CN113494377B - 一种电控发动机的节能控制方法和工程机械 - Google Patents

一种电控发动机的节能控制方法和工程机械 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种电控发动机的节能控制方法和工程机械，电控发动机的节能控制方法包括如下步骤：启动发动机按照设定的初始转速工作；控制发动机按照设定的转速控制方式工作设定时间，并采集在设定时间内发动机的转速和扭矩；求得发动机的平均功率，根据驾驶员对发动机需求的目标工作转速在等功率曲线上得到目标功率；对应初始功率获得初始比油耗，对应平均功率获得平均比油耗，对应目标功率得到目标比油耗；根据初始比油耗和平均比油耗确定油耗路径；根据发动机的燃油经济区优化油耗路径；按照优化后通过目标比油耗的油耗路径对发动机进行控制。本发明能够充分利用发动机的燃油特性。

Description

一种电控发动机的节能控制方法和工程机械
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种电控发动机的节能控制方法和工程机械。
背景技术
随着化石燃料的使用量逐步增大，导致化石燃料被大量消耗，为了节省化石燃料，工程师不断地提升发动机的节能特性，通过开发节能的发动机，一方面可以减少化石燃料的使用，另一方面，能够为客户节省燃油费用。
工程机械是化石能源的主要使用对象，现有技术中，工程机械电控发动机的转速控制通常包括定油门控制调速率、定转速控制调速率和定油门控制多调速率。这三种转速控制比较单一，在发动机行业上受到广泛应用。但是采用这三种方式对工况的适应性较差，一旦工况发生变化，工程机械的负载发生变化，就难以兼顾油耗的经济性，而且无法充分利用发动机的燃油特性，从而导致油耗较大，燃油费用较高，无法满足市场的需要。
因此，需要一种电控发动机的节能控制方法和工程机械来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电控发动机的节能控制方法和工程机械，能够充分利用发动机的燃油特性，在工程机械的负载发生变化后也可以兼顾油耗的经济性，从而降低发动机的油耗。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种电控发动机的节能控制方法，包括如下步骤：
S1、启动发动机按照设定的初始转速工作；
S2、判断工程机械的负载是否增加，如果增加，则执行步骤S3，如果没有增加，则按照设定的转速控制方式继续工作；
S3、控制所述发动机按照设定的转速控制方式工作设定时间，并采集在所述设定时间内所述发动机的转速和扭矩；
S4、求得所述设定时间内，所述发动机的平均转速和平均扭矩，从而求得所述发动机的平均功率，根据驾驶员对所述发动机需求的目标工作转速在等功率曲线上得到目标功率；
S5、根据所述发动机的初始转速在等功率曲线上得到初始功率，对应所述初始功率获得初始比油耗，对应所述平均功率获得平均比油耗，对应所述目标功率得到目标比油耗；
S6、根据所述初始比油耗和所述平均比油耗确定油耗路径；
S7、根据所述发动机的燃油经济区优化油耗路径；
S8、根据所述目标比油耗对优化后的所述油耗路径进行调整，使得所述油耗路径通过所述目标比油耗；
S9、按照优化后通过所述目标比油耗的所述油耗路径对所述发动机进行控制。
进一步地，所述步骤S2和所述步骤S3中，所述设定的转速控制方式为定转速控制调速率的转速控制方式、定油门控制调速率的控制方式或者定油门控制多调速率的控制方式。
进一步地，所述发动机上设置有转速传感器，所述转速传感器用于采集所述发动机的转速。
进一步地，所述发动机上设置有扭矩传感器，所述扭矩传感器用于采集所述发动机的输出的扭矩。
进一步地，所述步骤S4中，对所述平均功率进行修正，使得所述平均功率位于等功率曲线上。
进一步地，所述步骤S5中，根据在发动机台架上对所述发动机进行测试获得不同功率下对应的比油耗并制成的比油耗图表，通过查找所述初始功率和所述平均功率即可获得对应的所述初始比油耗和所述平均比油耗。
进一步地，所述步骤S6中，将所述初始比油耗的点和所述平均比油耗的点连线确定油耗路径。
进一步地，所述步骤S7中，利用所述发动机在发动机台架上标定获得的油耗MAP对所述油耗路径进行优化，使得所述油耗路径位于所述燃油经济区中。
进一步地，当所述发动机停车后，再次启动时，重新规划所述油耗路径。
一种工程机械，使用如上所述的电控发动机的节能控制方法对所述工程机械的电控发动机进行控制。
本发明的有益效果：
本发明所提供的一种电控发动机的节能控制方法，首先启动发动机按照设定的初始转速工作，判断负载是否增加，如果没有增加，则证明工况没有变化，现有的控制方式即可满足，则按照设定的转速控制方式继续工作；如果负载增加，则先按照设定的转速控制方式工作设定时间，并采集在设定时间内发动机的转速和扭矩，根据设定时间内的平均转速和平均扭矩求得发动机的平均功率，依据等功率曲线获得初始功率和目标功率，然后得到初始比油耗、平均比油耗和目标比油耗，根据初始比油耗和平均比油耗得到油耗路径，利用发动机的燃油经济区对油耗路径进行优化，同时根据目标比油耗对优化后的油耗路径进行调整，使得油耗路径通过目标比油耗，最后按照优化后通过目标比油耗的油耗路径对发动机进行控制。通过对发动机在设定时间内工作，并对发动机的转速和扭矩进行采集，得到平均转速和平均扭矩，从而得到平均功率，平均功率可以有效反映在设定时间内的发动机的性能，根据平均比油耗和初始比油耗获得油耗路径，并根据燃油经济区对油耗路径进行优化，并结合驾驶员需求的目标功率获得的目标比油耗进行调整，使得油耗路径通过目标比油耗。通过选取低油耗的转速控制方式，从而在保证发动机输出功率的同时，能够充分利用发动机的燃油特性，降低发动机的油耗，满足市场的需要。
本发明所提供的一种工程机械，采用如上所述的电控发动机的节能控制方法对电控发动机进行控制，能够充分利用发动机的燃油特性，在工程机械的负载发生变化后也可以兼顾油耗的经济性，从而降低发动机的油耗。
附图说明
图1是本发明一种电控发动机的节能控制方法的流程图；
图2是本发明一种电控发动机的节能控制方法中发动机的转速与扭矩的关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
工程机械在日常的基础建设过程中需要大量的使用，工程机械的工作负载较大需要的油耗也非常大，而且工程机械的负载会发生变化，因此，如何有效保证发动机输出功率的同时降低发动机的油耗是一个技术难题。为了能够充分利用发动机的燃油特性，在工程机械的负载发生变化后也可以兼顾油耗的经济性，从而降低发动机的油耗，如图1-图2所示，本发明提供一种电控发动机的节能控制方法。本电控发动机的节能控制方法包括如下步骤：
S1、启动发动机按照设定的初始转速工作；
S2、判断工程机械的负载是否增加，如果增加，则执行步骤S3，如果没有增加，则按照设定的转速控制方式继续工作；具体地，在工程机械上设置有负载传感器，当工程机械的负载变化时，通过负载传感器进行及时检测，在其他实施例中，也可以监控油门的开度判断负载是否增加；
S3、控制发动机按照设定的转速控制方式工作设定时间，并采集在设定时间内发动机的转速和扭矩；
S4、求得设定时间内，发动机的平均转速和平均扭矩，从而求得发动机的平均功率，根据驾驶员对发动机需求的目标工作转速在等功率曲线上得到目标功率；
S5、根据发动机的初始转速在等功率曲线上得到初始功率，对应初始功率获得初始比油耗，对应平均功率获得平均比油耗，对应目标功率得到目标比油耗；
S6、根据初始比油耗和平均比油耗确定油耗路径；
S7、根据发动机的燃油经济区优化油耗路径；
S8、根据目标比油耗对优化后的油耗路径进行调整，使得油耗路径通过目标比油耗；
S9、按照优化后通过目标比油耗的油耗路径对发动机进行控制。
如果没有增加，则证明工况没有变化，现有的控制方式即可满足，则按照设定的转速控制方式继续工作；如果负载增加，通过对发动机在设定时间内工作，并对发动机的转速和扭矩进行采集，得到平均转速和平均扭矩，从而得到平均功率，平均功率可以有效反映在设定时间内的发动机的性能，根据平均比油耗和初始比油耗获得油耗路径，并根据燃油经济区对油耗路径进行优化，并结合驾驶员需求的目标功率获得的目标比油耗进行调整，使得油耗路径通过目标比油耗。通过选取低油耗的转速控制方式，从而在保证发动机输出功率满足驾驶员要求的同时，能够充分利用发动机的燃油特性，降低发动机的油耗，满足市场的需要。
进一步地，步骤S2和步骤S3中，设定的转速控制方式为定转速控制调速率的转速控制方式、定油门控制调速率的控制方式或者定油门控制多调速率的控制方式。也就是说，在工程机械开始工作时，如果负载没有增加，则证明现有的控制方式即可满足要求。因此，采用传统的定转速控制调速率的转速控制方式、定油门控制调速率的控制方式或者定油门控制多调速率的控制方式进行工作，能够保证燃油的经济性而且控制方式较为成熟，控制逻辑简单，可以满足该工况下的需要。
进一步地，发动机上设置有转速传感器，转速传感器用于采集发动机的转速。通过设置转速传感器可以实时对发动机的输出的转速进行检测，从而在设定时间内可以获得发动机的输出的转速的曲线，然后利用转速的输出曲线可以得到设定时间内的平均转速。通过上述方式，可以保证在设定时间内得到的平均扭矩能够准确反映发动机的转速输出状态。
进一步地，发动机上设置有扭矩传感器，扭矩传感器用于采集发动机的输出的扭矩。通过设置扭矩传感器可以实时对发动机的输出的扭矩进行检测，从而在设定时间内可以获得发动机的输出的扭矩的曲线，然后利用扭矩的输出曲线可以得到设定时间内的平均扭矩。通过上述方式，可以保证在设定时间内得到的平均扭矩能够准确反映发动机的扭矩输出状态。
进一步地，步骤S4中，对平均功率进行修正，使得平均功率位于等功率曲线上。将平均功率调整到等功率曲线上，便于根据发动机在发动机台架上测试获得对应功率下的发动机的比油耗，从而降低了数据处理的难度，而且可以利用发动机出厂时通过试验获得的数据，保证准确性。具体地，可以根据平均速度确定等功率曲线上的对应的功率，也可以根据平均扭矩进行确定，或者根据平均扭矩和平均转速共同确定。
进一步地，步骤S5中，根据在发动机台架上对发动机进行测试获得不同功率下对应的比油耗并制成的比油耗图表，通过查找初始功率和平均功率即可获得对应的初始比油耗和平均比油耗。由于在发动机台架上对发动机进行测试提前于发动机实际工作，因此，在实际使用工程机械时，直接根据初始功率和平均功率查找比油耗图表即可获得对应的数值，方便快捷，而且不影响工程机械的实际工作。
进一步地，步骤S6中，将初始比油耗的点和平均比油耗的点连线确定油耗路径。通过上述方式，可首先简单确定出来一个具体的油耗路径，然后再根据燃油经济区进行计算优化，确定出优化路径。
进一步地，步骤S7中，利用发动机在发动机台架上标定获得的油耗MAP对油耗路径进行优化，使得油耗路径位于燃油经济区中。通过查找油耗MAP即可对油耗路径上的点进行优化，使得油耗路径上的点尽可能多地位于燃油经济区中，从而保证优化后的油耗路径的燃油经济性较好。
进一步地，当发动机停车后，再次启动时，重新规划油耗路径。由于发动机停车后，再次开机后有可能执行新的工作，因此，通过上述重新规划的方式，可以提升工况的适应性，从而便于工程机械在不同的应用场合均能够保证燃油的经济性。
本实施例还提供了一种工程机械，使用如上的电控发动机的节能控制方法对工程机械的电控发动机进行控制，能够充分利用发动机的燃油特性，在工程机械的负载发生变化后也可以兼顾油耗的经济性，从而降低发动机的油耗。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电控发动机的节能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、启动发动机按照设定的初始转速工作；
S2、判断工程机械的负载是否增加，如果增加，则执行步骤S3，如果没有增加，则按照设定的转速控制方式继续工作；
S3、控制所述发动机按照设定的转速控制方式工作设定时间，并采集在所述设定时间内所述发动机的转速和扭矩；
S4、求得所述设定时间内，所述发动机的平均转速和平均扭矩，从而求得所述发动机的平均功率，根据驾驶员对所述发动机需求的目标工作转速在等功率曲线上得到目标功率；
S5、根据所述发动机的初始转速在等功率曲线上得到初始功率，对应所述初始功率获得初始比油耗，对应所述平均功率获得平均比油耗，对应所述目标功率得到目标比油耗；
S6、根据所述初始比油耗和所述平均比油耗确定油耗路径；
S7、根据所述发动机的燃油经济区优化油耗路径；
S8、根据所述目标比油耗对优化后的所述油耗路径进行调整，使得所述油耗路径通过所述目标比油耗；
S9、按照优化后通过所述目标比油耗的所述油耗路径对所述发动机进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种电控发动机的节能控制方法，其特征在于，所述步骤S2和所述步骤S3中，所述设定的转速控制方式为定转速控制调速率的转速控制方式、定油门控制调速率的控制方式或者定油门控制多调速率的控制方式。
3.根据权利要求1所述的一种电控发动机的节能控制方法，其特征在于，所述发动机上设置有转速传感器，所述转速传感器用于采集所述发动机的转速。
4.根据权利要求1所述的一种电控发动机的节能控制方法，其特征在于，所述发动机上设置有扭矩传感器，所述扭矩传感器用于采集所述发动机的输出的扭矩。
5.根据权利要求1所述的一种电控发动机的节能控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，对所述平均功率进行修正，使得所述平均功率位于等功率曲线上。
6.根据权利要求5所述的一种电控发动机的节能控制方法，其特征在于，所述步骤S5中，根据在发动机台架上对所述发动机进行测试获得不同功率下对应的比油耗并制成的比油耗图表，通过查找所述初始功率和所述平均功率即可获得对应的所述初始比油耗和所述平均比油耗。
7.根据权利要求1所述的一种电控发动机的节能控制方法，其特征在于，所述步骤S6中，将所述初始比油耗的点和所述平均比油耗的点连线确定油耗路径。
8.根据权利要求1所述的一种电控发动机的节能控制方法，其特征在于，所述步骤S7中，利用所述发动机在发动机台架上标定获得的油耗MAP对所述油耗路径进行优化，使得所述油耗路径位于所述燃油经济区中。
9.根据权利要求1所述的一种电控发动机的节能控制方法，其特征在于，当所述发动机停车后，再次启动时，重新规划所述油耗路径。
10.一种工程机械，其特征在于，使用如权利要求1-9任一项所述的电控发动机的节能控制方法对所述工程机械的电控发动机进行控制。
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