CN106232906A - 用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开了：用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置及其控制方法，其能够根据作业装置的负荷通过控制发动机转速和液压泵排出流量来提高燃料效率。根据本发明的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置包括：燃料效率模式选择装置；发动机转速控制装置；液压泵控制装置；作业装置操作感测装置以及控制器，其中，控制器具有第一控制模式，在第一控制模式中，如果选择了燃料节省模式，则输出低于普通模式的一定发动机转速的发动机转速并增大液压泵的斜盘旋转角度以与作业装置操作杆的操作量对应，如果液压泵的斜盘旋转角度达到斜盘的最大倾斜角，则增加发动机转速以从液压泵排出与作业装置操作杆的操作量对应的流量。

Description

用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置及其控制方法，更具体地，涉及这样一种用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置及其控制方法，其能够根据作业装置负荷通过控制发动机转速和液压泵的排出流量来提高燃料效率。
背景技术
当工作容积是液压泵工作的主要关注点时，使发动机转速增加到允许最大输入扭矩的液压泵的输出功率的水平，即使当液压泵的输入扭矩在低负荷时下降时，也能够通过发动机转速保持足够的排出流量。
高负荷时的工作容积受限于与所述负荷对应的预定功率，其中，发动机转速被操作在相对高的范围中。因此，当液压泵的输入扭矩处于相对低的范围中时，将出现发动机的燃料消耗增加的问题。
另一方面，已经存在通过减小发动机转速并增加液压泵的输入扭矩同时使液压泵的输出功率保持不变来改善燃料消耗的方法。然而，由于在低负荷时液压泵的最大排出流量受发动机转速限制，所以所述方法存在降低作业速度的缺点。
由于驱动液压泵的发动机的最大输出功率被限制性地设置，所以液压泵的最大驱动扭矩被限制到低于发动机的最大扭矩。另外，已经存在选择发动机控制模式的装置，通过所述装置设置发动机转速和液压泵的输入扭矩以根据作业条件控制作业速度。如图1所示，在低负荷作业(压力低于A)的情况下，主控制阀(MCV)被切换到最大，以使液压泵排出与液压泵的最大排出容积率成比例的流量，所述液压泵的最大排出容积率与发动机转速相关联。反之，如图1中所示在高负荷的情况下，作业装置上产生的压力增加，因此，最大排出流量逐渐减小，这导致作业装置的速度下降。
发明内容
技术问题
因此，为解决在现有技术中出现的上述问题作出本发明，本发明的目的在于提供用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置以及控制方法，其通过选择燃料节省模式，可以在作业装置的速度和功率与在普通模式中的速度和功率处于相同的水平的情况下，实现改善的燃料效率。
技术方案
根据本发明的一个实施例，为了实现上述目的，提供一种用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置，包括：
燃料效率模式选择装置，用于选择燃料节省模式或普通模式；
发动机转速控制装置，用于控制发动机转速；
液压泵控制装置，用于通过控制液压泵的斜盘旋转角度来控制液压泵的容积率；
作业装置操作感测装置，用于感测操作杆的操作量以操作作业装置；
控制器，具有第一控制模式，其中，在选择燃料节省模式的情况下，使发动机转速以比普通模式的转速低的转速输出，同时，液压泵的斜盘旋转角度与操作杆的操作量对应地增加，在液压泵的斜盘旋转角度达到最大角度的情况下，使发动机转速增加以排出与操作杆的操作量对应的流量。
根据本发明的实施例，一种用于控制工程机械的发动机和液压泵的方法，包括：
通过燃料效率模式选择装置选择燃料节省模式或普通模式；
在选择燃料节省模式的情况下，输入彼此大小不同的第一发动机转速和第二发动机转速；
基于针对操作杆的操作量所需的流量和第一发动机转速与第二发动机转速之间的较低的发动机转速来计算液压泵的容积率；
在计算的液压泵的容积率与预定的最大值相同的情况下，基于第一发动机转速与第二发动机转速之间的较高的发动机转速来计算液压泵所需的功率；
在计算的液压泵所需的功率高于预定的最大值的情况下，限制发动机转速和液压泵的容积率两者。
更优选地，所述控制器包括第二控制模式，使得在普通模式的情况下，计算液压泵的容积率以排出与操作杆的操作量对应的流量，并将计算的容积率施加到液压泵的驱动单元。
控制器通过考虑与所述操作杆的操作量对应的流量和通过被构造在液压泵的供应路径的上侧上的感测装置感测的液压泵压力来计算液压泵所需的功率，并包括第三控制模式，其在燃料节省模式的情况下输出受限制的发动机转速和容积率，以使计算的液压泵所需的功率被限制到预定的值。
所述控制器包括第四控制模式，其在普通模式的情况下输出受限制的液压泵的容积率。
第三控制模式中的发动机转速被限制为低于第四控制模式中的发动机转速。
所述控制器还包括在普通模式的情况下，通过考虑第一发动机转速与第二发动机转速之间的较高的发动机转速和与操作杆的操作量对应的流量来计算液压泵的容积率的步骤，和当使用第一发动机转速与第二发动机转速之间的较高的发动机转速进行计算时，如果计算的液压泵所需的功率高于预定的最大值，则限制液压泵的容积率的步骤。
有益效果
根据具有上述元件的本发明，在燃料节省模式中作业装置的速度和功率与在普通模式中作业装置的速度和功率保持相同水平时，改善燃料效率并增加可靠性。
附图说明
图1表示可变容量液压泵的最大扭矩的线。
图2示出了在根据本发明的实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置中在高负荷下的发动机运转点和燃料效率的对比线。
图3是示出在根据本发明的实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置中燃料节省模式的曲线。
图4是示出根据本发明的实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置中的在低负荷下的发动机运转点和燃料效率的对比线的曲线。
图5是根据本发明的实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的方法的流程图。
图6是表示根据本发明的实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置的控制器构造的图。
<附图中主要部件的标号的解释>
10：燃料效率模式选择装置
20：发动机转速控制装置
30：液压泵控制装置
40：作业装置操作感测装置
50：控制器
60：液压泵压力感测装置
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的优选实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置及其方法。
图2示出了在根据本发明的实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置中在高负荷下的发动机运转点和燃料效率的对比线，图3是示出在根据本发明的实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置中燃料节省模式的曲线，图4是示出根据本发明的实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置中的在低负荷下的发动机运转点和燃料效率的对比线的曲线，图5是根据本发明的实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的方法的流程图，图6是表示根据本发明的实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置的控制器构造的图。
参照图5和图6，根据本发明的实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置，所述工程机械具有通过发动机运转的可变容量液压泵和由液压泵的工作油操作的作业装置，所述用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置包括：
燃料效率模式选择装置(10)，用于选择燃料节省模式(10a)或普通模式(10b)；
发动机转速控制装置(20)，用于控制发动机转速；
液压泵控制装置(30)，用于通过控制液压泵的斜盘旋转角度来控制液压泵的容积率；
作业装置操作感测装置(40)，用于感测操作杆(RCV)的操作量以操作作业装置；
控制器(50)，具有第一控制模式，其中，在选择燃料节省模式(10a)的情况下，使发动机转速以比普通模式(10b)的转速低的转速输出，同时液压泵的斜盘旋转角度与操作杆的操作量对应的增加，在液压泵的斜盘旋转角度达到最大角度的情况下，使发动机转速增加以排出与操作杆的操作量对应的流量。
控制器(50)可包括第二控制模式，使得在普通模式(10b)的情况下，发动机转速以比燃料节省模式(10a)的转速高的转速输出，计算液压泵的容积率以排出与操作杆的操作量对应的流量，并将所计算的容积率施加到液压泵的驱动单元。
控制器(50)可包括第三控制模式，其通过考虑与操作杆的操作量对应的流量和通过被构造在液压泵的供应路径的上侧上的感测装置(60)感测的液压泵压力来计算液压泵所需的功率，并且在燃料节省模式(10a)的情况下，输出受限制的发动机转速和容积率，以使计算的液压泵所需的功率被限制到预定的值。
控制器(50)可包括第四控制模式，其在普通模式(10b)的情况下，输出受限制的容积率。
第三控制模式中的发动机转速可被限制为低于第四控制模式中的发动机转速。
参照图5，根据本发明的一个实施例的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置及其控制方法，所述工程机械包括：发动机、由所述发动机驱动的可变容量液压泵以及被所述液压泵的工作油驱动的作业装置，所述用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置包括：燃料模式选择装置(10)，用于选择燃料节省模式(10a)或普通模式(10b)；发动机转速控制装置(20)；液压泵控制装置(30)，用于控制所述液压泵的容积率；作业装置操作感测装置(40)，用于感测作业装置操作杆的操作量以操作作业装置；控制器(50)，接收燃料模式选择装置(10)的选择信号及来自作业装置操作感测装置(40)的感测信号，并根据燃料节省模式(10a)的选择而计算所需的液压泵容积率和发动机转速，从而向液压泵控制装置(30)和发动机转速控制装置(20)输出计算值，所述方法包括：
步骤(S10)：输入燃料节省模式以提高燃料效率；
步骤(S20)：通过燃料效率模式选择装置(10)选择燃料节省模式(10a)或普通模式(10b)；
步骤(S30)：在选择燃料节省模式(10a)的情况下，输入彼此大小不同的第一发动机转速和第二发动机转速(N1，N2)；
步骤(S40)：计算针对作业装置的操作量所需的流量；
步骤(S50)：基于针对作业装置的操作量所需的流量和第一发动机转速与第二发动机转速(N1，N2)之间的较低的发动机转速(例如，N2)来计算液压泵的容积率；
步骤(S60)：确定计算的液压泵的容积率是否与预定的最大值相同；
步骤(S70)：在计算的液压泵的容积率与预定的最大值相同的情况下，使用较高的发动机转速(N1)来替代较低的发动机转速(N2)，以确保所需的液压泵的流量；
步骤(S80)：基于较高的发动机转速(N1)计算液压泵所需的功率；
步骤(S90)：将计算的所需的功率与预定的最大值比较；
步骤(S100)：在计算的液压泵的所需的功率高于预定的最大值的情况下，限制发动机转速和液压泵的容积率两者；
步骤(S110)：在选择普通模式(10b)的情况下，输入第一发动机转速与第二发动机转速之间的较高的发动机转速(N1)；
步骤(S120)：输入作业装置的操作量；
步骤(S130)：基于所需的与作业装置的操作量对应的流量来计算液压泵的容积率；
步骤(S140)：基于第一发动机转速和第二发动机转速之间的较高的发动机转速(N1)来计算液压泵所需的功率；
步骤(S150)：将计算的所需的功率与预定的最大值比较；
步骤(S160)：在计算的所需的功率高于预定的最大值的情况下，限制液压泵的容积率。
为了节省燃料并提高燃料效率，如S10中所描述的输入选择模式。
如在S20中，当通过燃料效率模式选择装置(10)选择燃料节省模式(10a)时，步骤进行到S30。另一方面，当通过燃料效率模式选择装置(10)选择普通模式(10b)时，步骤进行到S110。
如在S30中，当选择了燃料节省模式(10a)时，输入相对低的第二发动机转速(N2)。例如，第二发动机转速(N2)是1600(高速)、1500(中速)或1400(低速)。
如在S40中，计算与作业装置的操作量对应的所需的液压泵的流量。
如在S50中，基于针对作业装置的操作量的所需的流量和第一发动机转速与第二发动机转速(N1，N2)之间的较低的发动机转速(N2)来计算液压泵的容积率。
如在S60中，确定所计算的液压泵的容积率是否与预定的最大值相同，当计算的液压泵的容积率与预定的最大值相同时，步骤进行到S70。如果计算的液压泵的容积率与预定的最大值不同，则步骤进行到S80。
如在S70中，当计算的液压泵的容积率与预定的最大值相同时，使用较高的发动机转速(N1)来替代较低的发动机转速(N2)以确保所需的液压泵流量(N2→N1)。
如在S80中，基于较高的发动机转速(N1)计算液压泵所需的功率。
如在S90中，将基于第一发动机转速(N1)计算的所需的功率与预定的最大值比较，当基于第一发动机转速(N1)计算的所需的功率高于预定的最大值时，步骤进行到S100，并且当基于第一发动机转速(N1)计算的所需的功率低于预定的最大值时，步骤结束。
如在S100中，当基于第一发动机转速(N1)计算的所需的功率高于预定的最大值时，限制发动机转速和液压泵的容积率两者。
另一方面，如在S20中，选择了普通模式(10b)，输入相对高的第一发动机转速(N1)。在这种情况下，第一发动机转速(N1)是1800(高速)、1700(中速)或1600(低速)。
如在S120中，计算与作业装置的操作量对应的所需的液压泵流量。
如在S130中，基于针对作业装置的操作量的所需流量来计算液压泵的容积率。
如在S140中，基于较高的发动机转速(N1)计算液压泵所需的功率。
如在S150中，将基于第一发动机转速(N1)计算的所需的功率与预定的最大值比较，当基于第一发动机转速(N1)计算的所需的功率高于预定的最大值时，步骤进行到S160，并当基于第一发动机转速(N1)计算的所需的功率低于预定的最大值时，步骤结束。
如在S160中，当基于第一发动机转速(N1)计算的所需的功率高于预定的最大值时，限制液压泵的容积率。
如图2中所示，当液压泵以点1的最大输入扭矩运转时，在高负荷下发动机中的燃料效率达到41％。相比之下，当液压泵以点2的最大输入扭矩运转时，燃料效率达到43％。(在同样的作业量下，相比于点1的设置，燃料效率提高大约4.7％)。即，在低负荷下，期望作业装置速度随着发动机转速的降低而减小。反之，在高负荷下，由于在相同的作业量下燃料消耗降低，所以燃料效率提高。
如图3中所示，在普通模式中通过第一发动机转速(N1)获得最大流量的情况下，当进入燃料节省模式(10a)时(其中，将液压泵的斜盘旋转角度从第一发动机转速(N1)时的角度向下调节到第二发动机转速(N2)时的角度)，液压泵的最大流量被限制到Q2，造成在低作业负荷下与普通模式(10b)中的速度相比，降低作业装置速度的问题。
在这种情况下，可通过使发动机转速从第二发动机转速(N2)成比例地增加到第一发动机转速(N1)而获得普通模式(10b)中的最大作业速度。
从图3可以看出，在燃料节省模式(10a)中，当发动机转速被调节到第二发动机转速(N2)时，容积率应该更高。即，在低负荷作业下液压泵的容积泵被控制为增加以使作业速度与相同负荷状况下的作业速度保持在相同的水平。如图4所示，当液压泵的输入扭矩在点4处时，发动机的燃料效率变成41％。
虽然已经参照附图中的优选实施例描述了本发明，但应理解，在不脱离权利要求中记载的本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可对所述实施例作出各种等同修改和变型。
产业上的可利用性
根据具有如上构造的本发明，当选择了燃料节省模式时，带来的效果为提高燃料效率，同时将作业装置的速度和功率与在普通模式中的速度和功率保持在相同的水平。

Claims (7)

1.一种用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置，包括：
燃料效率模式选择装置，用于选择燃料节省模式或普通模式；
发动机转速控制装置，用于控制发动机转速；
液压泵控制装置，用于通过控制液压泵的斜盘旋转角度来控制液压泵的容积率；
作业装置操作感测装置，用于感测操作杆的操作量以操作作业装置；以及
控制器，具有第一控制模式，在第一控制模式中，在选择燃料节省模式的情况下，使发动机转速以比普通模式的转速低的转速输出，同时使液压泵的斜盘旋转角度与操作杆的操作量对应地增加，在液压泵的斜盘旋转角度达到最大角度的情况下，使发动机转速增加以排出与操作杆的操作量对应的流量。
2.根据权利要求1所述的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置，其中，所述控制器包括第二控制模式，使得在普通模式的情况下，控制器计算液压泵的容积率以排出与操作杆的操作量对应的流量，并将所计算的容积率施加到液压泵的驱动单元。
3.根据权利要求2所述的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置，其中，所述控制器包括第三控制模式，在第三模式中，控制器通过考虑与操作杆的操作量对应的流量和通过被构造在液压泵的供应路径的上游侧上的液压泵压力感测装置感测的液压泵压力来计算液压泵所需的功率，并且，在燃料节省模式的情况下，控制器输出受限制的发动机转速和容积率，以将计算的液压泵所需的功率被限制到预定的值。
4.根据权利要求3所述的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置，其中，所述控制器包括第四控制模式，在第四模式中，在普通模式的情况下，控制器输出受限制的液压泵的容积率。
5.根据权利要求4所述的用于控制工程机械的发动机和液压泵的装置，其中，第三控制模式中的发动机转速被限制为低于第四控制模式中的发动机转速。
6.一种用于控制工程机械的发动机和液压泵的方法，包括：
通过燃料效率模式选择装置选择燃料节省模式或普通模式；
在选择燃料节省模式的情况下，输入彼此大小不同的第一发动机转速和第二发动机转速；
基于针对操作杆的操作量所需的流量和第一发动机转速与第二发动机转速之间的较低的发动机转速来计算液压泵的容积率；
在计算的液压泵的容积率与预定的最大值相同的情况下，基于第一发动机转速与第二发动机转速之间的较高的发动机转速来计算液压泵所需的功率；
在计算的液压泵所需的功率高于预定的最大值的情况下，限制发动机转速和液压泵的容积率两者。
7.根据权利要求6所述的用于控制工程机械的发动机和液压泵的方法，还包括：
在普通模式的情况下，通过考虑第一发动机转速与第二发动机转速之间的较高的发动机转速和与操作杆的操作量对应的流量来计算液压泵的容积率的步骤，和
当使用第一发动机转速与第二发动机转速之间的较高的发动机转速进行计算时，如果计算的液压泵所需的功率高于预定的最大值，则限制液压泵的容积率的步骤。
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