專利名稱:內(nèi)燃機(jī)調(diào)速器的制作方法
本發(fā)明涉及到一些內(nèi)燃機(jī)的調(diào)速器，特別涉及到一種具有燃料噴射泵的發(fā)動機(jī)，諸如柴油發(fā)動機(jī)，的調(diào)速器。
該柴油發(fā)動機(jī)有一調(diào)速器，用來調(diào)節(jié)供給該柴油發(fā)動機(jī)的噴入燃料的數(shù)量，並從而去控制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速。
調(diào)速器按照機(jī)理來劃分可以有各種不同的型式，如機(jī)械式，電子式等等，但是它們的功能是相同的。那就是，對調(diào)速器要求的轉(zhuǎn)速與柴油發(fā)動機(jī)真實(shí)的轉(zhuǎn)速相互比較，產(chǎn)生出一個(gè)不同于要求轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速偏差，此偏差經(jīng)過諸如比例，積分，微分的控制計(jì)算，確定出為了使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速趕上要求轉(zhuǎn)速所必需的燃料噴入量，而用一表征此已確定燃料噴入量的信號去調(diào)整燃料調(diào)節(jié)柱塞或燃料噴射泵的齒條。
在該柴油發(fā)動機(jī)中，與每一汽缸噴入燃料時(shí)燃料泵齒條位置相對應(yīng)數(shù)量的燃料，被噴入相應(yīng)的汽缸並爆發(fā)，以產(chǎn)生一個(gè)輸出轉(zhuǎn)矩。那就是說，甚至在燃料泵的齒條是由調(diào)速器來操縱的情況下，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際上還只是受每一汽缸噴入燃料時(shí)燃料泵齒條位置的控制。在每一汽缸噴入燃料以外的時(shí)間，燃料泵齒條位置的變動，對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制是無用的。
並且，在柴油發(fā)動機(jī)中，因?yàn)檩敵鲛D(zhuǎn)矩是由間歇地噴入燃料的爆發(fā)而產(chǎn)生的，它就會按照爆發(fā)的次數(shù)而脈動。那就是說，當(dāng)Z個(gè)汽缸的柴油發(fā)動機(jī)以N(轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn)時(shí)，對于二沖程的發(fā)動機(jī)來說，輸出轉(zhuǎn)矩脈動的周期為60/N·Z(秒)，而對于四沖程發(fā)動機(jī)來說，周期為120/N·Z(秒)。結(jié)果，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速以同樣的周期脈動。
柴油機(jī)的調(diào)速器並不打算去控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速周期性的波動，而這種波動是由柴油發(fā)動機(jī)本身產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動而引起的。還有，不論調(diào)速器如何調(diào)節(jié)噴入的燃料數(shù)量，也不能防止柴油發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)脈動。
此外，即使調(diào)速器能對由于輸出轉(zhuǎn)矩的脈動而引起的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速周期性的變化作出反應(yīng)，去控制燃料泵的齒條，但因?yàn)樵趪娙肴剂弦酝獾臅r(shí)間內(nèi)控制是無用的，所以調(diào)速器只不過是重復(fù)無用的操縱。
所以，不希望柴油發(fā)動機(jī)的調(diào)速器能響應(yīng)由于柴油發(fā)動機(jī)本身產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩脈動而引起的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速周期性的波動。然而，在常用的調(diào)速器中，還沒有對那些問題作任何防范措施。
或許可以建議，在一調(diào)速器中，為發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號設(shè)置一機(jī)械的或電的低通濾波器，從而調(diào)速器不響應(yīng)于由于柴油發(fā)動機(jī)本身產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩脈動而引起的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速周期性的波動。
然而，在這樣一種調(diào)速器中，因?yàn)榘l(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動的周期隨旋轉(zhuǎn)速率作反比變化，所以要在發(fā)動機(jī)低速范圍內(nèi)去除發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的波動，低通濾波器的截止頻率應(yīng)該降低。因此，由于低通濾波器的相位延遲影響，對于所有發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速來說，調(diào)速器的控制能力將變壞。結(jié)果，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制有不穩(wěn)定的趨勢。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一內(nèi)燃機(jī)調(diào)速器，它能防止設(shè)置在發(fā)動機(jī)中的燃料噴射泵作無用的操作，並能正確地控制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的特點(diǎn)是提供一去除波動電路，用以在寬的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，精確地去除檢測出的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號中的周期性波動，此波動是由于內(nèi)燃機(jī)本身產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩周期內(nèi)的脈動而引起的。此檢測出的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號通過該去除波動電路，用作控制信號。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)目的，提供一內(nèi)燃機(jī)的調(diào)速器，它包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測裝置，它用以檢測發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速並產(chǎn)生一個(gè)表征發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號;一個(gè)去除波動電路，它響應(yīng)于從檢測裝置來的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，把信號中與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的周期性波動分量除去;發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置，它用來產(chǎn)生一個(gè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號，此信號表征發(fā)動機(jī)的所希轉(zhuǎn)速;以及計(jì)算提供給發(fā)動機(jī)的燃料噴入量以及提供一個(gè)燃料信號的裝置，此計(jì)算是以去除波動電路和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置的輸出信號為基礎(chǔ)的，而燃料信號表征計(jì)算出的噴入到設(shè)置在發(fā)動機(jī)中的燃料噴射泵內(nèi)的燃料數(shù)量。
結(jié)合附圖，從下面的詳細(xì)描述中，將會弄明白本發(fā)明。在這些附圖中圖1表明了本發(fā)明的整個(gè)基本布局;
圖2表明本發(fā)明的調(diào)速器的第一實(shí)施方案的總體布置;
圖3表明了檢測出的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號a和保持在取樣保持電路內(nèi)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號b相對于定時(shí)信號的波形;
圖4表明了本發(fā)明的調(diào)速器的第二實(shí)施方案的總體布置;
圖5是圖4所示調(diào)速器中的同步電路及取樣和保持電路的方塊圖;
圖6表明了本發(fā)明的調(diào)速器的第三實(shí)施方案的總體布置;
圖7表明了本發(fā)明的第四實(shí)施方案的總體布置;
圖8是圖7所示調(diào)速器中的函數(shù)發(fā)生器的特性曲線;以及圖9是示于圖7的調(diào)速器中的可變特性濾波器的增益和頻率之間的關(guān)系圖。
圖1表明了本發(fā)明的一個(gè)調(diào)速器的整個(gè)基本布局。參考圖1，那里示出了一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)整單元101，一個(gè)柴油發(fā)動機(jī)102，一個(gè)柴油發(fā)動機(jī)102的燃料噴入泵100，一個(gè)聯(lián)接到柴油發(fā)動機(jī)102的曲軸(未示出)的驅(qū)動軸103，以及一個(gè)安裝在驅(qū)動軸103上的船用螺旋漿。
在驅(qū)動軸103處，至少有一個(gè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105，于是，一個(gè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號通過聯(lián)接線L105加到轉(zhuǎn)速調(diào)整單元101。
根據(jù)來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置111的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號和上述的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，轉(zhuǎn)速調(diào)整單元101決定了發(fā)動機(jī)達(dá)到一個(gè)預(yù)先設(shè)定轉(zhuǎn)速所必需噴入的燃料數(shù)量。轉(zhuǎn)速調(diào)整單元101通過聯(lián)接線L113把一個(gè)表征燃料噴入量的燃料信號加到燃料噴射泵100上，從而以控制齒條(未示出)的位置來調(diào)節(jié)在燃料噴射泵100中被噴入的燃料量。
轉(zhuǎn)速調(diào)整單元101包括用來預(yù)先設(shè)定柴油發(fā)動機(jī)102轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置111;一個(gè)減法器112;一個(gè)控制計(jì)算裝置113，它用來根據(jù)減法器112的輸出計(jì)算出必需的燃料數(shù)量，並產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)于燃料數(shù)量的輸出信號;轉(zhuǎn)速調(diào)整單元101還包括一個(gè)去除波動電路500，它用來去除發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105所產(chǎn)生的，在寬的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號中的周期性波動分量。這個(gè)去除波動電路500是本發(fā)明的特點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的調(diào)速器，因?yàn)榘l(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105產(chǎn)生的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號是通過去除波動電路500加到減法器112的，控制計(jì)算裝置113就可能在寬的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)始終算出正確的燃料噴入量。由控制計(jì)算裝置113產(chǎn)生的燃料信號通過聯(lián)接線L113送到柴油發(fā)動機(jī)102的燃料噴射泵100中。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案將參考圖2描述如下。圖2表明了本發(fā)明的第一實(shí)施方案的總體安排。在圖2中，與圖1中相同的部分以同樣的參考數(shù)字來表示。參考圖2，那里示出了在驅(qū)動軸103上的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105和曲軸角度檢測器106。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號和曲軸角度信號通過聯(lián)接線L105和聯(lián)接線L106聯(lián)接到轉(zhuǎn)速調(diào)整單元101。
根據(jù)來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置111的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號，上述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號和曲軸角度信號，轉(zhuǎn)速調(diào)整單元101決定了為使發(fā)動機(jī)達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速所必需的燃料噴入量，還通過聯(lián)接線L113把燃料信號加到燃料泵100上，從而控制了燃料泵的齒條(未示出)位置。
在圖2中，去除波動電路500包括一個(gè)取樣和保持電路114和一個(gè)同步信號發(fā)生器115。也就是說，轉(zhuǎn)速調(diào)整單元101包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置111，同步信號發(fā)生器115，取樣和保持電路114，減法器112以及控制計(jì)算裝置113。這些部分的功能如下。
同步信號發(fā)生器115響應(yīng)于來自曲軸角度檢測器106的曲軸角度信號，以產(chǎn)生對于曲軸角度從0到360°，在間隔360°/Z(Z是汽缸數(shù))處的定時(shí)信號，這個(gè)定時(shí)信號通過聯(lián)接線L115加到取樣和保持電路114。
取樣和保持電路114加有通過聯(lián)接線L115的，來自同步信號發(fā)生器115的定時(shí)信號，以及加有通過聯(lián)接線L105的，來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號。于是，當(dāng)收到定時(shí)信號時(shí)，取樣和保持電路對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號取樣，並且在收到下一個(gè)定時(shí)信號前一直保持住這個(gè)取樣了的轉(zhuǎn)速信號。這個(gè)保持的轉(zhuǎn)速信號通過聯(lián)接線L114加到減法器112上。
減法器112用來計(jì)算發(fā)動機(jī)預(yù)置轉(zhuǎn)速信號與轉(zhuǎn)速信號之間的偏差，此預(yù)置轉(zhuǎn)速信號通過聯(lián)接線L111來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置111，而轉(zhuǎn)速信號是保持在取樣和保持電路114中並通過聯(lián)接線L114加到減法器112上的，減法器112還通過聯(lián)接線L112把得到的偏差信號加到控制計(jì)算裝置113。
控制計(jì)算裝置113響應(yīng)于通過聯(lián)接線L112由減法器112送來的轉(zhuǎn)速偏差信號，用來通過諸如比例、積分和微分的控制計(jì)算方法來計(jì)算出燃料信號。這個(gè)燃料信號表征送到柴油機(jī)102的燃料噴入量，並且通過聯(lián)接線L113被加到燃料噴射泵100以控制燃料噴射泵100的齒條(未示出)。
由于柴油發(fā)動機(jī)102本身產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動，使得柴油發(fā)動機(jī)102的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速周期性地變化，因而，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105檢測到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號表現(xiàn)出圖3中曲線a所示的周期性波動。
另一方面，取樣和保持電路114響應(yīng)于取樣信號，對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號取樣，此取樣信號來自與轉(zhuǎn)速波動周期同步的同步信號發(fā)生器115，取樣和保持電路114保持和產(chǎn)生取樣了的轉(zhuǎn)速信號，直到下一個(gè)定時(shí)信號被取樣和保持電路接收到時(shí)為止。
因而，由取樣和保持電路114來的，保持和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信號就象圖3中的階梯形虛線b所表明的那樣。也就是說，由于柴油發(fā)動機(jī)102本身產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩脈動而造成的周期性波動分量已從檢測到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號中去除了，從而由取樣和保持電路產(chǎn)生一個(gè)平均轉(zhuǎn)速信號。
于是，根據(jù)來自取樣和保持電路114，通過聯(lián)接線L114得到的信號，減法器112和控制計(jì)算裝置113進(jìn)行計(jì)算，因此僅控制平均轉(zhuǎn)速而不是與因柴油發(fā)動機(jī)102本身產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動而造成的轉(zhuǎn)速的波動相對應(yīng)。
本發(fā)明的第二實(shí)施方案要參考圖4和圖5來進(jìn)行描述。
在圖4中，與圖2中相同的部分用相同的參考數(shù)字來表示。
在驅(qū)動軸103上配有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105，此發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105按固定的旋轉(zhuǎn)角度間隔或按固定的曲柄角度產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，並且通過聯(lián)接線L105送出此信號。
如圖4所表明的那樣，去除波動電路500包括一個(gè)取樣和保持電路214和一個(gè)同步信號發(fā)生器215。換句話說，一個(gè)速度調(diào)節(jié)單元201包括一個(gè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置211，同步信號發(fā)生器215，取樣和保持電路214，減法器212，以及控制計(jì)算裝置213。這些部分的功能如下。
將在后面描述其結(jié)構(gòu)的同步信號發(fā)生器215響應(yīng)于來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105，通過聯(lián)接線L150b得到的脈沖信號，產(chǎn)生出一個(gè)定時(shí)信號，並通過聯(lián)接線L215送出此信號。在轉(zhuǎn)速調(diào)整單元201中，定時(shí)信號是由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號形成的。
其構(gòu)成將在后面描述的取樣和保持電路214通過聯(lián)接線L105a，收到來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105的脈沖信號，並且通過聯(lián)接線L124送出一個(gè)數(shù)字化的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號。
減法器212計(jì)算出通過聯(lián)接線L211，自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置211送來的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號，和通過聯(lián)接線L214，自取樣和保持電路214送來的數(shù)字化發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號之間的偏差，並且通過聯(lián)接線L212送出計(jì)算結(jié)果，作為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的偏差信號。
控制計(jì)算裝置213通過聯(lián)接線L212收到來自減法器212的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速偏差信號，并且通過諸如比例、積分和微分的控制計(jì)算，定出一個(gè)送到柴油發(fā)動機(jī)102的燃料噴入量。通過聯(lián)接線L113把燃料信號加到燃料噴射泵100，去控制燃料噴射泵100的齒條(未示出)的位置。
如圖5中所表明的同步信號發(fā)生器215包括一個(gè)把通過聯(lián)接線105b送來的脈沖信號積分的第一計(jì)數(shù)器215a，以及一個(gè)定時(shí)電路215b，此定時(shí)電路響應(yīng)于來自第一計(jì)數(shù)器215a的溢出信號，以產(chǎn)生一個(gè)固定持續(xù)期為△T的脈沖信號來作為定時(shí)信號。
設(shè)計(jì)第一計(jì)數(shù)器215a以產(chǎn)生溢出信號，使之與定時(shí)信號同步，此溢出信號是在相應(yīng)于曲軸角度360°/Z(Z是汽缸數(shù))的脈沖數(shù)〔360°/Z/△θ〕加1之處產(chǎn)生的。其中△θ是和來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105的脈沖信號相對應(yīng)的曲軸角度，而〔X〕表示不超過數(shù)X的最大整數(shù)。
取樣和保持電路214包括一個(gè)與門214a，一個(gè)第二計(jì)數(shù)器214b，一個(gè)寄存器電路214c，以及一個(gè)控制電路214d，與門214a用來響應(yīng)于固定持續(xù)時(shí)間為△T的定時(shí)信號，去控制通過聯(lián)接線L105a的，來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105的脈沖信號;第二計(jì)數(shù)器214b用來對來自與門電路214a的脈沖信號進(jìn)行積分;寄存器電路214c用來保持來自第二計(jì)數(shù)器214b的積分過的數(shù)字信號;而控制電路214d用來響應(yīng)于通過聯(lián)接線L215自定時(shí)電路215b送出的固定寬度的定時(shí)信號，產(chǎn)生一個(gè)送到寄存器電路214c的傳輸信號和一個(gè)送到第二計(jì)數(shù)器214b的復(fù)位信號。
于是，同步信號發(fā)生電路215通過聯(lián)接線L215每隔360°/Z的曲軸角度送一個(gè)固定持續(xù)時(shí)間為△T的定時(shí)信號，到取樣和保持電路214。當(dāng)取樣和保持電路214的與門214a打開時(shí)，這個(gè)定時(shí)信號就可以加進(jìn)來，允許發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號通過，而其中的第二計(jì)數(shù)器214b對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行積分。
在經(jīng)過固定時(shí)間△T后，停止了定時(shí)信號的送入，與門214關(guān)閉，而第二計(jì)數(shù)器214b停止它的積分操作。積分值，即第二計(jì)數(shù)器214b的計(jì)數(shù)是在固定時(shí)間△T中間發(fā)生的脈沖數(shù)目，或者說是△T時(shí)間中發(fā)動機(jī)的平均轉(zhuǎn)速。也就是說，一旦定時(shí)信號停止，控制電路214d把傳輸信號送到寄存器電路214c，並且由第二計(jì)數(shù)器214b來的積分值送到寄存器電路214c。那就是說，在圖4中表明的轉(zhuǎn)速調(diào)整單元201中的定時(shí)信號是控制與門214a的門信號。
于是，控制電路214d加一個(gè)復(fù)位信號到第二計(jì)數(shù)器214b，使它復(fù)位。
結(jié)果，計(jì)數(shù)電路214c保持在第二計(jì)數(shù)器214b中積分並數(shù)字化了的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，這個(gè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號在每一個(gè)定時(shí)信號中得到了更新。
此外，在本實(shí)施方案中，因?yàn)槎〞r(shí)信號是與由于柴油發(fā)動機(jī)102的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動而造成的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動周期相同步的，在寄存器電路214c中保持的數(shù)字化了的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號不包括因柴油發(fā)動機(jī)102的輸出轉(zhuǎn)矩脈動而造成的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的周期性波動。
根據(jù)本發(fā)明的調(diào)速器不限于第二實(shí)施方案，而可以是包括各種類型的同步信號發(fā)生器及取樣和保持電路所構(gòu)成的，這要取決于所用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器的類型。
本發(fā)明的第三和第四實(shí)施方案將參考圖6和圖7加以描述。
圖6表明了本發(fā)明的第三實(shí)施方案的總體布置。在圖6中，與圖1、2和4中相應(yīng)的相同部分用同樣的參考數(shù)字來表示。
在驅(qū)動軸103上配有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號通過連接線L105送到一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)整單元301。
根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置311的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，為使發(fā)動機(jī)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速所必需噴入的燃料數(shù)量由轉(zhuǎn)速調(diào)整單元301所決定，轉(zhuǎn)速調(diào)整單元301還通過聯(lián)接線L113把燃料信號加到燃料噴射泵100，從而控制了燃料噴射泵100的齒條(未示出)的位置。
在圖6中去除波動電路500是由一個(gè)可變特性濾波器314構(gòu)成的。也就是說，轉(zhuǎn)速調(diào)整單元301包括用來預(yù)置柴油發(fā)動機(jī)102的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置311，可變特性濾波器314，減法器312，以及一個(gè)控制計(jì)算裝置313。這些部分的工作描述如下。
可變特性濾波器314通過聯(lián)接線L105得到由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105送來的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，消除因柴油發(fā)動機(jī)102的輸出轉(zhuǎn)矩脈動所造成的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的波動，並且通過聯(lián)接線L314把經(jīng)過濾波的，相應(yīng)于平均轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號加到減法器312。
發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置311通過聯(lián)接線L311a，把發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號加到減法器312。
減法器312收到來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置311的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號和來自可變特性濾波器314的經(jīng)過濾波的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，計(jì)算這兩者的偏差，將此偏差作為轉(zhuǎn)速偏差信號，並且通過聯(lián)接線L312加到控制計(jì)算裝置313。
控制計(jì)算裝置313收到來自減法器312的轉(zhuǎn)速偏差信號，並且用已知的控制計(jì)算，諸如對轉(zhuǎn)速偏差信號進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算，來產(chǎn)生一個(gè)使柴油發(fā)動機(jī)102達(dá)到平均轉(zhuǎn)速所必需的燃料信號，使得平均轉(zhuǎn)速遵循著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置311的預(yù)置數(shù)值。通過聯(lián)接線L113把這個(gè)燃料信號加到燃料噴射泵100，控制燃料噴射泵100的齒條(未示出)的位置，使之能噴入必需數(shù)量的燃料。
可變特性濾波器314是一個(gè)帶阻濾波器，它接收通過聯(lián)接線L311b的，從發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置311送來的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號，並且消除了包括相應(yīng)于這個(gè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動頻率fc在內(nèi)的一個(gè)頻段的信號分量。
換句話說，對于兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)速波動的頻率fc被選為fc＝NS·Z/60(赫芝)對于四沖程柴油發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)速波動的頻率fc被選為fc＝NS·Z/120(赫芝)于是，可變特性濾波器314的消除范圍根據(jù)來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置311的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號的變化而變化。式中NS代表設(shè)定的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù))，而Z是汽缸數(shù)目。
因?yàn)榘l(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速遵循著由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置311設(shè)定的轉(zhuǎn)速，包含在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號中的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動分量能夠用對應(yīng)于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號的轉(zhuǎn)速波動頻率fc的可變特性濾波器加以消除。
圖7表明了本發(fā)明第四實(shí)施方案的總體布置。在圖7中，與圖1、2、4或6中相應(yīng)的相同元件用相同的參考數(shù)字表示。
在驅(qū)動軸103上配有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105，而發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號通過聯(lián)接線L105被加到一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)整單元401。
轉(zhuǎn)速調(diào)整單元401包括一個(gè)用來預(yù)先設(shè)置柴油發(fā)動機(jī)102的轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置411，一個(gè)可變特性濾波器414，一個(gè)減法器412，一個(gè)函數(shù)發(fā)生器415，以及一個(gè)控制計(jì)算裝置413。這些部分的工作描述如下。
可變特性濾波器414通過聯(lián)接線L105，接收自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器105送來的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，借助于下面將要描述的方法去消除因柴油發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動而產(chǎn)生的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的波動，並且通過聯(lián)接線L414把相應(yīng)于發(fā)動機(jī)平均轉(zhuǎn)速的經(jīng)過濾波的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號加到減法器412。
發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置411通過聯(lián)接線L411把發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號加到減法器412。
減法器412接受來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置411的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號，以及來自可變特性濾波器414的經(jīng)過濾波的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，減法器412計(jì)算這兩者的偏差以產(chǎn)生一個(gè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速偏差信號。這個(gè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速偏差信號通過聯(lián)接線L412加到函數(shù)發(fā)生器415。
函數(shù)發(fā)生器415接收來自減法器412的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速偏差信號，並且通過聯(lián)接線L415給出一個(gè)輸出信號。例如像圖8中所表明的信號。那就是說，函數(shù)發(fā)生器415在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速偏差小時(shí)給出低的增益，而在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速偏差較大時(shí)給出正常的增益。
因而，對于因柴油發(fā)動機(jī)本身的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動而產(chǎn)生的周期性波動的波動振幅，函數(shù)發(fā)生器給出低的增益，以減少燃料泵的工作量，而對于因發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置值的變化、負(fù)載的較大變化等所產(chǎn)生的大的轉(zhuǎn)速偏差，函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生這樣的響應(yīng)，即好像它沒有聯(lián)接在信號通路內(nèi)，于是，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速遵循著預(yù)置的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。
借助于熟知的控制計(jì)算，諸如對通過聯(lián)接線L415，來自函數(shù)發(fā)生器415的輸出信號的比例、積分和微分運(yùn)算，控制計(jì)算裝置413產(chǎn)生一個(gè)噴入必需燃料量的燃料信號，使得柴油發(fā)動機(jī)102的發(fā)動機(jī)平均轉(zhuǎn)速遵循著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置411所預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速值。通過聯(lián)接線L113，這個(gè)燃料信號被加到燃料噴射泵100，去控制燃料噴射泵100的齒條位置。
在本實(shí)施方案中的可變特性濾波器414是一帶阻濾波器，它通過聯(lián)接線L105b得到送入的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，而且消除包括轉(zhuǎn)速波動頻率fc在內(nèi)的一個(gè)頻段中的信號分量，fc假定如圖9所示位于此頻寬的中心，它是按以前給出的方程為依據(jù)的。這個(gè)轉(zhuǎn)速波動是因柴油發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的脈動而引起的。
因而，可變特性濾波器414的消除頻段隨著柴油發(fā)動機(jī)平均轉(zhuǎn)速的變化而變化。
在可變特性濾波器414中所必需的發(fā)動機(jī)平均轉(zhuǎn)速可以是在一個(gè)預(yù)定時(shí)間內(nèi)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的平均值，轉(zhuǎn)速信號是由與可變特性濾波器414共同工作的另一個(gè)濾波器濾出的，或者是可變特性濾波器414給出的經(jīng)過濾波的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速平均值。
根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)調(diào)速器不限于上述的第一到第四實(shí)施方案而是能夠根據(jù)相應(yīng)的元件或器件工作的條件實(shí)現(xiàn)不同的變型和改動。
例如，雖然柴油發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動是大的，在汽油發(fā)動機(jī)中的循環(huán)內(nèi)也存在著脈動。于是，很明顯，本發(fā)明能夠用于汽油發(fā)動機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)更精確的轉(zhuǎn)速調(diào)整控制。
根據(jù)本發(fā)明的調(diào)速器，因?yàn)樘峁┝巳コ▌与娐?，所以因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)本身產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩所造成的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的周期性波動能夠被去除，從而，為驅(qū)動負(fù)載所必需的發(fā)動機(jī)平均轉(zhuǎn)速能被穩(wěn)定地控制住。此外，因?yàn)槿剂媳谬X條的無用操作能夠被免除，就可能減小機(jī)械損傷和磨損。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明的第三和第四實(shí)施方案，因?yàn)榘l(fā)動機(jī)本身的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動造成的轉(zhuǎn)速波動頻率是假定基于一預(yù)置的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，此假定的頻率位于可變特性濾波器阻帶的中心，這一阻帶內(nèi)的頻率分量可以被構(gòu)成去除波動電路的可變特性濾波器去除。調(diào)速器防止了對于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動不必要的響應(yīng)，而因接入低通濾波器所引起的相位延遲的不良影響可以用下面的方法來減至最小，即用可變特性濾波器去除掉和發(fā)動機(jī)工作條件相一致的頻段內(nèi)的信號分量。
還有，有可能不僅消除掉因發(fā)動機(jī)本身的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動所造成的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的波動，而且也消除掉因驅(qū)動軸扭矩振動所造成的波動，這個(gè)波動是因輸出轉(zhuǎn)矩的脈動和負(fù)載之間的關(guān)系而造成的。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的調(diào)速器，其特征在于所述調(diào)速器包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測裝置，它用來檢測發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度並產(chǎn)生一表征發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號；一個(gè)去除波動電路，它響應(yīng)于來自所述檢測裝置的所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，從所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號中去除相應(yīng)于所述發(fā)動機(jī)可變旋轉(zhuǎn)速度的周期性波動分量，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置，它用來產(chǎn)生一個(gè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號，此信號表征一所希的發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度；以及計(jì)算供給所述發(fā)動機(jī)的燃料噴入量並給設(shè)置在發(fā)動機(jī)內(nèi)的燃料噴射泵以一個(gè)燃料信號的裝置，所述計(jì)算是以來自所述去除波動電路和所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置的輸出信號為基礎(chǔ)的，所述燃料信號表征計(jì)算出的燃料噴入量。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的調(diào)速器，其特征在于所述調(diào)速器還包括曲軸角度檢測裝置，用來檢測所述發(fā)動機(jī)的具體曲軸位置，並產(chǎn)生一曲軸角度信號;其中所述去除波動電路包括一個(gè)取樣和保持電路，它用來取樣和保持來自所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測裝置的所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號;一個(gè)同步信號發(fā)生器，它用來產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)信號，去控制所述取樣和保持電路和工作，所述定時(shí)信號以來自所述曲軸角度檢測裝置的所述曲軸信號為依據(jù)。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的調(diào)速器，其特征在于，其中所述去除波動電路包括一個(gè)取樣和保持電路，它用來取樣和保持來自所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測裝置的所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號;以及一個(gè)同步信號發(fā)生器，它用來產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)信號，去控制所述取樣和保持電路的工作，所述定時(shí)信號是以來自所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測裝置的所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號為依據(jù)的。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求
3的調(diào)速器，其特征在于，其中所述同步信號發(fā)生器包括第一計(jì)數(shù)器裝置，它用來對來自所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測裝置的所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，並在計(jì)數(shù)到一預(yù)定的數(shù)值時(shí)產(chǎn)生一輸出信號;以及定時(shí)裝置，它響應(yīng)于來自所述第一計(jì)數(shù)裝置的輸出信號，以產(chǎn)生一恒定脈沖寬度的門信號;以及所述取樣和保持電路包括門電路，它響應(yīng)于來自所述定時(shí)裝置的所述門信號，讓來自所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測裝置的所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號有選擇地從它那兒通過;第二計(jì)數(shù)器裝置，它用來對通過所述門電路的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行計(jì)數(shù);寄存器裝置，它用來保持所述第二計(jì)數(shù)裝置所計(jì)的數(shù);以及控制裝置，它響應(yīng)于所述定時(shí)裝置給出的所述門信號，以控制所述第二計(jì)數(shù)器裝置和所述寄存器裝置的工作。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的調(diào)速器，其特征在于，所述的去除波動電路包括可變特性濾波器裝置，用來抑制相應(yīng)于發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的頻帶，所述頻帶隨著所述發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的變化而變化。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求
5的調(diào)速器，其特征在于，所述可變特性濾波器裝置被聯(lián)接到所述的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置並把一個(gè)頻帶抑制，所述頻帶根據(jù)所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置給出的所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號的改變而改變。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求
5的調(diào)速器，其特征在于，所述可變特性濾波器聯(lián)接到所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測裝置而所述可變特性濾波器抑制的頻帶是根據(jù)所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測裝置給出的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號而改變的。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的調(diào)速器，其特征在于，所述的燃料信號供應(yīng)裝置包括減法器，它用來計(jì)算所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置裝置給出的所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置信號和所述去除波動電路給出的輸出信號之間的偏差;和控制計(jì)算裝置，它用來根據(jù)所述減法器給出的偏差輸出計(jì)算出供給所述發(fā)動機(jī)的燃料噴入量，並且供給所述燃料噴射泵以所述燃料信號。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求
8的調(diào)速器，其特征在于，所述燃料信號供給裝置包括函數(shù)發(fā)生裝置，此函數(shù)發(fā)生裝置配置于所述減法器和所述控制計(jì)算裝置之間，並且得到由所述減法器給出的偏差輸出，在這種情況下，僅當(dāng)所述偏差輸出是小的時(shí)候，所述函數(shù)發(fā)生裝置對于所述偏差輸出的增益是低的。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的調(diào)速器，其特征在于，所述發(fā)動機(jī)是柴油發(fā)動機(jī)。
專利摘要
一種用于發(fā)動機(jī)的調(diào)速器包括一去除波動電路，此電路響應(yīng)于表征柴油發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號。從此信號中去除因柴油發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩脈動而造成的周期性波動分量。由去除波動電路去除的波動的周期隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化。此去除波動電路可以由一取樣和保持電路或一抑制頻率可變的可變特性濾波器來構(gòu)成。
文檔編號F02D31/00GK85106530SQ85106530
公開日1987年4月22日 申請日期1985年8月30日
發(fā)明者佐川隆一, 永田修, 山田一 申請人:川崎重工業(yè)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan