电控发动机及其节能方法、节能装置和工程机械

摘要

本发明公开了一种电控发动机及其节能方法、节能装置和工程机械，其中，该电控发动机的节能方法包括：根据工程机械实际作业工况，获取电控发动机的输出功率，根据所述输出功率确定电控发动机当前的作业模式，并根据当前的作业模式确定与之对应的万有特性曲线；根据所述万有特性曲线，确定所述电控发动机的最佳转速，并将所述电控发动机的当前实际转速调节为最佳转速，使所述电控发动机在对应当前工况的最佳油耗区域内运行。因此，本发明能够针对负载的高低，对应设置最佳油耗区，从而针对不同负荷的工况，达到有效降低整机能耗的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种电控发动机及其节能方法、节能 装置和工程机械。

背景技术

随着全球经济的发展，工程机械得到了空前发展，其中，液压挖掘机虽能 进行大功率、高灵敏度的各种作业，但其能量的总利用率仅20％左右，巨大的 能量损失使节能技术成为当前的主要课题。其中，发动机是挖掘机的动力源， 随着全球对环保意识的增强，搭载欧Ⅲ、欧Ⅳ电控发动机的越来越多，如何优 化改善电控发动机的油耗，将成为今后液压挖掘机控制系统的主流。

目前，传统挖掘机大多采用机械式燃油系统发动机，根据作业工况的不同， 将系统分为重载（H）和轻载（L）两种工作模式。在传统的重载（H）、轻载（L） 模式下，发动机万有特性曲线一定，机械式燃油系统发动机无法设定多条万有 特性曲线，不可能让重载（H）、轻载（L）都工作在发动机的最佳油耗区。

另外，现有的电控发动机以发动机转速和负荷作为反映发动机实际工况的 基本信号，参照由试验得出的发动机各工况相对应的喷油量和喷油定时脉谱图 来确定基本的喷油量和喷油定时，然后根据各种因素（如水温、油温、大气压 力等）对其进行各种补偿，从而得到最佳的喷油量和喷油正时或点火定时，然 后通过执行器进行控制输出。虽然，现有的电控发动机的节能方案可实现挖掘 机节能，但存在以下问题：

如图1所示，虽然有的节能方案根据负荷改变了发动机的外特性曲线，也 就是说，对发动机的最大输出功率进行简单的限制，但对发动机的万有特性曲 线中的比油耗曲线并没有进行相应标定，即要在降低发动机功率时，实现降低 油耗。另外，最佳油耗区往往靠近轻载（L）模式，重载（H）高负载时，功率 高，对应油耗也无法改善，因此不能两者同时兼顾，所以节油效果有限。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种电控发动机及其节能方法、节能装置和工程机 械，能够针对不同负荷的工况调节对应的最佳油耗区，从而达到节能目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种电控发动机的节能方法，该方法包括：

根据工程机械的实际作业工况，获取电控发动机的输出功率，根据所述输 出功率确定电控发动机当前的作业模式，并根据当前的作业模式确定与之对应 的万有特性曲线；根据所述万有特性曲线，确定所述电控发动机的最佳转速， 并将所述电控发动机的当前实际转速调节为最佳转速，使所述电控发动机在对 应当前工况的最佳油耗区域内运行。

进一步地，上述方法中，所述万有特性曲线的获取方式包括：

采集电控发动机不同作业模式下的扭矩及转速；对所述扭矩及转速进行标 定，建立转速与扭矩的关系，制作分别与作业模式相对应的电控发动机万有特 性曲线。

进一步地，上述方法中，所述作业模式包括：轻载作业模式和重载作业模 式；

所述万有特性曲线包括：轻载作业模式万有特性曲线和重载作业模式万有 特性曲线；所述轻载作业模式万有特性曲线对应于轻载作业模式；重载作业模 式万有特性曲线对应于重载作业模式。

进一步地，上述方法中，所述确定电控发动机当前的作业模式包括：

根据所述电控发动机的输出功率的大小，判断其是否落入轻载作业模式对 应的功率范围，若是，则所述电控发动机当前的作业模式为轻载作业模式；否 则，电控发动机当前的作业模式为重载作业模式。

可选地，上述方法中，作业模式包括：轻载作业模式、一级重载作业模式、 二级重载作业模式、三级重载作业模式；所述万有特性曲线包括：轻载作业模 式万有特性曲线、一级重载作业模式万有特性曲线、二级重载作业模式万有特 性曲线、及三级重载作业模式万有特性曲线。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明实施例的电控发动机的节能方法通过提取实际负荷工况点，并按照 如轻载、重载工况，对应制定电控发动机的万有特性曲线，通过对电控发动机 转速和负荷的标定，获取对应工况在最佳油耗区域，并且无需改变外特性曲线， 即在同等功率状态下，能够针对负载的高低，对应设置最佳油耗区，从而针对 不同负荷的工况，达到有效降低整机能耗的目的。

另一方面，本发明还提供一种电控发动机的节能装置，该节能装置包括： 存储器，配置为存储用于确定电控发动机的最佳转速的万有特性曲线；采集仪 器，配置为采集所述电控发动机的输出功率；控制器，配置为确定所述输出功 率所属的作业模式，并根据所述作业模式选择与所述作业模式对应的万有特性 曲线，并通过所述万有特性曲线确定所述电控发动机的最佳转速，并配置为将 所述电控发动机的当前实际转速调节为最佳转速。

进一步地，上述装置中，所述作业模式包括轻载作业模式和重载作业模式， 所述万有特性曲线包括轻载作业模式万有特性曲线和重载作业模式万有特性曲 线；其中，所述轻载作业模式万有特性曲线对应于轻载作业模式；重载作业模 式万有特性曲线对应于重载作业模式。

进一步地，上述装置中，作业模式包括：轻载作业模式、一级重载作业模 式、二级重载作业模式、三级重载作业模式；所述万有特性曲线包括：轻载作 业模式万有特性曲线、一级重载作业模式万有特性曲线、二级重载作业模式万 有特性曲线、及三级重载作业模式万有特性曲线。

又一方面，还提出一种电控发动机，该电控发动机中设置有上述任一种所 述的节能装置。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明在现有电控发动机上进行标定，因此改造成本低。本发明按照轻载、 重载等工况，设置有两组或两组以上的发动机的万有特性曲线，通过对发动机 转速和负荷的设定，实现对应工况在最佳油耗区域，从而有效降低整机能耗， 且无需改变外特性曲线，节油效果明显。

相应地，本发明还提出一种工程机械，设置有上述任一种所述的电控发动 机。

由于上述任一种电控发动机具有上述技术效果，因此，设有该电控发动机 的工程机械也应具备相应的技术效果。

附图说明

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：

图1为相关技术中发动机负荷数据采集的示意图；

图2为本发明实施例电控发动机的节能方法的流程示意图；

图3为本发明实施例电控发动机负荷数据采集装置的结构示意图；

图4为本发明实施例的轻负荷发动机万有特性曲线示意图；

图5为本发明实施例的重负荷发动机万有特性曲线示意图；

图6为本发明实施例电控发动机的节能装置结构框图。

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。

本发明的基本思想在于：设计一种电控发动机的节能方法，制作与电控发 动机的输出功率具有对应关系的万有特性曲线，并根据电控发动机的输出功率 确定与之对应的万有特性曲线；根据所述万有特性曲线，确定所述电控发动机 的最佳转速，并将所述电控发动机的当前实际转速调节为最佳转速，使所述电 控发动机在对应当前工况的最佳油耗区域内运行，从而达到节能的目的。

下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：

电控发动机的节能方法实施例

参照图2，其示出了本发明实施例电控发动机的节能方法。

需要说明的是，本实施例中，通过对工程机械（本实施例以挖掘机为例） 的小时油耗作如下分析可知，挖掘机的小时油耗为H=W*r/0.85/1000，其中：

H——小时油耗，单位L/h；

r——比油耗值，单位g/kWh；

W——发动机输出功率，单位kW；

因此，在同等功率W下，只要比较比油耗值r的变化，即可得到小时油耗 H的对比结果，从而，可以选取小时油耗H较小的值所对应的转速作为到发动 机在当前工况下的最佳转速。故此，为解决现有技术中存在无法兼容不同负荷 的工况进行有效节能的问题，提出一种电控发动机的节能方法，包括以下步骤：

本实施例以挖掘机为例来介绍电控发动机的节能方法：本实施例可根据挖 掘机作业的高、低负载区域，进行挖掘机的实际作业，通过电控发动机ECM （Engine Control Module，引擎控制模块）得到实际作业时扭矩和转速分布，将 此参数通过电控发动机台架试验，设定两组电控发动机的万有特性曲线MAP 图。即可在传统轻载作业模式（L）保证工作在发动机的最佳油耗区，同时在 重载作业模式（H）也同样工作在发动机的最佳油耗区，实现节能。

S102：采集电控发动机的扭矩及转速，并对其进行整理；

其中，本步骤可根据工程机械如挖掘机的实际工况，例如针对挖掘机作业 的高、低负载区域，通过电控发动机的ECM获取发动机的负荷数据如扭矩及 转速变化参数。

并且，此处可通过数据采集仪对所述负荷数据进行采集和整理，从而获得 电控发动机的轻载和重载负荷分布数据。

S104：通过电控发动机台架试验对所述扭矩及转速进行标定，并制作电控 发动机的万有特性曲线；其中，该万有特性曲线与所述电控发动机的输出功率 具有对应关系；

本步骤中，制作电控发动机的万有特性曲线包括如下步骤：

S1041：确定电控发动机的实际转速与扭矩关系，并在所述万有特性曲线中 标定比油耗曲线；

S1042：获取在等功率下，最佳油耗区域。

需要说明的是，本实施例可按照轻载和重载两种作业模式进行设置，所述 万有特性曲线包括：轻载作业模式万有特性曲线和重载作业模式万有特性曲线。

需要说明的是，上述步骤不需要每次使用本实施例的节能方法时都执行的， 上述步骤用于获取电控发动机的万有特性曲线。通常来讲，所述万有特性曲线 的获取方式包括：采集电控发动机不同作业模式下的扭矩及转速；对所述扭矩 及转速进行标定，建立转速与扭矩的关系，制作分别与作业模式相对应的电控 发动机万有特性曲线。

S106：获取电控发动机的输出功率，根据所述输出功率确定电控发动机当 前的作业模式，并根据当前的作业模式确定与之对应的万有特性曲线；

例如，所述万有特性曲线包括轻载、重载作业模式万有特性曲线时，所述 根据所述输出功率确定与之对应的万有特性曲线包括如下步骤：

S1061：根据所述电控发动机的输出功率的大小设置轻载作业模式和重载作 业模式；

S1062：所述轻载作业模式万有特性曲线对应于轻载作业模式；重载作业模 式万有特性曲线对应于重载作业模式；

S1063：判断所获取到的所述输出功率是否落在轻载作业模式内；

S1064：若落在轻载作业模式内，则根据与所述轻载作业模式对应的所述轻 载作业模式万有特性曲线，将所述电控发动机当前的实际转速调节为最佳转速；

S1065：若没有落在轻载作业模式内，则可知其落入所述重载作业模式，根 据与所述重载作业模式对应的重载作业模式万有特性曲线，将所述电控发动机 当前的实际转速调节为最佳转速。

S108：根据所述万有特性曲线，确定所述电控发动机的最佳转速，并将所 述电控发动机的当前实际转速调节为最佳转速，使所述电控发动机在对应当前 工况的最佳油耗区域内运行。

下面结合一实例，对上述节能方法进行说明：

参照图3，其示出了本实例的电控发动机的节能方法的实现过程。本实例 中，挖掘机进行实际轻载和重载作业时，发动机ECM通过CAN总线发出发动 机的负荷分布数据，将此数据通过数据采集仪进行采集。通过整理发动机的轻 载和重载负荷分布数据，将轻载数据通过电控发动机台架试验进行标定，制作 得到电控发动机轻载负荷工况下的万有特性曲线MAP图。例如，参照图4，其 出了在轻负荷工况下的电控发动机万有特性曲线实施例。图4所示万有特性曲 线MAP图中，最佳油耗区域为A区域。采用类似的方式，制作重载万有特性 曲线MAP图，如图5所示的负荷工况下的电控发动机万有特性曲线实施例中， 最佳油耗区域为C区域。

需要指出的是，传统的节能设置模式，只能保证轻载或重载工况的节能， 而不能针对不同工况。如图4所示的最佳油耗区域，如A区域，而图5所示的 重载区域在图4中燃油经济性差，如B区域。如图4此区域比油耗值在中心区 域为230g/kWh，而图5中同等高负荷区域比油耗值为205g/kWh，比传统方式 省油约（230-205）/230=10.9%，同时可实现挖掘机在轻负荷区域如图4和高负 荷区域如图5更大范围内的燃油经济性，发挥电控发动机的最大优势。

可选的是，上述实施例中，还可以按照作业工况将所述万有特性曲线设置 为两组以上。

例如，设置如下的四组万有特性曲线：轻载作业模式万有特性曲线、一级 重载作业模式万有特性曲线、二级重载作业模式万有特性曲线、及三级重载作 业模式万有特性曲线。这些万有特性曲线对应不同的作业模式，上述四个万有 特性曲线分别对应四个作业模式。

需要说明的是，在多于两组的作业模式中，与该作业模式对应的万有特性 曲线的确定方式，和上述的两组作业模式所采用的确定方式类似，可以此类推。

本实施例中，可根据工程机械实际作业工况，得到电控发动机的实际输出 功率，确定电控发动机当前所处的作业模式，并根据与该作业模式对应的万有 特性曲线确定电控发动机在该作业模式内的最佳转速，并将其实际转速调整至 该最佳转速。

需要说明的是，上述各实施例中所述的最佳转速是指：在电控发动机的万 有特性曲线中，沿等功率曲线与比油耗曲线相切点所对应的发动机转速，在等 功率下，油耗最小时对应的电控发动机的转速。

从上述各实施例可见，本发明实施例的电控发动机的节能方法通过电控发 动机ECM提取实际负荷工况点，并按照轻载、重载工况，制定两组发动机的 万有特性曲线MAP图，通过对发动机转速和负荷的标定，获取对应工况在最 佳油耗区域，从而能够针对不同负荷的工况，有效降低整机能耗。

并且，本实施例的电控发动机的节能方法是通过在现有电控发动机上进行 标定来实现的，改造成本低。通过修改电控发动机的万有特性曲线MAP图， 即软件更改即可实现，发动机本体及其他硬件无需变动，即能够实现轻载、重 载两种工况的最佳油耗曲线，采用这种节能方法的节油效果显著。

需要说明的是，本发明实施例的电控发动机节能方法和装置无需改变外特 性曲线，即在同等功率状态下，能够针对负载的高低，对应设置最佳油耗区。

电控发动机的节能装置实施例

以上是对本发明电控发动机节能方法实施例的说明，这里，为实现上述方 法，本发明实施例还提出下述的节能装置。

参照图6，其示出了本实施例的电控发动机的节能装置，该节能装置采用 上述任一实施例所述的节能方法。本实施例的节能装置包括：

存储器，配置为存储用于确定电控发动机的最佳转速的万有特性曲线；

采集仪器，配置为采集所述电控发动机的实际输出功率；

控制器，配置为确定所述实际输出功率所属的作业模式，并根据所述作业 模式选择与所述作业模式对应的万有特性曲线，并通过所述万有特性曲线确定 所述电控发动机的最佳转速，并配置为将所述电控发动机的当前实际转速调节 为最佳转速。

上述实施例中，所述作业模式包括轻载作业模式和重载作业模式，所述万 有特性曲线包括轻载作业模式万有特性曲线和重载作业模式万有特性曲线；其 中，所述轻载作业模式万有特性曲线对应于轻载作业模式；重载作业模式万有 特性曲线对应于重载作业模式。

因此，本发明实施例的电控发动机的节能装置通过提取实际负荷工况点， 并按照如轻载、重载工况，制定与之对应的两组发动机的万有特性曲线MAP 图，通过对发动机转速和负荷的标定，获取对应工况在最佳油耗区域，从而能 够针对不同负荷的工况，有效降低整机能耗。

另外，本实施例的电控发动机的节能装置是通过在现有电控发动机上进行 标定来实现的，改造成本低，发动机本体及其他硬件无需变动，并且也无需改 变外特性曲线，即在同等功率状态下，能够针对负载的高低，对应设置最佳油 耗区。

电控发动机实施例

对应地，针对现有的节能方案无法兼顾不同工况的问题，本发明实施例还 提出一种电控发动机，该电控发动机设置有上述任一个实施例所述的节能装置。 该电控发动机的控制机器中按照轻载、重载工况，设置有两组发动机的万有特 性曲线MAP图，通过对发动机转速和负荷的设定，实现对应工况在最佳油耗 区域，从而有效降低整机能耗。

本实施例中，根据挖掘机作业的高、低负载区域，进行挖掘机的实际作业， 通过电控发动机ECM得到实际作业时扭矩和转速变化参数的分布，将这些参 数通过电控发动机台架试验，按负载的高低对应设定两组以上电控发动机的万 有特性曲线MAP图。即可在传统轻载作业模式（L）保证工作在发动机的最佳 油耗区，同时在重载作业模式（H）也同样工作在发动机的最佳油耗区，实现 针对不同工况的节能。

需要强调的是，本发明实施例的节能方法和装置无需改变外特性曲线，即 在同等功率状态下，可实现高、低负载真正工作在最佳油耗区。

从上述各实施例可以看出，与现有技术相比，本发明实施例具有如下的优 点：

本发明实施例在现有电控发动机上进行标定，改造成本低。本发明实施例 按照轻载、重载等工况，设置有两组或两组以上的发动机的万有特性曲线MAP 图，通过对发动机转速和负荷的设定，实现对应工况在最佳油耗区域，从而有 效降低整机能耗。也就是说，本发明实施例通过修改电控发动机的万有特性曲 线MAP图，即对电控发动机的控制器中的软件进行更改即可实现，发动机本 体及其他硬件无需变动，即可实现如轻载、重载两种工况的最佳油耗曲线。

特别值得一提的是，本发明实施例的节能方案及采用该节能方案的电控发 动机的节油效果明显。

本发明实施例还提供了一种工程机械，例如挖掘机、平地机、装载机，该 工程机械设置有上述任一种所述的电控发动机，由于上述任一种电控发动机具 有上述技术效果，因此，设有该电控发动机的工程机械也应具备相应的技术效 果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以 用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多 个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码 来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们 分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集 成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。所述 存储装置为非易失性存储器，如：ROM/RAM、闪存、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。