CN108112261A - 建筑机械的发动机怠速控制系统 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的用于建筑机械的发动机怠速控制方法包括以下步骤：在发动机起动时，E‑ECU通过接收来自V‑ECU的信号而将初始发动机RPM设定为启动模式(S模式)；在非自动怠速模式的状态下，E‑ECU经由发动机转速控制开关接收第一指令；当在一定时间段内没有第一指令被输入至设备时，激活自动怠速模式，并将发动机RPM设定为启动模式(S模式)；在自动怠速模式被激活的状态下，当第二指令经由发动机转速控制开关输入至该设备时，停用自动怠速模式；以及，当自动怠速模式被停用时，V‑ECU根据第二指令计算用于启动该设备的泵所需的实际扭矩，并将该实际扭矩发送至E‑ECU。

Description

建筑机械的发动机怠速控制系统
技术领域
本公开涉及一种建筑机械。更具体地，本公开涉及一种用于挖掘机的发动机怠速控制系统。
背景技术
怠速是指车辆或机械停止而发动机正在运行的状态。在这种状态下由车辆或机械排出的排气因为产生的一氧化碳的量和氮氧化物的量比该车辆或机械在加速、定速、减速等状态下运行时高而污染了大气。因此，这可能变成降低燃料效率的一个因素。为此，已经开发了多种技术，以便在这种怠速状态期间通过降低发动机的每分钟RPM来降低环境污染水平并减少燃料消耗。
直到现在，在应用于挖掘机的发动机怠速系统中，为了根据铲斗高度的发动机起动性以及根据负载的迅速响应性，怠速发动机RPM被设定得稍高。作为通过RPM调查驾驶员使用模式的结果，低怠速RPM占大约20％，并且存在未工作时发动机维持在高怠速RPM下的情形，从而不必要地消耗了燃料。
发明内容
技术问题
在应用于传统建筑机械的发动机怠速系统中，怠速发动机RPM设定得相对高，以确保被施加负载时的快速响应。因此，发动机RPM可以被控制为迅速响应于作业所需的负载，同时在怠速状态下减少燃料消耗并且还降低发动机RPM。
技术方案
为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供了一种发动机怠速控制系统，其能够将维持车辆运行所需的最低怠速发动机RPM设定为最低怠速RPM，并且在通过激活作业模式的锁定杆开关(Lock lever switch)激活作业模式时控制发动机RPM恢复到迅速响应所需的常规怠速RPM。此外，当该机械在一定时间段内未被使用时，发动机怠速控制系统将该机械设定为进入自动怠速模式，并且控制该机械根据状况以最低怠速RPM运行。
当作业所需的负载被施加到发动机而该机械处于最低怠速RPM的状态时，发动机达到所需的RPM的时间可能会使作业延迟。换句话说，对其的响应可能会延迟。因此，为了补偿这种延迟，E-ECU(发动机控制电子控制单元(ECU))提前接收表示由V-ECU(车辆控制电子控制单元(ECU))计算出的扭矩值的信号，并且控制发动机以准备作业所需的RPM。因此，减少了由上述延迟的响应所引起的发动机RPM下降或响应时间，从而该机械的作业性能可以不受影响。
有益效果
通过降低在建筑机械未作业时维持的发动机RPM并通过比现有的RPM技术更大程度地降低自动怠速模式下的RPM，根据本公开的发动机怠速控制系统可以在怠速状态下减少燃料消耗。此外，低RPM下的发动机响应可以通过在怠速状态下将发动机RPM维持在低状态下并通过引入发动机过渡模式来补偿。因此，可以减少发动机RPM下降或响应时间。
附图说明
图1是示出了根据传统技术的用于建筑机械的发动机怠速控制系统的流程图。
图2是示出了根据本公开的实施例的用于建筑机械的发动机怠速控制系统的流程图。
图3是示出了根据本公开的实施例的在建筑机械的发动机通用控制功能中使用的前馈方法的流程图。
图4是示出了根据本公开的实施例的建筑机械的发动机过渡模式(Enginetransient Mode)的进入条件的流程图。
具体实施方式
下面，将参照附图描述本发明。
本说明书中限定的内容(例如具体结构和元件)不过是所提供的用于帮助本领域普通技术人员广泛理解本发明的具体细节，并且本发明不限于下文中公开的实施例。
为了明确地描述本发明，与说明书不相关的部分将被省略，并且，在整个说明书中，相同的元件由相同的附图标记表示。
在说明书和权利要求书中，当一个部件包括元件时，除非在此特别指出，否则，这意味着还包含其它元件，而不是排除其它元件。
图1是示出了根据传统技术的用于建筑机械的发动机怠速控制系统的流程图。
根据传统技术的该发动机怠速控制系统在怠速状态下以两种模式控制发动机RPM。这两种模式分别是I1模式和I2模式。I1模式是怠速发动机RPM，并且具有从约1000RPM至约1100RPM的范围。I2模式是最低怠速发动机RPM，并且具有从约800RPM至约950RPM的范围。
参照图1的流程图，当建筑机械的发动机在步骤C14中启动时，键状态在步骤C10中被传送到E-ECU(发动机控制ECU)，并且E-ECU在步骤C20中使发动机运行。这里，在步骤C22中，当发动机启动时，E-ECU将发动机转速设定为I2模式(约800RPM-950RPM)。
然后，控制锁定杆作为改变发动机转速的一个因素被引入。该控制锁定杆被称为锁定杆，并且是一种安全杆。当锁定杆位于下降沿时，该机械进入类似于驻车的状态。当锁定杆位于上升沿时，该机械进入作业模式。
当该机械的锁定杆在步骤C30中被输入至位于上升沿时，由于该机械已切换到作业模式，在步骤C32中E-ECU控制发动机转速以进入预先模式(PreMode)。预先模式(PreMode)是其中可以通过发动机转速控制开关改变发动机转速的模式，并且该预先模式的RPM被预先限定为特定的RPM。接下来，当通过发动机转速控制开关输入了所需的发动机转速时，发动机转速请求被传送到E-ECU，以输出相应的发动机转速。
当锁定杆位于下降沿时，该机械进入类似于驻车的状态。当锁定杆位于下降沿时，该机械跳过预先模式(PreMode)并将发动机转速设定为I2模式。
然后，在步骤C50和C52中，该机械根据发动机转速控制开关的变化来控制发动机转速，并且在步骤C80中根据发动机转速控制开关的变化而传送发动机转速请求。
当发动机转速控制开关没有变化时，换句话说，当发动机转速控制开关没有输入时，该机械在步骤C60中进入自动怠速状态。在自动怠速状态下，发动机转速在步骤C62中被设定为I1模式(约1000RPM-1100RPM)。
当该机械没有进入自动怠速模式时，在步骤C70中将发动机转速维持在之前的模式。然后，该机械在步骤C80中接收发动机转速控制开关的输入并传送发动机转速请求。
在传统技术中，当在自动怠速模式下施加了负载时，换句话说，当通过发动机转速控制开关提供了输入时，为了迅速地响应该负载，发动机转速被控制为维持相对高的RPM。
图2是示出了根据本公开的实施例的用于建筑机械的发动机怠速控制系统的流程图。
首先，在根据本公开的发动机怠速控制系统中，当在步骤S14中输入了发动机启动键时，E-ECU在步骤S10中接收来自V-ECU的信号，在步骤S20中使发动机运行，并且在步骤S22中将初始发动机RPM设定为启动模式(S模式)。该启动模式(S模式)是校准后的可能的最低发动机RPM，并且具有从约500RPM至约800RPM的范围。
然后，在步骤S34中检测控制锁定杆开关是否被输入，并且当该机械的锁定杆在步骤S30中被输入至位于上升沿时，由于该机械已切换到作业模式，E-ECU在步骤S32中控制发动机转速以进入预先模式(PreMode)。预先模式是其中可以通过发动机转速控制开关改变发动机转速的模式，并且该预先模式的RPM被预先限定为特定的RPM。然后，当通过发动机转速控制开关输入了所需的发动机转速时，发动机转速请求被传送到E-ECU，以输出相应的发动机转速。
当锁定杆位于下降沿时，在步骤S40中，该机械进入类似于驻车的状态。当锁定杆位于下降沿时，在步骤S42中，该机械跳过预先模式(PreMode)并将发动机转速设定为S模式(约500RPM-800RPM)。
之后，在步骤S50和S52中，该机械根据发动机转速控制开关的变化来控制发动机转速，并且在步骤S80中根据发动机转速控制开关的变化而传送发动机转速请求。
换句话说，在步骤S50中，当E-ECU在该机械未处于自动怠速模式的情况下经由发动机转速控制开关接收到第一指令的输入时，E-ECU在步骤S52中根据所输入的第一指令来设定发动机RPM。
当发动机转速未处于自动怠速模式时，E-ECU经由发动机转速控制开关接收第一指令的输入。然而，当在一定时间段内没有第一指令被输入至该机械时，在步骤S60中激活自动怠速模式，并且E-ECU在步骤S62中将发动机RPM设定为启动模式(S模式)。这里，该S模式被设定为约500RPM-800RPM，优选为约600RPM。
在步骤S64中，发动机通用控制功能控制发动机，以便在自动怠速模式下通过发动机转速控制开关提供了输入时迅速响应。例如，当在自动怠速模式被激活的情况下经由发动机转速控制开关将第二指令输入到该机械时，自动怠速模式被停用，并且V-ECU计算泵所需的实际扭矩以便该机械在自动怠速模式被停用时根据第二指令运行，并且将计算出的实际扭矩传送至E-ECU。这里，当在发动机的当前RPM下被施加了过大的负载时，该机械通过发动机通用控制功能进入过渡模式以响应意外的负载。下文中将详细描述发动机通用控制功能。
当该机械未进入自动怠速模式时，在步骤S70中，发动机转速被维持在之前的模式下。之后，在步骤S80中，该机械通过接收来自发动机转速控制开关的输入而传送发动机转速请求。
换句话说，当在一定时间段内没有第一指令被输入至该机械并且自动怠速模式没有被激活时，在步骤S70中，E-ECU控制发动机RPM以维持之前设定的模式(之前的模式)。
由于本系统被设计为在自动怠速模式下维持比现有技术的RPM低的RPM，根据本公开的发动机转速控制系统可以减少在怠速状态下消耗的燃料。然而，当系统被设计为仅将发动机维持为低RPM并且突然的负载被施加到该机械时，换句话说，当驾驶员突然试图执行作业时，由于低的发动机RPM，该机械的响应可能会延迟。因此，根据本公开的发动机转速控制系统已通过引入发动机通用控制功能解决了这样的响应问题。在下文中，将参照附图3和4详细描述发动机通用控制功能。
图3是示出了根据本公开的实施例的在建筑机械的发动机通用控制功能中使用的前馈方法的流程图。
该发动机通用控制功能包括E-ECU基于由V-ECU输入的实际扭矩通过使用前馈方法计算发动机所需的扭矩变化的步骤。
V-ECU可以基于泵压力来计算进行作业实际所需的扭矩(实际扭矩)。该实际扭矩可以利用以下公式来计算。
P*Q＝Nm*rpm，T＝k*P*Q/n(T：kgfm，P：kgf/cm2，n：lpm)
P是由安装在该机械中的压力传感器检测的泵压力的值，而Q是在以下条件下计算出的参数。
1.当在当前测量的负载条件(压力)下、计算出的RPM低于所允许的RPM时，Q被设定为排出全部所需的流量。
2.与上述条件1相反的条件(RPM极限)，换句话说，当在当前测量的负载条件(压力)下、计算出的RPM大于所允许的RPM时，Q被设定为限制流量的排出。
V-ECU通过使用“true”或“false”将计算出的实际扭矩传送至发动机管理系统(EMS)。发动机管理系统是使发动机运行的部件并且其包括E-ECU。当实际扭矩被输入时，发动机管理系统处理为“true”，而当实际扭矩没有被输入时，发动机管理系统处理为“false”。这里，扭矩的单位通常为Nm。
当实际扭矩被输入时，发动机管理系统通过使用前馈120方法来计算需要多少发动机转速。首先，所输入的实际扭矩的变化被累计122，并且，到发动机的扭矩输入(torqueinput)利用通信模块被输入到该系统。到发动机的扭矩输入可以表示为系统输入124。
在发动机管理系统中，基于所输入的泵压力以及到发动机的扭矩输入来计算最终发动机扭矩值(测量到的输出，128)，并在130处通过将计算出的最终发动机扭矩值与设定点134相比较来计算是否增加发动机输出。计算出的该值被输入至控制器132。这里，所述设定点是在该机械中设定的任意值，并且通常是指扭矩值。
在根据本公开的发动机怠速控制系统中，当该机械在一定时间段内没有被使用时，自动怠速功能被激活并且发动机进入S模式。当作业机械开始操作时，自动怠速功能被停用并且发动机从S模式进入预先模式(PreMode)。这里，为了提前响应突然的负载，提供了发动机过渡模式(engine transient mode)。为简略起见，该发动机过渡模式可以称为过渡模式(Transient Mode或Trans Mode)。
该发动机过渡模式工作如下：当自动怠速功能被停用时，同时，V-ECU计算通过泵操作该作业机械所需的实际扭矩。为了提前响应突然的负载，E-ECU接收计算出的实际扭矩值，并且在该泵在实际发动机的飞轮中物理地操作之前通过使用涡轮增压器来升高增压压力。
图4是示出了根据本公开的实施例的建筑机械的发动机过渡模式的进入条件的流程图。图4中公开的实施例可应用于包括右操纵杆和左操纵杆的挖掘机。
首先，V-ECU根据右操纵杆被操作时的先导压力变化10检测第一流量变化量(variation)12，并根据左操纵杆被操作时的先导压力变化20检测第二流量变化量22。
然后，V-ECU确定第一流量变化量和第二流量变化量中的至少一个是否超过预设极限30。当第一流量变化量和第二流量变化量中的至少一个超过预设极限30时，可意味着立即需要迅速的扭矩变化，因此需要发动机过渡模式。
当第一流量变化量12和第二流量变化量22中的至少一个超过预设极限30时，E-ECU通过使用计时器50检测在预定的一定时间段内是否输入了其它操作。换句话说，E-ECU等待驾驶员是否在一定时间段内输入其它指令(再次操作延迟，60)。当在预定的一定时间段内没有输入其它操作时，E-ECU控制发动机进入过渡模式70(Transient Mode)。
所提供的上述实施例仅作为一个示例以描述其系统。因此，应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以对实施例进行各种等同的修改和变型。

Claims (8)

1.一种用于建筑机械的发动机怠速控制方法，所述方法包括：
E-ECU在发动机启动时通过接收来自V-ECU的信号而将初始发动机RPM设定为启动模式(S模式)；
在非自动怠速模式的状态下，所述E-ECU经由发动机转速控制开关接收第一指令；
当在一定时间段内没有所述第一指令被输入至该机械时，激活所述自动怠速模式，并且所述E-ECU将发动机RPM设定为所述启动模式(S模式)；
在所述自动怠速模式被激活的同时，当第二指令经由所述发动机转速控制开关被输入至该机械时，停用所述自动怠速模式；以及
当所述自动怠速模式被停用时，所述V-ECU根据所述第二指令计算用于操作该机械的泵所需的实际扭矩，并将所计算出的实际扭矩发送至所述E-ECU，
所述方法进一步包括：当所述E-ECU在发动机启动时通过接收来自V-ECU的信号而将初始发动机RPM设定为启动模式(S模式)后，当锁定杆被输入至位于上升沿时，所述E-ECU将发动机RPM设定为预先模式(PreMode)。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：当所述E-ECU在发动机启动时通过接收来自V-ECU的信号而将初始发动机RPM设定为启动模式(S模式)后，当锁定杆被输入至位于上升沿时，所述E-ECU将发动机RPM设定为预先模式(PreMode)。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：当所述E-ECU通过接收来自V-ECU的信号而将初始发动机RPM设定为启动模式(S模式)后，当锁定杆被输入到位于下降沿而不是上升沿时，所述E-ECU跳过所述预先模式(PreMode)并将发动机RPM设定为所述启动模式(S模式)。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：当在非自动怠速模式的状态下所述E-ECU经由所述发动机转速控制开关接收到所述第一指令时，所述E-ECU根据所述第一指令来设定发动机RPM。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，进一步包括：当在一定时间段内没有所述第一指令被输入至该机械并且所述自动怠速模式没有被激活时，所述E-ECU控制发动机RPM以维持之前设定的模式(之前的模式)。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：基于来自V-ECU的所述实际扭矩输入通过使用前馈方法来控制发动机的扭矩变化。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
所述V-ECU根据右操纵杆被操作时的先导压力的变化检测第一流量变化量；
所述V-ECU根据左操纵杆被操作时的先导压力的变化检测第二流量变化量；
所述V-ECU确定所述第一流量变化量和第二流量变化量中的至少一个是否超过预设极限；
当所述第一流量变化量和第二流量变化量中的至少一个超过预设极限时，所述E-ECU检测在一定时间段内是否有另一个操作被输入；以及
当在一定时间段内没有另一个操作被输入时，所述E-ECU控制发动机进入过渡模式。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：当发动机进入所述过渡模式时，在泵在发动机的飞轮中操作之前，所述E-ECU基于所计算出的实际扭矩通过经由涡轮增压器升高增压压力而提前准备应对负载的急剧变化。
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