专利名称：工程车辆、发动机油耗监测系统及方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种工程车辆、发动机油耗监测系统及方法。
背景技术：
目前，对发动机的油耗测量一般是在燃油箱中布置油位传感器，通过油位传感器检测燃油剩余量，再通过检测的燃油剩余量计算出发动机的油耗。该种测量方式对油位传感器的安装要求较高，同时测量值与燃油箱的振动和燃油温度有关，存在较大误差。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种工程车辆、发动机油耗监测系统及方法，以解决现有发动机油耗监测方法中对传感器安装要求较高的问题。一方面，本发明提供了一种发动机油耗监测系统，包括该监测系统包括第一压 力获取装置，用于获取与油泵出油口相连接的液压管路中的液控阀的控制油路入口处的第一压力值；第二压力获取装置，用于获取与油泵出油口相连接的液压管路中的液控阀的执行油路出口处的第二压力值；第三压力获取装置，用于获取油泵出油口处的第三压力值；控制器，用于接收第一压力值、第二压力值和第三压力值，并根据第一压力值确定发动机的转速，根据第一压力值和第二压力值确定发动机的功率，根据第三压力值确定发动机的输出扭矩，以及根据发动机的转速、功率和输出扭矩查询已预存在控制器中的该发动机的万有特性曲线确定该发动机的油耗。进一步地，控制器包括发动机转速计算单元，用于根据第一压力值确定液控阀的执行油路的流量，并根据该执行油路的流量确定油泵的流量，再结合油泵的排量、容积效率和发动机的传动比确定发动机的转速。进一步地,控制器包括发动机功率计算单元,发动机功率计算单元进一步包括 位移计算模块，用于根据第一压力值确定液控阀的阀芯位移；流量计算模块，用于根据液控阀的阀芯位移确定液控阀的执行油路的流量；功率计算模块，用于根据液控阀的执行油路的流量和该执行油路出口处的第二压力值确定该液压管路的功率，并根据液压管路的功率确定发动机的功率。进一步地，控制器包括发动机输出扭矩计算单元，用于根据油泵的出油口处的第三压力值、油泵的排量、发动机的传动比和传动效率确定该发动机的输出扭矩。进一步地，该监测系统还包括发送装置和监控装置，发送装置与控制器相连接，用于将发动机的油耗发送给监控装置。与现有油耗测量系统相比，本发明用三个压力传感器即可完成对发动机油耗的测量，传感器类型单一，布置方式简单。另一方面，本发明还提供了一种发动机油耗监测方法，该方法包括如下步骤第一压力获取步骤，获取与油泵的出油口相连接的液压管路中的液控阀的控制油路入口处的第一压力值；第二压力获取步骤，获取与油泵的出油口相连接的液压系统中的液控阀的执行油路出口处的第二压力值；第三压力值获取步骤，获取油泵的出油口处的第三压力值；油耗计算步骤，根据第一压力值、第二压力值和第三压力值确定该发动机的油耗。进一步地，油耗计算步骤进一步包括发动机功率计算步骤，根据第一压力值和第二压力值确定该液压管路的功率，并根据该液压管路的功率确定该发动机的功率；发动机转速计算步骤，根据第一压力值确定液控阀的执行油路的流量，并根据该执行油路的流量确定油泵的流量，再结合油泵的排量、容积效率和发动机的传动比确定发动机的转速；发动机输出扭矩计算步骤，根据油泵出油口处的第三压力值、油泵的排量、发动机的传动比和传动效率确定该发动机的输出扭矩；发动机油耗计算步骤，根据发动机的功率、转速和输出扭矩查询该发动机的万有特性曲线确定该发动机的油耗。进一步地,发动机功率计算步骤进一步包括位移计算步骤，根据第一压力值确定 该液控阀的阀芯位移；流量计算步骤，根据该液控阀的阀芯位移确定该液控阀的执行油路的流量；功率计算步骤，根据该液控阀的执行油路的流量和该执行油路出口处的第二压力值确定该液压管路的功率，并根据该液压管路的功率确定该发动机的功率。进一步地，液控阀为多路阀时，发动机功率计算步骤为，根据各路阀的第一压力值和第二压力值确定各路阀所在的液压管路的功率，并根据各路阀所在的液压管路的功率之和确定发动机的功率；以及发动机转速计算步骤为，根据各路阀的第一压力值确定各路阀的执行油路的流量，并将各路阀的执行油路的流量之和确定为油泵的流量，再结合油泵的排量、容积效率和发动机的传动比确定发动机的转速。进一步地，该监测方法还包括参数发送步骤，将发动机的油耗发动给监控装置。该发动机参数监测方法与上述发动机参数监测系统原理相似，所以该方法具有发动机参数监测系统的所有效果。
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I为本发明发动机油耗监测系统实施例中，压力获取装置的安装位置示意图；图2为本发明发动机油耗监测系统实施例中，液控阀阀芯未移动时的剖视图；图3为本发明发动机油耗监测系统实施例中，液控阀阀芯移动距离L时的剖视图；图4为本发明发动机油耗监测系统实施例的结构框图；图5为本发明发动机油耗监测系统实施例中，控制器的结构框图；图6为本发明发动机油耗监测方法实施例的流程图；图7为本发明发动机油耗监测方法实施例中，发动机油耗计算方法流程图；图8为本发明发动机油耗监测方法实施例中，液压管路的功率计算方法流程图；图9为控制油路入口压力与阀芯位移之间的关系曲线；图10为液控阀为多路阀时，该发动机油耗监测系统中传感器布置方式示意图；图11为液控阀为多路阀时，发动机油耗监测方法的流程图。
具体实施方式
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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。一方面，本发明提出一种发动机油耗监测系统，下面结合图I至图5对其优选实施例进行详细说明。参见图I及结合相关技术可知，发动机3驱动油泵2向与油泵2的出油口相连接的液压管路I中供油。其中，液压管路I上安装有液控阀11，并且，液控阀11的执行油路的入口管路111与油泵2的出油管路21相连，液控阀11的执行油路的出口管路113与液压管路相连接。参见图I、图4可知，该监测系统实施例包括第一压力获取装置112A、第二压力获取装置113A、第三压力获取装置211及控制器5。其中，第一压力获取装置112A安装在液控阀11的控制油路入口管路112的入口处，用于获取液控阀11控制油路入口处的第一压 力值P1。第二压力获取装置113A安装在执行油路出口管路113的出口处，用于获取液控阀11执行油路出口处的第二压力值P2。第三压力获取装置211安装在油泵2的出油管路21上，用于获取油泵2出油口处的第三压力值。控制器5用于接收第一压力值、第二压力值和第三压力值，并根据第一压力值确定发动机的转速，根据第一压力值和第二压力值确定发动机的功率，根据第三压力值确定发动机的输出扭矩，以及根据发动机的转速、功率和输出扭矩查询已预存在控制器中的该发动机的万有特性曲线确定该发动机的油耗。参见图5，控制器5可以进一步包括发动机功率计算单元51、发动机转速计算单元52、发动机输出扭矩计算单元53和发动机油耗计算单元54。其中，发动机功率计算单元51，用于根据第一压力值Pl和第二压力值P2确定液压管路I的功率，再根据液压管路I的功率和油泵2的类型确定发动机3的功率。该单元通过两个压力传感器采集的压力值计算发动机3的功率，与现有的功率计算方法相比，传感器易于布置，并且类型单一，下面结合图2、图3，对其计算原理及方法作进一步说明。参见图I至图3及结合相关技术可知，液控阀11 一般包括阀芯座118和设于阀芯座118中的阀芯117。阀芯座118内加工有控制油路管路115和执行油路管路116，在阀芯座118的外壁设有控制油路入口管路112、控制油路出口管路114、执行油路入口管路111和执行油路出口管路113。其中，控制油路入口管路112和控制油路出口管路114与阀芯座118内的控制油路管路115相连通，执行油路入口管路111和执行油路出口管路113与阀芯座118内的执行油路管路116相连通。阀芯117安装在执行油路管路116上，在控制油路管路115中液压油的作用下，阀芯117可以沿着阀芯座118相对移动，用以控制执行油路管路116中的液压油的流量。由以上分析可知，阀芯117的位移与控制油路入口管路112中液压油的压力成正比。本发明实施例通过测量控制油路入口管路中的第一压力值Pl确定阀芯位移L，进而确定执行油路的流量，再结合执行油路出口处的第二压力值P2，确定该液压管路I的功率。具体地，发动机功率计算单元51根据第一压力值Pl查询已预存在该单元中的液控阀11的控制油路入口压力与阀芯位移之间的关系曲线，参见图9，得到该第一压力值Pl对应的阀芯位移L，再根据阀芯位移L计算执行油路的流量Qv，即液压管路I的流量。具体计算方法为阀芯位移L=nlXPl，其中，nl为阀芯位移与控制油路压力关系曲线的斜率；执行油路的流量Qv=n2XL=nl Χη2ΧΡ1，其中n2为阀芯位移与执行油路流量关系曲线的斜率。该执行油路的流量Qv和该执行油路出口处的第二压力值P2乘积即为该液压管路I的功率。再根据液压管路I的功率和油泵2的类型确定发动机3的功率，具体为当油泵2为定量泵时，液压管路I的功率为发动机2的功率；当油泵2为变量泵时，若液压管路I的功率小于等于该变量泵的最大功率，则液压管路I的功率为发动机3的功率；若液压管路I的功率大于该变量泵的最大功率，则变量泵的最大功率为发动机3的功率。需要说明的是第一压力获取装置、第二压力获取装置和第三压力获取装置均可以选择压力传感器，也可以选择任何其他能够测量压力的元件，本发明对其具体类型不做限定。 发动机转速计算单元52，用于根据该液控阀执行油路的流量确定油泵2的流量，并根据油泵的流量、排量、容积效率和发动机的传动比确定发动机的转速。具体地，发动机功率计算模块51中计算得到液压管路I的流量，该液压管路I的流量即为油泵2的流量Q。发动机转速计算单元52根据油泵2的流量、排量、容积效率和发动机的传动比确定发动机的转速，具体计算方法为油泵的转速H=Q/ (VgX ην)得到油泵的转速，该式中ην为油泵的容积效率，Vg为油泵的排量，Q为油泵的流量；再根据油泵2的转速和发动机3的传动比确定发动机转速，即，发动机转速=油泵转速n X发动机的传动比。发动机输出扭矩计算单元53，用于根据油泵出油口处的第三压力值、油泵的排量、发动机的传动比和传动效率确定该发动机的输出扭矩。具体地，发动机输出扭矩计算单元53根据油泵出油口处的压力值Ρ3和油泵的排量Vg确定油泵2的输出扭矩Τ，即油泵2的输出扭矩T=VgXP3，该式中Vg为油泵的排量；再根据油泵2的输出扭矩T、发动机的传动比和传动效率确定发动机的输出扭矩，即发动机输出扭矩=泵的输出扭矩TX发动机传动比X传动效率。发动机油耗计算单元54，用于根据该发动机的功率、转速和输出扭矩查询该发动机的万有特性曲线确定该发动机的油耗。与现有功率测量系统相比，本发明实施例用三个压力传感器即可完成对发动机油耗的测量，传感器类型单一，并且，布置方式较为简单。优选地，该油耗监测系统实施例还可以进一步包括发送装置6和监控装置，发送装置6与控制器5电连接，用于将发动机3的功率和油耗发送给监控装置。其中，发送装置6与监控装置可以通过有线或无线连接。具体操作时，发送装置6可以通过CAN总线与控制器5相连接，从控制器5中获取监测参数，并通过GPRS等无线发送方式将参数信息发送给监控装置，其中，监控装置可以为地面上的数据监控中心。当然，本实施例中的液控阀也可以为多路阀，参见图I。当为多路阀时，在每路液控阀上均要布置第一压力获取装置和第二压力获取装置，发动机功率计算单元分别计算各路液控阀所在的液压管路的功率，并根据各路液控阀所在的液压管路的功率之和和油泵2的类型确定发动机的功率。发动机转速计算单元52将各路阀所在的液压管路的流量之和确定为油泵的流量，并结合油泵2的排量、容积效率和发动机的传动比确定发动机3的转速，相关计算方法参照图I所示的单路阀即可。另一方面，本发明还提供了一种发动机油耗监测方法，下面结合图I、图6至图11对其优选实施例进行详细说明。
参见图6，该油耗监测方法包括如下步骤第一压力获取步骤SI，获取与油泵2的出油口相连接的液压管路I中的液控阀11的控制油路入口处的第一压力值Pi ;第二压力获取步骤S2，获取与油泵2的出油口相连接的液压管路中的液控阀11的执行油路出口处的第二压力值P2 ;第三压力值获取步骤S3，获取油泵2出油口处的第三压力值P3 ;油耗计算步骤S4，根据第一压力值P1、第二压力值P2和第三压力值P3确定该发动机3的油耗。其中，参见图7，油耗计算步骤S4进一步包括发动机功率计算步骤S41，发动机转速计算步骤S42，发动机输出扭矩计算步骤S43和发动机油耗计算步骤S44。其中，发动机功率计算步骤S41为根据第一压力值确定液控阀的执行油路的流量，并根据该执行油路的流量和第二压力值确定该液压管路的功率，再根据该液压管路的功率和油泵类型确定该发动机的功率。具体地，根据第一压力值Pl查询图9所示的控制油路入口压力与阀芯位移之间的关系曲线，确定该压力值所对应的阀芯位移L，并根据阀芯位移L确定该液控阀11的执行油路的流量Qv，执行油路的流量Qv即为该液压管路的流量。具体计算方法为阀芯位移L=nlXPl，其中，nl为液控阀阀芯位移与控制油路压力关系曲线的斜率；执行油路的流量％=112\1^111\112\ 1，其中n2为阀芯位移与执行油路流量关系 曲线的斜率。再根据执行油路的流量Qv与该执行油路出口处的第二压力值P2确定该液压管路I的功率，具体为液压管路I的功率P=P2XQV。然后再根据液压管路I的功率和油泵2的类型(定量泵和变量泵)确定发动机3的功率，具体为当油泵2为定量泵时，液压总管路4的功率为发动机2的功率；当油泵2为变量泵时，若液压总管路4的功率小于等于该变量泵的最大功率，则液压总管路4的功率为发动机3的功率；若液压总管路4的功率大于该变量泵的最大功率，则变量泵的最大功率为发动机3的功率。发动机转速计算步骤S42为根据液控阀执行油路的流量确定油泵的流量，并根据油泵的流量、排量、容积效率和发动机的传动比确定发动机的转速。具体地，液压管路I的流量Qv即为油泵2的流量Q，再根据油泵2的流量Q、排量Vg和容积效率ην确定油泵2的转速H ;即油泵转速H=Q/ (VgX ην)，该式中ην为油泵的容积效率，Vg为油泵的排量，Q为油泵的流量；最后，根据油泵的转速和发动机的传动比确定发动机转速，即发动机转速=油泵转速rI X发动机的传动比。发动机输出扭矩计算步骤S43为根据油泵出油口处的第三压力值、油泵的排量、发动机的传动比和传动效率确定该发动机的输出扭矩。具体地，根据油泵出油口处的压力值Ρ3和油泵的排量Vg确定油泵的输出扭矩Τ，即油泵2的输出扭矩T=VgXP3。该式中Vg为油泵的排量；根据油泵的输出扭矩T、发动机的传动比和传动效率确定发动机的输出扭矩，即发动机输出扭矩=泵的输出扭矩TX发动机传动比X传动效率。发动机油耗计算步骤S44，根据该发动机的功率、转速和输出扭矩查询该发动机的万有特性曲线，得到该发动机的油耗。优选地，该监测方法还包括参数发送步骤，将发动机3的功率和油耗发动给监控装置。发送时，可以通过无线传输的方式，也可以选择有线传输的方式。本发明对具体发送类型不做限定。当然，参见图10和图11，本实施例中的液控阀也可以为多路阀。当为多路阀时，需要获取每路液控阀上的第一压力值和第二压力值，并依次计算各路液控阀的执行油路的流量和各路液控阀所在的液压管路的功率，并将各路液控阀执行油路的流量之和确定为油泵2的总流量，并结合该油泵2的排量、容积效率和发动机的传动比确定该发动机3的转速。以及根据各路液控阀所在的液压管路的功率之和和油泵的类型确定发动机的功率，相关之处参照图I所示的单路阀即可。该监测方法实施例原理与监测系统实施例相似，相关之处可以相互参照。该发动机参数监测方法与上述发动机参数监测系统原理相似，所以该方法具有发动机参数监测系统的所有效果。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。
权利要求
1.一种发动机油耗监测系统，该发动机用于驱动油泵(2)，其特征在于，该监测系统包括 第一压力获取装置，用于获取与油泵(2)出油口相连接的液压管路(I)中的液控阀(11)的控制油路入口处的第一压力值； 第二压力获取装置，用于获取与油泵(2)出油口相连接的液压管路(I)中的液控阀(11)的执行油路出口处的第二压力值； 第三压力获取装置，用于获取油泵(2)出油口处的第三压力值； 控制器(5)，用于接收所述第一压力值、第二压力值和第三压力值，并根据所述第一压力值确定发动机的转速，根据所述第一压力值和所述第二压力值确定发动机的功率，根据所述第三压力值确定发动机的输出扭矩，以及根据所述发动机的转速、功率和输出扭矩查询已预存在控制器中的该发动机的万有特性曲线确定该发动机的油耗。
2.根据权利要求I所述的发动机油耗监测系统，其特征在于，所述控制器包括 发动机转速计算单元(52)，用于根据所述第一压力值确定所述液控阀(11)执行油路的流量，并根据执行油路的流量确定油泵(2)的流量，再结合油泵(2)的排量、容积效率和发动机的传动比确定发动机(3)的转速。
3.根据权利要求I所述的发动机油耗监测系统，其特征在于，所述控制器包括发动机功率计算单元(51),所述发动机功率计算单元(51)进一步包括 位移计算模块，用于根据所述第一压力值确定所述液控阀(11)的阀芯位移； 流量计算模块，用于根据所述液控阀(11)的阀芯位移确定所述液控阀(11)的执行油路的流量； 功率计算模块，用于根据所述液控阀(11)的执行油路的流量和该执行油路出口处的第二压力值确定该液压管路的功率，并根据所述液压管路的功率确定发动机3的功率。
4.根据权利要求I所述的发动机油耗监测系统，其特征在于，所述控制器(5)包括 发动机输出扭矩计算单元(53)，用于根据所述油泵(2)的出油口处的第三压力值、油泵(2)的排量、发动机(3)的传动比和传动效率确定该发动机(3)的输出扭矩。
5.根据权利要求3所述的发动机油耗监测系统，其特征在于，所述液控阀(11)为多路阀，并且， 所述发动机转速计算单元(52)用于将各路阀所在的液压管路的流量之和确定为油泵的流量，并结合油泵(2)的排量、容积效率和发动机的传动比确定发动机(3)的转速；以及所述发动机功率计算单元(51)用于根据各路阀所在的液压管路的功率之和确定所述发动机(3)的功率。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的发动机油耗监测系统，其特征在于，该监测系统还包括 发送装置(6 )和监控装置，所述发送装置(6 )与所述控制器(5 )相连接，用于将所述发动机(3)的油耗发送给监控装置。
7.一种发动机油耗监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤 第一压力获取步骤，获取与油泵(2)的出油口相连接的液压管路中的液控阀控制油路入口处的第一压力值； 第二压力获取步骤，获取与油泵(2)的出油口相连接的液压系统中的液控阀执行油路出口处的第二压力值； 第三压力值获取步骤，获取油泵(2)的出油口处的第三压力值； 油耗计算步骤，根据所述第一压力值、第二压力值和第三压力值确定该发动机的油耗。
8.根据权利要求7所述的发动机油耗监测方法，其特征在于，所述油耗计算步骤进一步包括 发动机功率计算步骤，根据所述第一压力值和所述第二压力值确定该发动机的功率； 发动机转速计算步骤，根据所述第一压力值确定该发动机的转速； 发动机输出扭矩计算步骤，根据所述油泵出油口处的第三压力值确定该发动机的输出扭矩； 发动机油耗计算步骤，根据发动机的功率、转速和输出扭矩查询该发动机的万有特性曲线确定该发动机的油耗。
9.根据权利要求8所述的发动机油耗监测方法，其特征在于，所述发动机功率计算步骤进一步包括 位移计算步骤，根据所述第一压力值确定该液控阀的阀芯位移； 流量计算步骤，根据该液控阀的阀芯位移确定该液控阀的执行油路的流量； 功率计算步骤，根据该液控阀的执行油路的流量和该执行油路出口处的第二压力值确定该液压管路的功率，并根据该液压管路的功率确定该发动机的功率。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的发动机油耗监测方法，其特征在于，该监测方法还包括 参数发送步骤，将发动机的油耗发动给监控装置。
11.一种工程车辆，其特征在于，其上设置有如权利要求I至6中任一项所述的发动机油耗监测系统。
全文摘要
本发明公开了一种工程车辆、发动机油耗监测系统及方法。其中，发动机油耗监测系统包括包括第一压力获取装置，用于获取连接在发动机和油泵之间的液压管路中液控阀的控制油路入口处的第一压力值；第二压力获取装置，用于获取连接在发动机和油泵之间的液压管路中液控阀的执行油路出口处的第二压力值；第三压力获取装置，用于获取油泵出油口处的第三压力值；控制器，用于接收第一压力值、第二压力值和第三压力值，并根据第一压力值、第二压力值和第三压力值确定该发动机的油耗。与现有功率测量系统相比，本发明实施例用三个压力传感器即可完成对发动机油耗的测量，传感器类型单一，并且，布置方式较为简单。
文档编号G01F9/00GK102809395SQ20121021595
公开日2012年12月5日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者朱湘华, 李庆, 李丰 申请人:三一重工股份有限公司