CN104265473B - 一种发动机的节能控制系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机的节能控制系统及工程机械，属于工程机械领域。一种发动机的节能控制系统，应用于工程机械中的液压系统，采用发动机带动变量泵运行，所述变量泵作为所述液压系统的动力源，控制器根据所述变量泵的压力值，调节所述发动机的转速，使所述发动机维持于与所述压力值对应的目标功率，以及使所述变量泵维持对应所述压力值的目标排量。根据变量泵压力的不同和发动机的万有特性曲线，确定发动机的目标转速和目标功率，通过转速闭环控制回路和排量闭环控制回路使发动机工作在节能区，达到节能的目的。

Description

一种发动机的节能控制系统及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及用以机械式或电控式发动机的节能控制系统及工程机械。

背景技术

发动机是一种能够把其它形式的能量转化为机械能的机器，包括如内燃机(汽油发动机、柴油发动机等)、外燃机(斯特林发动机、蒸汽机等)、电动机等。如柴油发动机通常是把化学能转化为机械能。柴油发动机主要应用于工程机械领域，由于工程机械的工作条件比较恶劣，负载变化大，柴油发动机经常偏离经济油耗区，使发动机性能得不到充分发挥，能量浪费严重。

针对上述问题，即现有的工程机械负载变化大，发动机经常偏离低油耗区，能源浪费严重。

发明内容

针对现有的发动机存在的上述问题，现提供一种旨在实现使发动机工作在经济区，达到节能目的发动机的节能控制系统及工程机械。

具体技术方案如下：

一种发动机的节能控制系统，应用于工程机械中的液压系统，采用发动机带动变量泵运行，所述变量泵作为所述液压系统的动力源，控制器根据所述变量泵的压力值，调节所述发动机的转速，使所述发动机维持于与所述压力值对应的目标功率，以及使所述变量泵维持对应所述压力值的目标排量。

优选的，包括：

压力采集装置，分别连接所述控制器和所述变量泵，用以采集所述变量泵的压力值，并将所述压力值发送至所述控制器；

转速传感器，分别连接所述控制器和所述发动机，用以采集所述发动机的转速信号，并将所述转速信号发送至所述控制器；

所述控制器根据接收到的压力值获取相应的目标转速信号，根据所述目标转速信号以及所述转速信号调节所述发动机的转速。

优选的，所述控制器根据接收到的压力值获取相应的目标排量。

优选的，还包括：

流量传感器，分别连接所述控制器和所述变量泵，用以采集所述变量泵的流量信号，并将所述流量信号发送至所述控制器；

所述控制器根据接收到的流量信号调节所述变量泵的目标排量，以使所述变量泵维持对应所述压力值的目标排量；比例电磁阀，分别连接所述控制器和所述变量泵，用以接收所述控制器发送的所述排量信号，并根据接收到的所述排量信号控制所述变量泵的排量。

优选的，所述发动机为机械控制式发动机。

优选的，所述控制器预设有复数个分段功率区间，每个分段功率区间对应所述发动机的一个目标功率值，每个所述目标功率值对应发动机的一目标转速，所述控制器将接收到的所述压力值与复数个分段功率区间进行匹配，获取与所述压力值对应的功率分段区间，根据获取的所述功率分段区间获取对应的所述发动机的目标功率值，根据获得的所述目标功率值获取对应的目标转速。

优选的，在所述控制器对所述压力值进行匹配之前，对所述压力值进行滤波。

优选的，所述发动机的节能控制系统还包括：

油门电机，分别连接所述控制器和所述发动机，用以接收所述控制器发送的控制信号，以控制所述发动机的转速；

油门电压传感器，分别连接所述控制器、所述油门电机和所述发动机，用以采集油门位置电压信号，并将所述油门位置电压信号发送至所述控制器；

所述控制信号为所述控制器根据所述目标转速、所述转速信号和所述油门位置电压信号获取的信号。

优选的，所述发动机为电控式发动机，所述控制器预设有复数个期望功率值，每个所述期望功率值对应一个目标转速，所述控制器根据接收到的压力值获取与所述压力值对应的期望功率值，所述控制器根据所述期望功率值获取对应的目标转速，所述控制器根据所述目标转速通过调节所述发动机的喷油量以控制所述发动机的转速。

一种工程机械，其中，包括所述发动机的节能控制系统。

上述技术方案的有益效果：

根据变量泵压力的不同和发动机的万有特性曲线，确定发动机的目标转速和目标功率，通过转速闭环控制回路和排量闭环控制回路使发动机工作在节能区(经济区)，达到节能的目的。

附图说明

图1为本发明所述发动机的节能控制系统的一种实施例的控制框图；

图2为本发明所述发动机的节能控制系统的另一种实施例的控制框图。

附图中：1.控制器；2.转速传感器；3.油门电压传感器；4.油门电机；5.比例电磁阀；6.流量传感器；7.压力采集装置；8.发动机；9.变量泵；10.液压系统。

具体实施方式

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的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。

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。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1和图2所示，一种发动机的节能控制系统，应用于工程机械中的液压系统10，采用发动机8带动变量泵9运行，变量泵9作为液压系统10的动力源，控制器1根据变量泵9的压力值，调节发动机8的转速，使发动机8维持于与压力值对应的目标功率，以及使变量泵9维持对应压力值的目标排量。

在本实施例中根据变量泵9压力的不同和发动机8的万有特性曲线，确定发动机8的功率，通过转速闭环控制回路和排量闭环控制回路使发动机8工作在节能区，达到节能的目的，从而提高发动机8的工作效率，该节能控制系统可采用计算机语言实现。

在优选的实施例中，如图1和图2所示，包括：压力采集装置7和转速传感器2；压力采集装置7分别连接控制器1和变量泵9，用以采集变量泵9的压力值，并将压力值发送至控制器1；转速传感器2分别连接控制器1和发动机8，用以采集发动机8的转速信号，并将转速信号发送至控制器1；控制器1根据接收到的压力值获取相应的目标转速信号，根据目标转速信号以及转速信号调节发动机8的转速。

在本实施例中压力采集装置7可采用压力传感器，通过压力传感器获取变量泵9的压力值，以确定负载的情况。进一步的还可根据工作油缸的压力或工作装置的姿态来确定负载的情况。

在优选的实施例中，控制器1根据接收到的压力值获取相应的目标排量，用以对变量泵9的排量进行控制。

在优选的实施例中，如图1和图2所示，还包括：流量传感器6和比例电磁阀5；流量传感器6分别连接控制器1和变量泵9，用以采集变量泵9的流量信号，并将流量信号发送至控制器1；控制器1根据接收到的流量信号调节变量泵9的目标排量，以使变量泵9维持对应压力值的目标排量；比例电磁阀5分别连接控制器1和变量泵9，用以接收控制器1发送的排量信号，并根据接收到的排量信号控制变量泵9的排量。

在本实施例中控制器1向比例电磁阀5输出排量信号以控制变量泵9的排量，并通过流量传感器6实时采集变量泵9流量，在控制器1内转化为排量后，实现变量泵9排量的闭环控制。

在优选的实施例中，发动机8为机械控制式发动机。

在优选的实施例中，控制器1预设有复数个分段功率区间，每个分段功率区间对应发动机8的一个目标功率值，每个目标功率值对应发动机8的一目标转速，控制器1将接收到的压力值与复数个分段功率区间进行匹配，获取与压力值对应的功率分段区间，根据获取的功率分段区间获取对应的发动机8的目标功率值，根据获取的目标功率值获取对应的目标转速。

在本实施例中每一个目标功率值对应一个发动机8的最佳工作点。

在优选的实施例中，在控制器1对压力值进行匹配之前，对压力值进行滤波，去除噪声，以确保压力值能够正确匹配。

在优选的实施例中，如图1所示，发动机的节能控制系统还包括：油门电机4和油门电压传感器3；油门电机4分别连接控制器1和发动机8，用以接收控制器1发送的控制信号，以控制发动机8的转速；油门电压传感器3分别连接控制器1、油门电机4和发动机8，用以采集油门位置电压信号，并将油门位置电压信号发送至控制器1；控制信号为控制器1根据目标转速、转速信号和油门位置电压信号获取的信号。

进一步的，如图1所示，在控制机械式发动机的转速及变量泵9的排量时，转速闭环控制回路包括：压力采集装置7、控制器1、油门电机4、转速传感器2和油门电压传感器3；

压力采集装置7用以采集变量泵9的压力值；控制器1对压力采集装置7发送的压力值进行滤波和分区间处理，获取发动机8的分段功率区间；油门电机4用以接收控制器1发送的控制信号，以控制发动机8的转速；转速传感器2用以采集发动机8的转速信号，并将转速信号发送至控制器1；油门电压传感器3用以采集油门位置电压信号，并将油门位置电压信号发送至控制器1。

对于机械式发动机，其转速调节是通过油门电机4拉动油门拉杆来实现的，机械式的滞后和频繁的拉动油门拉杆，会造成电机使用寿命的缩短及振动等问题，因此对压力(负载)实行区间划分，每个压力区间对应一个发动机8的分段功率区间，每个分段功率区间又对应一个最经济工作点，通过调节油门拉杆位置和变量泵9的排量，使发动机8工作在该点。采用发动机8分段功率区间控制，减少油门拉杆的频繁调节，且延长了电机的使用寿命，达到了节能的目的。

控制机械式发动机的转速及变量泵9的排量的原理为：

首先控制器1将接收到的变量泵9的压力值，经过滤波和分区间处理，确定期望的发动机8的分段功率区间；根据该分段功率区间确定发动机8目标转速和变量泵9目标排量；然后控制器1向油门电机4输出控制信号控制发动机8的转速，并通过转速传感器2和油门电压传感器3实时采集发动机8转速和油门位置电压，实现发动机8转速的闭环控制；控制器1向比例电磁阀5输出控制信号以控制变量泵9的排量，并通过流量传感器6实时采集变量泵9流量，在控制器1内转化为排量后，实现变量泵9排量的闭环控制。

通过将变量泵9的压力值(负载)进行区间划分，确定发动机8的分段功率，既可以使发动机8工作在经济区，又可以避免频繁驱动油门电机4，采用的发动机8分段功率区间控制，也可以称为分工况功率控制，可根据分段功率区间控制各种动力模式。

在优选的实施例中，发动机8为电控式发动机，控制器1预设有复数个期望功率值，每个期望功率值对应一个目标转速，控制器1根据接收到的压力值获取与压力值对应的期望功率值，控制器1根据期望功率值获取对应的目标转速，控制器1根据目标转速通过调节发动机8的喷油量以控制发动机8的转速。

进一步的，如图2所示，在控制电控式发动机的转速及变量泵9的排量时，转速闭环控制回路包括：压力采集装置7、控制器1和转速传感器2；

压力采集装置7用以采集变量泵9的压力值；控制器1连接压力采集装置7，控制器1对压力采集装置7发送的压力值进行滤波和分区间处理，获取发动机8的目标转速；转速传感器2分别连接控制器1和发动机8，用以采集发动机8的转速信号，并将转速信号发送至控制器1。

对于电控式发动机8的转速调节无需通过油门电机4拉动油门拉杆来实现也不用划分负载区间，可根据压力值(负载)大小，确定发动机8的期望功率值，每个功率值又对应一个最经济工作点，控制器1根据期望功率值和转速信号获取的目标转速，控制器1通过调节发动机8喷油量，使发动机8工作在该点。实时调节发动机8转速，使发动机8工作处于最佳经济工作点，从而达到节能的目的。

进一步的，如图2所示，在控制电控式发动机的转速及变量泵9的排量时，排量闭环控制回路包括：流量传感器6和比例电磁阀5；

流量传感器6分别连接控制器1和变量泵9，用以采集变量泵9的流量信号，并将流量信号发送至控制器1；控制器1根据期望功率值获取变量泵9的目标排量；比例电磁阀5分别连接控制器1和变量泵9，用以接收控制器1发送的排量信号，并根据接收到的排量信号控制变量泵9的排量；控制器1根据目标排量和流量信号获取排量信号，从而控制变量泵9的排量，使发动机8工作在最佳经济工作点。

控制电控式发动机8的转速及变量泵9的排量的原理为：

首先控制器1将接收到的变量泵9压力值经过滤波等信号处理后，确定期望的发动机8的期望功率值，然后根据该期望功率值确定发动机8目标转速和变量泵9目标排量；控制器1通过调节发动机8喷油量控制发动机8的转速，并通过转速传感器2实时采集发动机8转速，实现发动机8转速的闭环控制；控制器1向比例电磁阀5输出控制信号控制变量泵9的排量，并通过流量传感器6实时采集变量泵9流量，在控制器1内转化为排量后，实现变量泵9排量的闭环控制。

通过根据变量泵9压力(负载)大小，实时控制发动机8转速和功率，使发动机8一直工作在经济区，达到节能的目的。

本发明的技术方案中还包括一种工程机械包括上述中任一发动机的节能控制系统用。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种发动机的节能控制系统，应用于工程机械中的液压系统，采用发动机带动变量泵运行，所述变量泵作为所述液压系统的动力源，其特征在于，所述发动机为机械控制式发动机，

控制器根据所述变量泵的压力值，调节所述发动机的转速，使所述发动机维持于与所述压力值对应的目标功率，以及使所述变量泵维持对应所述压力值的目标排量；

还包括压力采集装置，分别连接所述控制器和所述变量泵，用以采集所述变量泵的压力值，并将所述压力值发送至所述控制器；

转速传感器，分别连接所述控制器和所述发动机，用以采集所述发动机的转速信号，并将所述转速信号发送至所述控制器；

油门电机，分别连接所述控制器和所述发动机，用以接收所述控制器发送的控制信号，以控制所述发动机的转速；

油门电压传感器，分别连接所述控制器、所述油门电机和所述发动机，用以采集油门位置电压信号，并将所述油门位置电压信号发送至所述控制器；

所述控制信号为所述控制器根据所述目标转速、所述转速信号和所述油门位置电压信号获取的信号；

所述控制器预设有复数个分段功率区间，每个分段功率区间对应所述发动机的一个目标功率值，每个所述目标功率值对应发动机的一目标转速，所述控制器将接收到的所述压力值与复数个分段功率区间进行匹配，获取与所述压力值对应的功率分段区间，根据获取的所述功率分段区间获取对应的所述发动机的目标功率值，根据获取的所述目标功率值获取对应的目标转速；

所述控制器将接收到的所述变量泵的压力值，确定期望的所述发动机的分段功率区间；根据所述分段功率区间确定所述发动机的目标转速和所述变量泵的目标排量；然后所述控制器向所述油门电机输出控制信号控制所述发动机的转速，并通过所述转速传感器和所述油门电压传感器实时采集所述发动机的转速和油门位置电压，实现所述发动机的转速的闭环控制；所述控制器向一比例电磁阀输出控制信号以控制所述变量泵的排量，并通过一流量传感器实时采集所述变量泵的流量，在所述控制器内转化为排量后，实现所述变量泵的排量的闭环控制。

2.如权利要求1所述发动机的节能控制系统，其特征在于，在所述控制器对所述压力值进行匹配之前，对所述压力值进行滤波。

3.一种发动机的节能控制系统，应用于工程机械中的液压系统，采用发动机带动变量泵运行，所述变量泵作为所述液压系统的动力源，其特征在于，所述发动机为电控式发动机，

还包括流量传感器，分别连接所述控制器和所述变量泵，用以采集所述变量泵的流量信号，并将所述流量信号发送至所述控制器；

所述控制器根据接收到的流量信号调节所述变量泵的目标排量，以使所述变量泵维持对应所述变量泵的压力值的目标排量；

比例电磁阀，分别连接所述控制器和所述变量泵，用以接收所述控制器发送的所述排量信号，并根据接收到的所述排量信号控制所述变量泵的排量；

所述控制器预设有复数个期望功率值，每个所述期望功率值对应一个目标转速，所述控制器根据接收到的压力值获取与所述压力值对应的期望功率值，所述控制器根据所述期望功率值获取对应的目标转速，所述控制器根据所述目标转速通过调节所述发动机的喷油量以控制所述发动机的转速；

所述控制器依据接收到的所述变量泵的压力值确定期望的所述发动机的期望功率值，然后根据所述期望功率值确定所述发动机的目标转速和所述变量泵的目标排量；所述控制器通过调节所述发动机的喷油量控制所述发动机的转速，并通过所述转速传感器实时采集所述发动机转速，实现所述发动机转速的闭环控制；所述控制器向所述比例电磁阀输出控制信号控制所述变量泵的排量，并通过所述流量传感器实时采集所述变量泵的流量，在所述控制器内转化为排量后，实现所述变量泵排量的闭环控制。

4.如权利要求3所述发动机的节能控制系统，其特征在于，在所述控制器对所述压力值进行匹配之前，对所述压力值进行滤波。

5.一种工程机械，其特征在于，包括如权利要求1或3所述发动机的节能控制系统。