Моторное транспортное средство
Изобретение относится к моторному транспортному средству с двумя приводами, кинематически подсоединяемыми к одной трансмиссии. Приводам транспортного средства приданы средства, допускающие одинаковый или различный отбор мощности от приводов. Отбор мощности от двух приводов (17, 18) взаимно скоординирован таким образом, что два привода (17, 18) эксплуатируются в области низкого расхода топлива. Один привод (17, 18) эксплуатируется в области полной нагрузки, а другой привод (17, 18) эксплуатируется в области частичной нагрузки. Рабочие режимы обоих приводов (17, 18) находятся на одной характеристической кривой расхода топлива. Достигается возможность эксплуатации приводов в оптимальных рабочих режимах, что позволяет уменьшить расход топлива. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к моторному транспортному средству, по меньшей мере, с двумя приводами, кинематически подсоединяемыми к одной трансмиссии, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Из патентного документа ФРГ №1780052 уже известно использование моторного транспортного средства с двумя приводами для сельскохозяйственных целей, причем каждый из двух приводов расположен таким образом, что при установке на транспортном средстве орудий и агрегатов достигается по возможности максимальная производительность на единицу площади. В целях выравнивания мощности между двумя приводами предусмотрено, что оба привода по выбору могут быть кинематически соединены друг с другом, а мощность обоих приводов при определенных условиях эксплуатации может использоваться совместно или раздельно. В том случае, когда оба привода подсоединены к одной и той же трансмиссии, один из приводов всегда функционирует в качестве резерва мощности и подключается, когда имеющаяся в распоряжении мощность одного привода ниже потребности трансмиссии в мощности. Однако, с другой стороны, система может быть выполнена таким образом, что каждый из приводов предназначен для отдельной трансмиссии. Так, например, привод ходового механизма моторного транспортного средства может обеспечиваться энергией отдельно от привода рабочих органов. Преимущество этого решения состоит прежде всего в том, что колебания числа оборотов в одной системе не оказывают непосредственного воздействия на другую систему.
Недостаток систем такой структуры заключается в том, что приводы всегда эксплуатируются в рабочем режиме, который обеспечивает подачу необходимой энергии соответствующим трансмиссиям, независимо от того, работает ли данный привод в более или менее благоприятном или неблагоприятном режиме.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в устранении недостатков известных решений уровня техники и, в особенности, в создании устройства, которое обеспечивает возможность эксплуатации приводов, встроенных в одну трансмиссию, по существу в оптимальных рабочих режимах.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет признаков, изложенных в пункте 1 формулы изобретения. Предложено моторное транспортное средство, по меньшей мере, с двумя приводами, кинематически подсоединяемыми к одной трансмиссии, причем приводам приданы средства, допускающие одинаковый или различный отбор мощности от приводов. Согласно изобретению отбор мощности, по меньшей мере, от двух приводов взаимно скоординирован таким образом, что, по меньшей мере, два привода эксплуатируются в области низкого расхода топлива.
За счет того, что отбор мощности, по меньшей мере, от двух приводов взаимно скоординирован таким образом, что, по меньшей мере, два привода эксплуатируются в области низкого расхода топлива, обеспечивается эксплуатация приводов, встроенных в одну трансмиссию, по существу в оптимальных рабочих режимах.
В предпочтительном примере осуществления изобретения сумма двух долевых мощностей, поставляемых приводами, соответствует суммарной потребности в мощности, при этом приводы для подачи долевых мощностей эксплуатируются в областях частичной нагрузки по существу равного удельного расхода топлива. Особенное преимущество такого выполнения заключается в том, что в ходе процесса оптимизации должна учитываться только одна характеристическая кривая расхода топлива, так что требуемая оптимизация, которая, как правило, зависит от имеющихся вычислительных мощностей, может выполняться по существу в режиме реального времени.
В особенности экономичная в отношении расхода топлива совместная работа приводов достигается в предпочтительном примере выполнения, в котором, по меньшей мере, один привод эксплуатируется в области полной нагрузки, а, по меньшей мере, один дополнительный привод эксплуатируется в области частичной нагрузки, при этом рабочие режимы обоих приводов находятся на одной характеристической кривой расхода топлива.
В предпочтительном примере выполнения оптимизация рабочих режимов приводов производится по существу в режиме реального времени за счет того, что средства для эксплуатации приводов в областях частичной и/или полной нагрузки выполнены в виде устройства управления и обработки данных, которое воздействует на устройство управления двигателем каждого привода и способно их изменять.
В простом и экономичном примере выполнения управление приводами обеспечивает возможность эксплуатации приводов в областях частичной и/или полной нагрузки с одинаковым числом оборотов. Особое преимущество решения состоит в том, что не требуется никакой передаточной ступени для синхронизации различных чисел оборотов двигателей.
В дальнейшем предпочтительном примере выполнения удельный расход топлива приводов определен характеристическими кривыми расхода топлива и эти характеристические кривые расхода топлива заложены в устройстве управления и обработки данных с возможностью вызова и редактирования. Преимущество решения заключается, прежде всего, в возможности быстрого доступа к самым различным характеристическим кривым расхода топлива и за счет этого чрезвычайно высокой гибкости оптимизации по расходу топлива.
В дальнейшем предпочтительном примере выполнения в устройстве управления и обработки данных заложены поля характеристических кривых с возможностью их вызова и редактирования, причем эти поля характеристических кривых содержат, по меньшей мере, характеристические кривые двигателей приводов и относящиеся к ним характеристические кривые расхода топлива. За счет этого для любой потребности в мощности могут быть определены оптимизированные рабочие режимы приводов.
В предпочтительном примере выполнения, по меньшей мере, два привода имеют подобную конструкцию и эксплуатируются на одинаковых характеристических кривых расхода топлива по существу с одинаковыми числами оборотов, при этом, по меньшей мере, один привод работает в области полной нагрузки. За счет этого обеспечивается возможность оптимизации расхода топлива приводов при минимальном количестве закладываемых характеристических кривых и без необходимости дополнительной синхронизирующей передаточной ступени.
В дальнейшем предпочтительном примере выполнения, по меньшей мере, два привода имеют различную структуру и эксплуатируются на различных характеристических кривых расхода топлива по существу с одинаковым числом оборотов, при этом, по меньшей мере, один привод работает в области полной нагрузки. Особое преимущество решения заключается в том, что приводы с различным числом цилиндров также могут встраиваться в одну и ту же приводную систему, и в этом случае возможна оптимизация рабочих режимов в аспекте низкого расхода топлива приводов без участия передаточных ступеней.
В предпочтительном примере выполнения приводы моторного транспортного средства могут эксплуатироваться в областях частичной нагрузки с различным числом оборотов, при этом, по меньшей мере, один привод оснащен передаточной ступенью для выравнивания числа оборотов. Это обеспечивает еще большую гибкость оптимизации расхода топлива при эксплуатации приводов, поскольку в данном случае отпадает условие одинакового числа оборотов двигателей, и оптимизация получает еще одну степень свободы.
В предпочтительном примере выполнения, по меньшей мере, для одной трансмиссии предназначено множество приводов, для которых в соответствии с изобретением определяется оптимизированный рабочий режим.
Дальнейшие предпочтительные примеры являются предметом защиты в зависимых пунктах.
Краткий перечень чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения. На чертежах:
фиг.1 изображает моторное транспортное средство на виде сбоку;
фиг.2 схематично изображает систему управления двигателями;
фиг.3 подробно изображает поля характеристических кривых двигателей.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показано сельскохозяйственное моторное транспортное средство 2 в виде самоходного полевого измельчителя 1 на виде сбоку в разрезе. Спереди по направлению FR движения полевой измельчитель 1 оснащен навесным аппаратом 3, который при работе машины подбирает убираемую массу 4, при соответствующем выполнении измельчает ее и подает к приемным каткам 5 предварительного прессования. Приемные катки 5 предварительного прессования направляют убранную массу 4 на расположенный сзади вращающийся измельчительный барабан 6, ножи 7 которого измельчают ее, взаимодействуя с ударной плитой 8. Далее измельченная убранная масса 4 передается на устройство 9 дополнительного измельчения и от него поступает через транспортирующий трубопровод 10 к метателю 11. Метатель 11 ускоряет измельченную убранную массу 4 и транспортирует ее через регулируемую по горизонтали и вертикали выгрузную трубу 12, на конце которой имеется разгрузочный дефлектор 13 для регулирования дальности выброса потока убранной массы 4 в транспортное устройство.
В представленном примере выполнения измельчительный барабан 6 и метатель 11 кинематически соединены посредством общего приводного ремня 14 и соответствующих ременных шкивов 15, 16 с двумя приводами 17, 18, выполненными в виде двух дизельных двигателей различного класса мощности. Для приводов 17, 18 предусмотрены муфты 19, 20 включения, которые сами по себе известны и предназначены для кинематического подсоединения и отсоединения двигателей и трансмиссии. В показанном примере выполнения муфтьи 19, 20 включения встроены непосредственно в ременные шкивы 21, 22, относящиеся к этим приводам 17, 18. Для передачи приводной энергии по существу без проскальзывания приводной ремень 14 постоянно натягивается одним или несколькими натяжными устройствами 23 с натяжными роликами 24. Кроме того, известным и подробно не описываемым образом от приводов 17, 18 обеспечивается также привод навесного аппарата 3, приемных катков 5 предварительного прессования перед измельчительным барабаном 6 и устройства 9 дополнительного измельчения.
В рамках изобретения предусмотрено, что приводы 17, 18 могут быть расположены на моторных транспортных средствах 2 любого исполнения, таких как грузовые автомобили, строительные машины, транспортные средства для передвижения по воде, и предназначены для обеспечения энергией их трансмиссий.
Со ссылкой на фиг.2 изобретение будет описано на примере приводов 17, 18 без привязки к конкретному типу моторного транспортного средства 2. В представленном примере выполнения приводы 17, 18 кинематически связаны друг с другом посредством первой трансмиссии 25. Кроме того, привод 17 снабжает энергией, по меньшей мере, одного потребителя 27 через посредство другой трансмиссии 26. В то же время, дополнительный привод 18 встроен в отдельную трансмиссию 28, которая предназначена например, для привода ходового механизма 29 моторного транспортного средства 2. Согласно изобретению устройства 30 управления приводами 17, 18, выполненными в виде двигателей внутреннего сгорания типа дизельных двигателей, связаны с устройством 31 управления и обработки данных, которое может воздействовать на устройства 30 управления посредством соответствующих входных сигналов X.
В соответствии с изобретением в устройстве 31 управления и обработки данных заложены известные сами по себе характеристические кривые 32 двигателей. Эти характеристические кривые указывают для определенного числа оборотов n двигателя привода 17, 18 максимальную доступную мощность Р или максимальный доступный крутящий момент М. Одновременно поле 33 характеристических кривых содержит также так называемые характеристические кривые 34 расхода топлива, причем каждая характеристическая кривая 34 расхода топлива указывает, с возможностью редактирования и повторного вызова, для примерно постоянного расхода топлива доступную мощность Р или доступный крутящий момент М, а также относящееся к ним число оборотов n двигателя. Для того, чтобы заложенные в устройстве 31 управления и обработки данных поля 33 характеристических кривых могли быть гибко адаптированы для различных приводов 17, 18, они заложены в устройстве 31 управления и обработки данных с возможностью редактирования и повторного вызова.
Для потребителей 27, 29 или для приводных валов 35 приводов 17, 18 предназначены сами по себе известные датчики 36 крутящего момента. За счет этого на устройство 31 управления и обработки данных могут передаваться сигналы Y крутящего момента, по которым устройство 31 определяет суммарную потребность PG в мощности, необходимую для обеспечения энергией всех трансмиссий 25, 26, 28, подсоединенных к приводам 17, 18. Как это будет подробно описано далее, затем эта суммарная потребность PG в мощности с привлечением заложенных в устройстве 31 управления и обработки данных полей 33 характеристических кривых распределяется между отдельными приводами 17, 18 таким образом, что каждый привод может работать в области низкого расхода топлива. После обработки в устройстве 31 управления и обработки данных на шаге 37 программы, с учетом взаимосвязей, заложенных в поле 33 характеристических кривых, определяются оптимизированные величины мощности Р17, Р18, которые должны быть поставлены соответствующими приводами 17, 18. На следующем шаге 38 обработки эти оптимизированные данные мощности Р17, Р18 кодируются в упомянутые сигналы Х и передаются на устройства 30 управления двигателями приводов 17, 18. Устройства 30 управления двигателями выполнены с возможностью регулировать подачу топлива и воздуха к приводам. В случае выполнения приводов в виде двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием устройства 30 могут регулировать также момент зажигания с учетом заданного крутящего момента М или заданной мощности Р двигателя.
После того, как различные датчики 36 крутящего момента выработали сигналы Y крутящего момента на различных трансмиссиях, приводимых от приводов 17, 18, и передали эти сигналы на устройство 31 управления и обработки данных, оно определяет суммарную потребность PG в мощности транспортного средства. Поскольку физическая величина мощности пропорциональна физической величине крутящего момента, вместо суммарной потребности в мощности может определяться потребность в суммарном крутящем моменте, который должен поставляться приводами 17, 18. Исходя из установленной суммарной потребности в мощности или потребного суммарного крутящего момента, на первом, уже упомянутом шаге 37 с учетом поля 33 характеристических кривых, заложенного в устройстве 31 управления и обработки данных, определяются долевые мощности Р17, Р18, которые должны поставляться приводами 17, 18.
Определение этих долевых мощностей Р17, Р18 схематично представлено на фиг.3. Левая схема представляет определение долевых мощностей Р17, Р18 для случая, когда, по меньшей мере, два привода 17, 18 образованы идентично или по существу идентично сконструированными двигателями, такими как рядные шестицилиндровые дизельные двигатели. В представленном примере выполнения исходным условием является, например, суммарная потребность в мощности PG=500 кВт. Поскольку приводы 17, 18, как правило, встроены в общую систему привода без дорогостоящих бесступенчатых передаточных механизмов, необходимым условием является одинаковое число оборотов двигателей. Согласно левой схеме на фиг.3 при решении задачи известными средствами уровня техники суммарная потребность в мощности величиной 500 кВт была бы разделена поровну между двумя приводами 17, 18, так что каждый привод 17, 18 поставлял бы мощность величиной 250 кВт при числе оборотов n2 двигателя. При этом рабочая точка режима приводов 17, 18 находится на характеристической кривой 34d расхода топлива. Следует отметить, что характеристические кривые 34 расхода топлива показывают его увеличение с возрастанием индекса кривой от а до d, то есть самый низкий расход топлива соответствует работе приводов в соответствии с внутренней характеристической кривой 34 расхода топлива.
В соответствии с изобретением устройство 31 управления и обработки данных оптимизирует рабочие режимы приводов 17, 18 с учетом заложенных в нем полей 33 характеристических кривых и в аспекте низкого расхода топлива. За счет этого разделение суммарной потребности в мощности PG=500 кВт производится таким образом, что один привод 17 поставляет мощность Р17=200 кВт, а дополнительный привод 18 поставляет мощность Р18=300 кВт, причем дополнительный привод 18 поставляет свою мощность Р18 в области полной нагрузки. При этом оба привода 17, 18 эксплуатируются с числом n1 оборотов в рабочем режиме, который находится на характеристической кривой 34с. В обоих описанных случаях приводы 17, 18 поставляют суммарную мощность 500 кВт, однако при решении по изобретению приводы эксплуатируются со значительно более низким числом n1 оборотов, а рабочие точки режимов приводов 17, 18 находятся на характеристической кривой 34с более низкого расхода топлива по сравнению с решением, при котором суммарная потребность в мощности делится поровну между отдельными приводами 17, 18.
В соответствии с изобретением аналогичный технический эффект может достигаться в приводной системе с выполненными различно приводами 17, 18. Таким примером может служить выполнение одного привода 17 в виде шестицилиндрового двигателя, а дополнительного привода 18 в виде восьмицилиндрового двигателя. В этом случае для первого привода 17 подходит левое поле 33 характеристических кривых, а для дополнительного привода 18 - правое поле 39 характеристических кривых. Поскольку, как правило, с увеличением числа цилиндров пропорционально возрастает рабочий объем, то и расход топлива также возрастает с увеличением числа цилиндров. Вследствие этого, по меньшей мере, характеристические кривые 40а-40е расхода топлива для привода 18 с большим числом цилиндров сдвигаются в сторону более низких чисел n оборотов, в то время как сама характеристическая кривая 41 двигателя может быть по существу одинакова с характеристической кривой 32 двигателя привода 17. В качестве примера на фиг.3 исходным условием вновь является суммарная потребность в мощности PG=500 кВт. Аналогичным образом, с учетом критерия оптимизации «низкий расход топлива», это условие ведет к распределению долевых мощностей между приводами 17, 18 в размерах Р17=200 кВт и Р18=300 кВт при равных числах n1 оборотов. Однако теперь привод 18, поскольку он имеет большее число цилиндров, эксплуатируется в рабочем режиме, который находится на характеристической кривой 40d, но также в области полной нагрузки, при этом возрастающие индексы представляют увеличение расхода топлива. Несмотря на это, по результатам сравнения видно, что и в этом случае распределение суммарной потребности в мощности, равной 500 кВт, поровну между приводами 17, 18 привело бы к более высоким величинам расхода топлива, так как в этом случае приводы 17, 18 работали бы в рабочих режимах, находящихся на характеристических кривых 34d и 40е расхода топлива с увеличением его в соответствии с более высоким индексом кривой. Еще более высокая гибкость оптимизации расхода топлива при работе нескольких кинематически связанных друг с другом приводов 17, 18 в области частичной или полной нагрузки достигается в том случае, когда, по меньшей мере, один привод 18 (фиг.2) снабжен передаточной ступенью 42, которая позволяет синхронизировать число оборотов этого привода 18 с числом оборотов первого привода 17. В рамках изобретения возможен также вариант осуществления, при котором передаточная ступень 42 выполнена в виде известного суммирующего передаточного механизма. Этот механизм при различных числах оборотов приводов 17, 18 синхронизирует поставляемые долевые мощности и передает их через различные трансмиссии 26, 28 самым различным потребителям 27, 29.
В рамках изобретения предусмотрено также, что для моторного транспортного средства может быть предназначено множество приводов 17, 18, кинематически соединенных между собой в соответствии с изобретением.
1. Моторное транспортное средство, по меньшей мере, с двумя приводами, кинематически подсоединяемыми к одной трансмиссии, причем приводам приданы средства, допускающие одинаковый или различный отбор мощности от приводов, и отбор мощности, по меньшей мере, от двух приводов (17, 18) взаимно скоординирован таким образом, что, по меньшей мере, два привода (17, 18) эксплуатируются в области низкого расхода топлива, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один привод (17, 18) эксплуатируется в области полной нагрузки, а, по меньшей мере, один другой привод (17, 18) эксплуатируется в области частичной нагрузки, при этом рабочие режимы обоих приводов (17, 18) находятся на одной характеристической кривой расхода топлива.
2. Моторное транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что приводы (17, 18) эксплуатируются в областях частичной и/или полной нагрузки с одинаковым числом (n1) оборотов.
3. Моторное транспортное средство по п.2, отличающееся тем, что удельный расход топлива приводов (17, 18) определен характеристическими кривыми расхода топлива, и эти характеристические кривые расхода топлива заложены в устройстве (31) управления и обработки данных с возможностью их вызова и редактирования.
4. Моторное транспортное средство по п.3, отличающееся тем, что в устройстве (31) управления и обработки данных заложены поля характеристических кривых с возможностью их вызова и редактирования, причем эти поля характеристических кривых содержат, по меньшей мере, характеристические кривые двигателей приводов (17, 18) и относящиеся к ним характеристические кривые расхода топлива.
5. Моторное транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два привода имеют подобную конструкцию и эксплуатируются на одинаковых характеристических кривых расхода топлива, по существу, с одинаковыми числами (n1) оборотов.
6. Моторное транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два привода имеют различную конструкцию и эксплуатируются на различных характеристических кривых расхода топлива, по существу, с одинаковым числом (n1) оборотов.
7. Моторное транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что приводы (17, 18) эксплуатируются в областях частичной нагрузки с различным числом (n1) оборотов, при этом, по меньшей мере, один привод (17, 18) оснащен передаточной ступенью (42) для выравнивания числа оборотов.
8. Моторное транспортное средство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что, по меньшей мере, для одной трансмиссии (25, 26, 28) предназначено множество приводов.
