专利名称：一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工程机械废气净化系统，尤其涉及一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统。
背景技术：
柴油机因良好的经济性、动力性、可靠性和较低的CO、HC排放，被广泛应用于工程机械领域，其国内外保有量逐年上升，但柴油机的微粒(PM， Particulate Matter)排放比较严重(大约为汽油机的30_80倍)。为了治理环境污染和保护人类健康，满足越来越严格的排放法规，必须对柴油机的微粒排放进行控制。目前，控制柴油机尾气中微粒物(PM)的排放是新一代高性能环保柴油机需要克服的关键问题之一，所以通过尾气后处理方式消减柴油机微粒排放将变得必不可少，微粒过滤器(DPF)将是控制柴油机微粒排放最为有效、最具发展前
景的手段之一，因此发动机厂家纷纷采用这一技术。微粒捕集器主要是先对尾气中携带的微粒实行过滤捕集，微粒堆积到一定量后再对捕集器实行再生处理，以减小其对柴油机性能的影响。采用DPF再生方法有一定的劣势，具体说就是在怠速和低负荷工作时，由于提高了发动机的背压，增加了燃油的消耗。另外，在许多场合下，载荷并不是很大，发动机废气温度低，柴油微粒过滤器不能进行微粒再生，需要强制进行清理，就需要额外增加负荷，目前增加负荷是通过在液压系统回路中增加电磁切换阀或节流阀来实现，同时机器必须停止作业，因为再生负荷与正常工作液压负荷相互干扰，这会影响机器正常作业。同时增加此种阀，会增加整个液压系统的能耗。当然，也有从主泵PTO 口外接一个齿轮泵，再连接一个比例溢流阀，构成独立的液压辅助加载系统，但是此种方案也存在弊端，当机器在轻负荷再生过程中，如果操作手又进行重负荷作业，这时主泵的吸收功率会高于发动机的输出功率，会引起主泵与发动机联接的联轴器磨损，降低其使用寿命。专利申请号为CN200910220839的中国发明专利申请文件公开了这样一种技术利用工程机械的作业停止时间，高效地使过滤器上堆积的颗粒状物质燃烧减少，能够避免作业效率的低下。但是，其缺点是当需要增加废气温度时，需在作业停止时间，通过电磁切换阀增加液压负荷来实现，这样，会给正常作业造成影响。因此，提供一种既能够处理废气排放，又能够保证工程机械工作效率的一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统就显得尤为重要了。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中当需要增加废气温度时，需在作业停止时
4间的缺陷，以克服作业效率低下的不足。本发明公开一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统，连接所述工程机械的液压主回路，其中，包括辅助加载系统，具有一发动机和负荷加载系统，所述负荷加载系统中包括
蓄电装置，连接一电机控制器，所述蓄电装置用于能量回收存储电能； 电机，连接所述电机控制器，所述电机控制器通过所述蓄电装存储的电能驱动所述电机；
分动箱机构，连接所述发动机和所述电机的输出端，所述分动箱机构的输出端连接所述液压主回路的主泵；
拨叉，设置在分动箱机构中，拨叉可在分动箱机构中的第一位置、第二位置和第三位置移动，当拨叉在第一位置时，电机的传动齿轮与发动机的齿轮啮合， 当拨叉在第二位置时，电机的传动齿轮与发动机的齿轮脱离，当拨叉在第三位置时，主泵与发动机分离与电机啮合，此时发动机停止工作，利用电机驱动主泵进行工作。上述的负荷加载与能量回收系统，其中，还包括再生处理装置，连接所述发动机排气口，
所述再生处理装置的输入端设置有氧化催化型转化器，填充有催化剂用于将排气中的一氧化氮氧化为二氧化氮，所述氧化催化型转化器的输入端具有第一温度传感器；
颗粒物捕集器，连接在所述氧化催化型转化器的输出端，用于通过二氧化氮氧化捕集的微粒，所述颗粒物捕集器的输入端具有第二温度传感器； 差压传感器，一端连接所述颗粒物捕集器输入端，另一端连接所述颗粒物捕集器输出端。上述的负荷加载与能量回收系统，其中，还包括辅助加载电气控制系统，具有一主控制器，连接所述拔叉和电机，用于控制所述拔叉的位置和所述电机的输出功率；
发动机控制器，连接一个颗粒物捕集器传感器，所述颗粒物捕集器传感器用于检测所述差压传感器中的差压压力大小，以判断颗粒物捕集器的堵塞程度，从而发送增加负载的信号给所述主控制器。
上述的负荷加载与能量回收系统，其中，还包括一显示器，连接所述主控制器，用于显示再生图标。上述的负荷加载与能量回收系统，其中，还包括一手动按键，连接所述发动机控制器，用于手动增加负荷。根据本发明的另一方面，还公开一种如上述工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统的控制方法，其中，当检测到加载信号后，执行如下步骤 步骤1，控制拔叉至第一位置以增加负荷；
步骤2，判断发动机功率是否高于预设值，若高于预设值，则控制拔叉至第二位置结束加载，若不高于预设值，则再检测是否有加载信号，若有加载则继续加载，若没有加载信号则控制拔叉至第二位置结束加载；步骤3，若检测到有能量回收信号，则控制拔叉至第三位置进行能量回收。上述的负荷加载与能量回收的控制方法，其特征在于，所述预设值的大小为发动机输出功率总功率70%。本发明的优点是通过增加发动机负荷来避免作业效率低下，负荷与正常工作的液压系统独立，不影响正常工作，也不会降低主要液压元件的使用寿命；再生时，机器不需停止作业，可有效使发动机废气温度升高，实现微粒过滤器再生。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚明了， 放大了部分部件。图1示出了根据本发明的，一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统示意图2示出了根据本发明的，一种工程机械发动机微粒再生处理装置示意图； 图3示出了根据本发明的，一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统的辅助加载电气控制系统的示意图4示出了根据本发明的一个具体实施例的，一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统与液压主回路系统连接的示意图；以及。图5示出了根据本发明的，一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收的控制方法的流程示意图。
具体实施例方式以下结合附图及具体实施方式
对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施方式
仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。参考图1示出的一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统示意图。具体地，工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统，连接工程机械的液压主回路，包括辅助加载系统，具有一发动机1和负荷加载系统20， 负荷加载系统20中包括
蓄电装置101，连接一电机控制器102，蓄电装置101用于能量回收存储电能；
电机6，连接电机控制器102，电机控制器102通过蓄电装置101存储的电能驱动电机6;
分动箱机构2，连接发动机1和电机6的输出端，分动箱机构2的输出端连接液压主回路的主泵4。拔叉5，设置在分动箱机构2中，拔叉5可在分动箱机构2中的第一位置I、 第二位置II和第三位置III移动，当拔叉5在第一位置I时，电机6的传动齿轮与发动机1的齿轮啮合，当拔叉5在第二位置II时，电机6的传动齿轮与发动机1 的齿轮脱离，当拔叉5在第三位置III时，主泵4与发动机1分离与电机6啮合，此时发动机1停止工作，利用电机6驱动主泵4进行工作。在一个具体实施例中，还包括离合器3。参考图2示出的一种工程机械发动机微粒再生处理装置示意图，本发明还包括再生处理装置，再生处理装置的输入端INLET连接发动机1排气口；
再生处理装置的输入端设置有氧化催化型转化器201，填充有催化剂用于将排气中的一氧化氮氧化为二氧化氮，氧化催化型转化器201的输入端具有第一温度传感器Tl，第一温度传感器Tl用于检测氧化催化型转化器201输入端的温度； 颗粒物捕集器202，设置在再生处理装置的输出端OUTLET处，颗粒物捕集器202连接在氧化催化型转化器201的输出端，用于通过二氧化氮氧化捕集的微粒，颗粒物捕集器202的输入端具有第二温度传感器T2，第二温度传感器T2 用于检测颗粒物捕集器202的输入端温度；
差压传感器203，一端连接颗粒物捕集器202输入端，另一端连接颗粒物捕集器202输出端。进一步地，结合参考图3，还包括辅助加载电气控制系统，具有一主控制器 301，连接拔叉5和电机6，用于控制拔叉5的位置和电机6的输出功率，在一个具体实施例中，主控制器301还用于控制离合器3分离；
发动机控制器302，连接一个颗粒物捕集器传感器303，颗粒物捕集器传感器303用于检测差压传感器203中的差压压力大小，以判断颗粒物捕集器202的堵塞程度，发动机控制器302从而发送增加负载的信号给主控制器301。在一个优选例中，还包括一显示器305，连接主控制器301，用于显示再生图标，如图3所示，主控制器301与显示器305以及主控制器301与发动机控制器302之间通过CAN总线连接。进一步地，还包括一手动按键304，连接发动机控制器302，用于手动增加负荷，操作人员只需要手动控制手动案件304，就能控制系统进行负荷的增加。本发明实施时，当主控制器301接受到“加载信号”后，输出信号，调节电机 6的输出功率来实现负荷加载。发动机控制器302检测差压传感器203信号，当机器在轻负荷作业或怠速状态时，若图2中第一温度传感器Tl温度低于250°C，氧化催化型转化器201的催化剂不能正常反应，不能实现DPF的再生，因此需要额外增加负荷。这时发动机控制器302发送信号给主控制器301，要求主控制器301增加负荷。同时向显示器305发送再生图标进行显示，并使操作手对DPF再生开关进行相应操作。主控制器301收到此信号后，输出控制信号，控制拨叉5到电机6传动齿轮与发动机1齿轮啮合(第一位置I )并且调节电机6输出功率到一目标值，使发动机
1增加所需要的负荷，提高排气温度，实现DPF再生，当再生结束后，发动机控制器302发送结束信号给主控制器301，主控制器301控制拨叉5到电机6的传动齿轮与发动机1齿轮脱离啮合状态(第二位置II)，停止加载。再生过程中辅助加载系统通过电机控制器102控制电机6转化为电能存储在蓄电设备101中，当蓄电设备101电能存储到一定值后，可以通过主控制器301 控制离合器3分离、将拔叉5移动到位置III使主泵4与发动机1分离与电机6啮合，此时发动机1停止工作，利用电机6驱动泵进行工作，将存储的电能转化为动能利用，减少燃油的消耗，实现了能量的回收。在一个具体实施例中，参考图4，本发明的工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统与一液压挖掘机的液压主回路系统连接。发动机1驱动可变容量的主泵4和定容量的先导齿轮泵7，其中主泵4是柱塞泵；先导齿轮泵7与安全阀8连接，电磁切换阀9设置在遥控阀10、11和12 和先导齿轮泵7之间，主泵4连接流量控制阀14、16和17，遥控阀10、11和
12根据手柄位移大小(例如图4中遥控阀10的手柄两端a、b，遥控阀11的手柄两端c、d，遥控阀12的手柄两端e、f)来控制流量控制阀14、16和17的开度，而主泵4排出的压力油驱动多个执行元件进行工作，执行元件包括液压马达 15、液压油缸18和19，图4中还示出了安全阀13连接在流量控制阀14和主泵 4之间。根据本发明的另一方面，参考图5示出的本发明的控制方法的流程示意图， 还公开一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收的控制方法，先执行步骤S101，判断是否有加载信号，当检测到加载信号后，执行如下步骤，否则， 继续执行步骤SlOl。步骤Si，控制拔叉5至第一位置I以增加负荷；
然后，执行步骤2，在图5中，先进行步骤S102，判断发动机1功率是否高于预设值，若高于预设值，则执行步骤S104，控制拔叉5至第二位置II后进行步骤S105，结束加载，若不高于预设值，则再执行步骤S103，检测是否有加载信号，若有加载则继续加载，即返回执行步骤Si，若没有加载信号则执行步骤 S104，控制拔叉5至第二位置II后进行步骤S105，结束加载； 步骤3中，先执行步骤S106，判断是否有能力回收信号，若检测到有能量回收信号，则执行步骤S107，控制拔叉5至第三位置III从而进行步骤S108，能量回收，若没有检测到有能量回收信号，则返回执行步骤S104，控制拔叉5至第二位置II后进行步骤S105，结束加载。在一个具体实施例中，预设值的大小为发动机1输出功率总功率70%。本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
8
权利要求
1.一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统，连接所述工程机械的液压主回路，其特征在于，包括辅助加载系统，具有一发动机和负荷加载系统，所述负荷加载系统中包括蓄电装置，连接一电机控制器，所述蓄电装置用于能量回收存储电能； 电机，连接所述电机控制器，所述电机控制器通过所述蓄电装存储的电能驱动所述电机；分动箱机构，连接所述发动机和所述电机的输出端，所述分动箱机构的输出端连接所述液压主回路的主泵；拨叉，设置在分动箱机构中，拨叉可在分动箱机构中的第一位置、第二位置和第三位置移动，当拨叉在第一位置时，电机的传动齿轮与发动机的齿轮啮合， 当拨叉在第二位置时，电机的传动齿轮与发动机的齿轮脱离，当拨叉在第三位置时，主泵与发动机分离与电机啮合，此时发动机停止工作，利用电机驱动主泵进行工作。
2.根据权利要求1所述的负荷加载与能量回收系统，其特征在于，还包括再生处理装置，连接所述发动机排气口 ；所述再生处理装置的输入端设置有氧化催化型转化器，填充有催化剂用于将排气中的一氧化氮氧化为二氧化氮，所述氧化催化型转化器的输入端具有第一温度传感器；颗粒物捕集器，连接在所述氧化催化型转化器的输出端，用于通过二氧化氮氧化捕集的微粒，所述颗粒物捕集器的输入端具有第二温度传感器；差压传感器，一端连接所述颗粒物捕集器输入端，另一端连接所述颗粒物捕集器输出端。
3.根据权利要求2所述的负荷加载与能量回收系统，其特征在于，还包括辅助加载电气控制系统，具有一主控制器，连接所述拔叉和电机，用于控制所述拔叉的位置和所述电机的输出功率；发动机控制器，连接一个颗粒物捕集器传感器，所述颗粒物捕集器传感器用于检测所述差压传感器中的差压压力大小，以判断颗粒物捕集器的堵塞程度，从而发送增加负载的信号给所述主控制器。
4.根据权利要求3所述的负荷加载与能量回收系统，其特征在于，还包括一显示器，连接所述主控制器，用于显示再生图标。
5.根据权利要求3所述的负荷加载与能量回收系统，其特征在于，还包括一手动按键，连接所述发动机控制器，用于手动增加负荷。
6.一种如权利要求1至5中任意一项所述的工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统的控制方法，其特征在于，当检测到加载信号后，执行如下步骤步骤1，控制拔叉至第一位置以增加负荷；步骤2，判断发动机功率是否高于预设值，若高于预设值，则控制拔叉至第二位置结束加载，若不高于预设值，则再检测是否有加载信号，若有加载则继续加载，若没有加载信号则控制拔叉至第二位置结束加载；步骤3，若检测到有能量回收信号，则控制拔叉至第三位置进行能量回收。
7.根据权利要求6所述的负荷加载与能量回收的控制方法，其特征在于，所述预设值的大小为发动机输出功率总功率70%。
全文摘要
本发明公开了一种工程机械发动机微粒再生的负荷加载与能量回收系统，具有一发动机，蓄电装置，连接一电机控制器，蓄电装置用于能量回收存储电能；电机，连接电机控制器，电机控制器通过蓄电装存储的电能驱动电机；分动箱机构，连接发动机和电机的输出端，分动箱机构的输出端连接工程机械的液压主回路的主泵；拨叉，设置在分动箱机构中。本发明的优点是通过增加发动机负荷来避免作业效率低下，负荷与正常工作的液压系统独立，不影响正常工作，也不会降低主要液压元件的使用寿命；再生时，机器不需停止作业，可有效使发动机废气温度升高，实现微粒过滤器再生。
文档编号H02J15/00GK102444449SQ20111034112
公开日2012年5月9日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者曹东辉, 舒全禄, 马峰 申请人:上海三一重机有限公司