工程机械、动态节能方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种工程机械、动态节能方法及系统，其中，该动态节能系统用于动力传动系统，该动力传动系统设置有发动机和负载敏感变量泵，该动态节能系统包括：第一压力传感器，设置于所述负载敏感变量泵的出口端，测量所述负载敏感变量泵的出口压力；检测装置，连接于与所述负载敏感变量泵连接的主阀，用于测量所述主阀的控制信号；控制器，与所述第一压力传感器、所述检测装置及所述发动机分别连接，所述控制器用于根据所述控制信号确定当前主油路流量，并根据当前主油路流量及出口压力的需求动态调用其预设的发动机最优转速。因此，本发明的动态节能方法及系统能够动态调整发动机油耗，从而实现动态节能。
【专利说明】工程机械、动态节能方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种动态节能方法及系统，以及采用该动态节能方法及系统的工程机械。
【背景技术】
[0002]目前，工程机械如起重机的动力传动系统多采用电控发动机和负载敏感变量系统。其中，电控发动机带动负载敏感变量系统中的负载敏感变量泵运转，进而带动与变量泵相连的后续液压系统。这种动力传动系统的特点在于:一是，要求发动机的低速扭矩足够大，可以在不踩油门时满足各吊装工况的动力需求，同时转速越低越好。二是，负载敏感液控变量系统可以通过操作手柄角度位置控制先导压力，进而决定主阀的开度，即主油路的流量需求，负载敏感变量泵可以在转速不变的前提下变排量来满足流量的需求；变量泵输出压力与负载压力(即主阀输出压力)之间压差为定值。
[0003]上述动力传动系统中，负载敏感变量泵在不同压力及不同转速下存在机械效率和容积效率的差异很高，有时可高达40%，而这只能通过操作手根据流量需求对油泵排量进行调整。另外，上述动力传动系统中，发动机在不同转速及不同扭矩下的燃油消耗也相差很大，且系统能耗高。因此，上述这种动力传动系统无法满足对工程机械日益增高的经济效益和作业效率的要求。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提出一种动态节能方法及系统，能够动态调整发动机油耗，从而实现动态节能。本发明提出一种设置有该动态节能方法及系统的工程机械。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0006]一方面，本发明提供了一种动态节能系统，该动态节能系统用于动力传动系统，该动力传动系统设置有发动机和负载敏感变量泵，该动态节能系统包括:第一压力传感器，连接于所述负载敏感变量泵的出口端，用于测量所述负载敏感变量泵的出口压力；检测装置，连接于与所述负载敏感变量泵连接的主阀，用于测量所述主阀的控制信号；控制器，与所述第一压力传感器、所述检测装置及所述发动机分别连接，所述控制器用于根据所述主阀的控制信号确定当前主油路流量，并根据当前主油路流量及所述负载敏感变量泵出口压力的需求，动态控制发动机转速。
[0007]可选地，上述系统中，所述检测装置可包括:先导阀，配置有液控手柄，所述先导阀与所述主阀连接；第二压力传感器，设置于所述负载敏感变量泵的先导阀与主阀之间，并与所述控制器连接，用于测量所述先导阀的先导压力；其中，所述主阀的控制信号为先导压力，所述控制器内预设有所述先导压力与主阀开度的对应关系，并用于根据当前主阀开度确定当前作业所需的主油路流量。
[0008]可选地，上述系统中，所述检测装置可包括:先导阀，配置有电控手柄，所述先导阀与所述主阀连接；其中，所述控制信号为所述电控手柄的电流信号；所述电控手柄与所述控制器连接；所述控制器内预设有所述电流信号与主阀开度的对应关系，并用于根据当前主阀开度确定当前作业所需的主油路流量。
[0009]进一步地，上述系统中，所述控制器可包括:输入端，与所述检测装置及所述第一压力传感器连接，用于接收所述控制信号、及所述第一压力传感器检测到的出口压力；处理单元，与所述输入端连接，用于处理所述控制信号及所述出口压力，以获取当前所需的主油路流量及出口压力；存储单元，用于存储主油路流量及出口压力不同组合下对应的发动机最优转速；匹配单元，与所述处理单元及所述存储单元连接，用于在所述存储单元中查找与所述主油路流量及出口压力相匹配的发动机最优转速；输出端，与所述匹配单元及所述发动机连接，用于向所述发动机发送控制指令，使其以所查找到的发动机最优转速进行工作。
[0010]进一步地，上述系统中，所述控制器还包括:熄火控制单元，与所述处理单元连接，用于根据所述出口压力低于预设压力的时间长度，确定是否向所述发动机发出熄火指令。
[0011]相对于现有技术，本发明具有以下优势:
[0012]本发明的动态节能系统通过判断用户对主油路流量和油泵出口压力的需求，动态选取发动机最优转速，使发动机以其最优转速运转实现动态节能，这不仅能使发动机长期以最经济的(最优)转速工作，以降低油耗和排放，还能在满足用户对速度和力矩的要求同时，在不影响用户操作体验的前提下，进行节能控制。并且，本发明的动态节能系统中，可通过控制器的智能控制，从而取消油门踏板的操作，从而减少操作手的工作量。
[0013]另一方面，本发明还提供一种动力传动系统的动态节能方法，该动力传动系统设置有发动机和负载敏感变量泵，该动态节能方法包括:对应所述负载敏感变量泵的出口压力及主油路流量的不同组合，以发动机燃油消耗率与油泵效率的最小比值作为标准，预先设置并存储发动机最优转速；检测并获取当前作业所需的主油路流量及出口压力，并据此选取对应的发动机最优转速；将所选取的发动机最优转速作为控制指令发送给所述发动机，使所述发动机采用所选取的发动机最优转速进行工作。
[0014]进一步地，上述方法中，所述检测并获取当前作业所需的主油路流量包括:预先建立动力传动系统的主油路中主阀开度与主阀控制信号的对应关系；获取动力传动系统中当前主阀控制信号，通过所述当前主阀控制信号获取所述当前主阀开度，根据所述当前主阀开度确定当前作业所需的主油路流量；其中，所述主阀控制信号为用于控制所述先导阀的先导压力或电流信号。
[0015]进一步地，上述方法中，所述以发动机燃油消耗率与油泵效率的最小比值作为标准，预先设置并存储发动机最优转速包括:在台架实验上，建立发动机的万有特性曲线以及油泵效率特性曲线，确定不同主油路流量及出口压力组合下的发动机燃油消耗率与油泵效率；整机标定发动机的万有特性曲线，得到发动机的修正万有特性曲线，根据修正后的发动机燃油消耗率和油泵效率建立其与发动机转速、出口压力和油泵排量的对应关系；设置所述发动机燃油消耗率与所述油泵效率的最小比值为筛选条件；基于所述筛选条件，针对主油路流量及出口压力的不同组合，分别选取所述最小比值所对应的发动机转速，建立并存储所述发动机转速与相对应的主油路流量及出口压力之间的匹配关系。
[0016]相对于现有技术，本发明具有以下优势:
[0017]本发明的动态节能方法通过判断用户对主油路流量和油泵出口压力的需求，动态选取发动机最优转速，使发动机以其最优转速运转实现动态节能，这不仅能使发动机长期以最经济的(最优)转速工作，以降低油耗和排放，还能在满足用户对速度和力矩的要求同时，在不影响用户操作体验的前提下，进行节能控制。并且，本发明的动态节能方法可通过控制器的智能控制，从而取消油门踏板的操作，从而减少操作手的工作量。
[0018]又一方面，本发明提出一种工程机械，该工程机械设置有包含发动机和负载敏感变量泵的动力传动系统，所述工程机械还设置有上述任一种所述的动态节能系统。
[0019]由于上述任一种动态节能系统具有上述技术效果，因此，设有该动态节能系统的工程机械也应具备相应的技术效果，兹不赘述。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0021]图1为本发明提供的动态节能系统实施例一的组成示意图；
[0022]图2为本发明提供的动态节能系统实施例一中动态功率匹配原理不意图；
[0023]图3为本发明提供的动态节能系统实施例二的组成示意图；
[0024]图4为本发明提供的动态节能系统实施例二中动态功率匹配原理示意图。
[0025]附图标记说明
[0026]10控制器
[0027]20第二压力传感器
[0028]30第一压力传感器
[0029]40发动机
[0030]41 ECU
[0031]50负载敏感变量泵
[0032]51 主阀
[0033]52先导阀
[0034]53液控手柄
[0035]54 电控手柄
[0036]60后续液压系统
【具体实施方式】
[0037]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相
互组合。
[0039]本发明的基本思想在于:基于负载敏感变量系统中，变量油泵在不同压力及不同转速下的效率差异以及发动机在不同转速和不同扭矩下燃油消耗的差异，设计一种动态功率匹配式的节能方法及系统，以发动机燃油消耗率与油泵效率的最小比值为标准，选取发动机的最优转速，进而实现动态节能。[0040]下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明:
[0041]系统实施例
[0042]本实施例提出一种动态节能系统，该动态节能系统用于动力传动系统，该动力传动系统设置有发动机40和负载敏感变量泵50。该动态节能系统包括:第一压力传感器30、检测装置以及控制器10。其中，第一压力传感器30，连接于负载敏感变量泵50的出口端，用于测量负载敏感变量泵50的出口压力。在动力传动系统的主油路上，负载敏感变量泵50连接主阀51，检测装置连接于主阀51，检测装置用于测量主阀51的控制信号。控制器10与第一压力传感器30、检测装置及发动机40分别连接，控制器10用于根据主阀51的控制信号确定当前主油路流量，并根据当前主油路流量及负载敏感变量泵50的出口压力的需求，动态控制发动机转速，例如，通过调用其预设的发动机最优转速来控制发动机转速，使其一直处于最优状态。
[0043]本实施例中，控制器10通过第一压力传感器30获取到出口压力，进而可确定负载敏感变量泵50的当前出口压力。控制器10通过检测装置获取到主阀51的控制信号，根据主阀51的控制信号确定主阀开度，进而根据主阀开度确定当前主油路流量。这样，控制器10可根据当前主油路流量及出口压力的需求，动态调用其预设的发动机最优转速，该发动机最优转速是以发动机燃油消耗率与油泵效率的最小比值为标准选取的，能够根据用户对速度的需求和实际负载情况实现动态节能。
[0044]需要说明的是，本实施例中，预设的发动机最优转速是指:针对不同的主油路流量及出口压力，以发动机燃油消耗率与负载敏感变量泵的效率的最小比值为筛选条件，对应选取的发动机工作油耗最低且排放最小即最经济的转速。
[0045]因此，本实施例的动态节能系统通过判断负载对主油路流量和油泵出口压力的需求,动态选取发动机最优转速，使发动机以其最优转速运转实现动态节能，这不仅能使发动机长期以最经济的(最优)转速工作，以降低油耗和排放，还能在满足用户对速度和力矩的要求同时，在不影响用户操作体验的前提下，进行节能控制。并且，在本实施例的动态节能系统中，可通过控制器的智能控制，从而取消油门踏板的操作，从而减少操作手的工作量。
[0046]实施例一
[0047]参照图1和图2，其分别示出了动态节能系统实施例一的结构和工作原理。本实施例一以液控负责敏感变量系统为例，因此，上述实施例提出的动态节能系统中，检测装置则可进一步包括:先导阀52及第二压力传感器20。如图1和图2所示，先导阀52配置有液控手柄53，先导阀52与主阀51连接。第二压力传感器20设置于负载敏感变量泵50的先导阀52与主阀51之间，并与控制器10连接，第二压力传感器20用于测量先导阀52的先导压力。其中，本实施例的动力传动系统的主油路上，主阀51连接有后续液压系统60。
[0048]本实施例中，控制信号为先导压力，控制器10内预设有先导压力与主阀开度的对应关系，控制器10用于根据当前主阀开度确定当前作业所需的主油路流量。
[0049]需要说明的是，上述动态节能系统中，第一压力传感器为用于测量变量泵出口压力的传感器，第二压力传感器为用于测量先导压力的传感器。本实施例在传统的负载敏感变量系统的基础上，提出的动态节能系统可以实现根据操作手对动作快慢的需求和负载的压力，动态匹配出燃油消耗最低的经济转速，然后给发动机E⑶(Electronic ControlUnit,电子控制单元)发出控制指令，使发动机工作于在该转速下。[0050]在一可选实施例中，上述控制器10可通过E⑶41与发动机40连接。
[0051]在一可选实施例中，上述控制器10可包括以下结构:输入端、处理单元、存储单元、匹配单元以及输出端。其中:
[0052]输入端与第一压力传感器30及第二压力传感器20连接，用于接收第一压力传感器30检测到的出口压力以及第二压力传感器20检测到的先导压力信号。
[0053]处理单元与输入端连接，用于处理先导压力信号及出口压力，以获取当前所需的主油路流量及出口压力。
[0054]存储单元用于存储主油路流量及出口压力不同组合下对应的发动机最优转速。
[0055]匹配单元与处理单元及存储单元连接，用于在存储单元中查找与主油路流量及出口压力相匹配的发动机最优转速。
[0056]输出端与匹配单元及发动机40的E⑶41连接，用于向发动机40发送控制指令，使其以所查找到的发动机最优转速进行工作。
[0057]其中，存储单元还可用于存储先导阀52的先导压力与主阀开度的对应关系。处理单元还可用于基于先 导压力与主阀开度的对应关系，以及根据当前主阀开度确定当前作业所需的主油路流量。
[0058]在一优选实施例中，控制器10还包括:熄火控制单元，熄火控制单元与处理单元连接，熄火控制单元用于根据处理单元检测到的出口压力低于预设压力的时间长度，确定是否向发动机40发出熄火指令。例如，当出口压力低于预设压力的时间超过设定时长时，向发动机40发出熄火指令。
[0059]需要说明的是，本实施例可根据出口压力的大小来判定是否开始计时，如果实际出口压力小于预设压力，则开始计时。其中，预设压力可为无动作时的出口压力。当计时时长达到预先设定时长时，给发动机发出熄火指令。
[0060]下面结合图2，说明一下上述动态节能系统的工作原理:
[0061]如图2所示，在台架上对先导压力与主阀开度的关系进行详细实验，得到二者之间的对应关系数据，输入数据库里。同样，在台架上，将负载敏感变量泵的效率(容积效率和机械效率)与压力、转速的关系进行详细实验，并将试验结果数据输入数据库。在整机上，对发动机的万有特性进行重新标定，得到修正万有特性数据，然后输入数据库。以发动机万有特性的燃油消耗率与油泵效率的比值最低作为评价标准，得到不同主油路流量及出口压力下的发动机最优转速的匹配表，如表1所示:
[0062]
【权利要求】
1.一种动态节能系统，用于动力传动系统，该动力传动系统设置有发动机(40)和负载敏感变量泵(50)，其特征在于，该动态节能系统包括: 第一压力传感器(30)，连接于所述负载敏感变量泵(50)的出口端，用于测量所述负载敏感变量泵(50)的出口压力； 检测装置，连接于与所述负载敏感变量泵(50)连接的主阀(51)，用于测量所述主阀(51)的控制信号； 控制器(10)，与所述第一压力传感器(30)、所述检测装置及所述发动机(40)分别连接，所述控制器(10)用于根据所述主阀(51)的控制信号确定当前主油路流量，并根据当前主油路流量及所述负载敏感变量泵(50)的出口压力的需求，动态控制发动机转速。
2.根据权利要求1所述的动态节能系统，其特征在于，所述检测装置包括: 先导阀(52 )，配置有液控手柄(53 )，所述先导阀(52 )与所述主阀(51)连接； 第二压力传感器(20)，设置于所述先导阀(52)与主阀(51)之间，并与所述控制器(10)连接，用于测量所述先导阀(52)的先导压力。
3.根据权利要求2所述的动态节能系统，其特征在于，所述主阀(51)的控制信号为先导压力，所述控制器(10)内预设有所述先导压力与主阀开度的对应关系，并用于根据当前主阀开度确定当前作业所需的主油路流量。
4.根据权利要求1所述的动态节能系统，其特征在于，所述检测装置包括: 先导阀(52 )，配置有电控手柄(54)，所述先导阀(52 )与所述主阀(51)连接； 其中，所述主阀(51)的控制信号为所述电控手柄(54)的电流信号；所述电控手柄(54)与所述控制器(10)连接；所述控制器(10)内预设有所述电流信号与主阀开度的对应关系，并用于根据当前主阀开度确定当前作业所需的主油路流量。
5.根据权利要求2至4任一项所述的动态节能系统，其特征在于，所述控制器(10)包括: 输入端，与所述检测装置及所述第一压力传感器(30)连接，用于接收所述控制信号及所述第一压力传感器(30)检测到的出口压力； 处理单元，与所述输入端连接，用于处理所述控制信号及所述出口压力，以获取当前所需的主油路流量及出口压力； 存储单元，用于存储主油路流量及出口压力不同组合下对应的发动机最优转速； 匹配单元，与所述处理单元及所述存储单元连接，用于在所述存储单元中查找与所述主油路流量及出口压力相匹配的发动机最优转速； 输出端，与所述匹配单元及所述发动机(40)连接，用于向所述发动机(40)发送控制指令，使其以所查找到的发动机最优转速进行工作。
6.根据权利要求5所述的动态节能系统，其特征在于，所述控制器(10)还包括: 熄火控制单元，与所述处理单元连接，用于当所述出口压力低于预设压力的时间超过设定时长时，向所述发动机(40)发出熄火指令。
7.一种动态节能方法，用于动力传动系统，该动力传动系统设置有发动机和负载敏感变量泵，其特征在于，该动态节能方法包括: 对应所述负载敏感变量泵的出口压力及主油路流量的不同组合，以发动机燃油消耗率与油泵效率的最小比值作为标准，预先设置并存储发动机最优转速；检测并获取当前作业所需的主油路流量及出口压力，并据此选取对应的发动机最优转速； 将所选取的发动机最优转速作为控制指令发送给所述发动机，使所述发动机采用所选取的发动机最优转速进行工作。
8.根据权利要求7所述的动态节能方法，其特征在于，所述检测并获取当前作业所需的主油路流量包括: 预先建立动力传动系统的主油路中主阀开度与主阀控制信号的对应关系； 获取动力传动系统中当前主阀控制信号，通过所述当前主阀控制信号获取所述当前主阀开度，根据所述当前主阀开度确定当前作业所需的主油路流量； 其中，所述主阀控制信号为用于控制所述先导阀的先导压力或电流信号。
9.根据权利要求8所述的动态节能方法，其特征在于，所述以发动机燃油消耗率与油泵效率的最小比值作为标准，预先设置并存储发动机最优转速包括: 通过实验，建立发动机的万有特性曲线以及油泵效率特性曲线，确定不同主油路流量及出口压力组合下的发动机燃油消耗率与油泵效率； 整机标定发动机的万有特性曲线，得到发动机的修正万有特性曲线，根据修正后的发动机燃油消耗率和油泵效率建立其与发动机转速、出口压力和油泵排量的对应关系； 设置所述发动机燃油消耗率与所述油泵效率的最小比值为筛选条件；基于所述筛选条件，针对主油路流量及出口压力的不同组合，分别选取所述最小比值所对应的发动机转速，建立并存储所述发动机转速与相对应的主油路流量及出口压力之间的匹配关系。
10.一种工程机械，设置有包含发动机和负载敏感变量泵的动力传动系统，其特征在于，该工程机械还设置有权利要求1至6任一项所述的动态节能系统。
【文档编号】F02D29/04GK103925089SQ201410140063
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】唐修俊, 谭松涛, 曹小佳 申请人:三一汽车起重机械有限公司