控制计算机12可操作来计算第一燃料供应值F1，作为所需求的PTO燃料供应值DPF和所需求的节流燃料值DTF的最大值。按此方式，便会产生较高的发动机转速值，而PTO作业能相应地由加速踏板36充分地偏转来取代。规则系统200自步长200继续执行到步长210，在那里，控制计算机12最好能继续操作来计算第二燃料供应值F2，作为第一燃料供应值F1和所谓的高速调速燃料供应(HSGF)变量预定值的最小值，该变量相当于一最大允许发动机转速。熟悉该技术的人们会识辨步长210作为一种安全预防措施可任选地包括在内，以将最高发动机转速限制在高侧调速值。在PTO控制期间，HSGF值将不会限制发动机转速，因为所需求的发动机转速值X和Y(规则系统100的步长114和112)两者通常会按程序工作到远小于最大发动机调速转速的发动机转速。说得更切确些，在加速踏板取代PTO作业期间，HSGF值会变得重要，其中司机对踏板36用手动控制。为了防止发动机及其部件可能损坏，在加速踏板取代期间，HSGF值有效地建立一个发动机最高转速，其中，HSGF可通过服务/重检设备的被编成程序。
规则系统自步长212继续执行到步长214，在那里，控制计算机12可操作来处理燃料供应值F2，并在输出端OUT1提供一个与此相应的燃料供应信号。燃料系统56又响应该燃料供应信号，按该技术中已知的方式为发动机14提供所需求的燃料供应。规则系统自步长212继续执行到步长214，在那里，规则系统200返回其引入程序。或者，步长212可循环返回到步长204，以重复执行规则系统200。
虽然在上述附图和说明书中已详细图示和说明了本发明，然而要把这些图示和说明看作是说明性的，而非限制性的，应理解仅图示和说明了该优先实施例，并希望保护所有处在本发明精神范围内的变更和修正。
权利要求
1.一种用以控制内燃机动力输出操作的方法，该发动机响应加速踏板位置，向发动机供应燃料，包括以下步骤(a)确定动力输出操作状态和与此相应的发动机燃料供给第一需求；(b)确定加速踏板位置和与此相应的发动机燃料供给第二需求；(c)选定发动机燃料供给第一和第二需求的最大值；(d)按照发动机燃料供给第一和第二需求的最大值，控制发动机燃料供给。
2.按权利需求1所述的方法，其特征在于步骤(c)额外包括将发动机燃料供给第一与第二需求的所述最大值和高速调速燃料供给需求进行比较，并选定其最小值。
3.一种用以控制内燃机转速的装置，该内燃机驱动一动力输出装置，该装置包括产生相应于加速踏板偏转的加速踏板信号的一个加速踏板；与一内燃机连接并响应燃料控制信号对内燃机供给燃料的一个燃料系统；包括一第一开关的一动力输出控制组件，该第一开关具有至少一个第一开关位置，在该位置上，产生与在发动机第一转速下动力输出操作相应的一个动力输出信号；一个接收所述加速踏板信号和动力输出信号的控制计算机，所述计算机比较所述加速踏板信号和动力输出信号，并对所述燃料系统提供一个相应于所述加速踏板信号和动力输出信号中的最大值的燃料控制信号。
4.按权利需求3所述的装置，其特征在于所述第一开关包括一第二开关位置，在该位置上产生一个第二动力输出信号，所述第二动力输出信号相应于在发动机第二转动下的动力输出操作。
5.按权利需求4所述的装置，其特征在于所述动力输出控制装置包括一第二开关，所述第二开关包括一个能使动力输出操作的第一位置和一个不能使动力输出操作的第二位置。
6.按权利需求3所述的装置，其特征在于所述控制计算机包括一个高速调速燃料供给需求量，所述控制计算机比较所述加速踏板信号和动力输出信号中的最大燃料供给需求量和相应于所述高度调速燃料供给需求量量的信号，并提供一个相应于其最小值的燃料控制信号。
7.按权利需求3所述的装置，其特征在于还包括一个与所述内燃机偶合的动力输出(PTO)驱动装置，所述内燃机驱动所述PTO驱动装置。
8.按权利需求7所述的装置，其特征在于还包括一个与所述PTO驱动装置偶合并受其驱动的PTO装置。
9.按权利需求3所述的装置，其特征在于还包括一个与所述内燃机偶合的传动装置；一个与所述传动装置偶合的动力输出(PTO)驱动装置，所述传动装置驱动所述PTO驱动装置。
10.按权利需求9所述的装置，其特征在于还包括一个与所述PTO驱动装置偶合并受其驱动的PTO装置。
11.按权利需求3所述的装置，其特征在于所述第一开关包括常速行驶控制单元的一部分。
12.按权利需求11所述的装置，其特征在于所述第一开关是一种“设定/恢复”开关。
13.按权利需求5所述的装置，其特征在于所述第一开关和第二开关包括常速行驶控制单元的一部分。
全文摘要
一种在动力输出(PTO)作业期间控制发动机转速的方法与装置。公开了一种能使加速踏板取代PTO作业的技术,其中,当加速踏板引起的发动机转速值下降到一预定的PTO发动机转速时,恢复PTO操作。同样,在PTO取代作业期间,采用一高速调速器,以限制基于加速踏板的发动机转速,从而限制发动机最大转速。按照本发明,车辆操作者于是在不分离PTO操作的情况下能通过作动加速踏板来将发动机加速到超过预设的PTO发动机转速的发动机转速。
文档编号B60K25/00GK1263503SQ99800592
公开日2000年8月16日 申请日期1999年2月26日 优先权日1998年3月2日
发明者C·E·戈德 申请人:卡明斯发动机公司