專利名稱：一種挖掘機柴油發動機啟動和停機保護系統及方法
技術領域：
本專利屬于挖掘機控制技術領域，涉及一種挖掘機柴油發動機啟動和停機保護系統及方法。
背景技術：
挖掘機的柴油發動機因其具有低速大扭矩特性，在工程機械中廣泛使用。隨著電子技術的發展及其在工程機械中的廣泛應用，使電機控制的全程調速柴油發動機成為主流。挖掘機工作環境復雜多變，工況惡劣。由于操作手操作的疏忽和不良習慣，使得柴油發動機在低溫下高速運行或者在高速狀態下直接熄火，這樣操作不但會出現發動機拉缸，積 炭，甚至損壞等問題，而且會導致挖掘機其它電氣元件的因發電機產生的浪涌電壓而損壞。
發明內容
本專利所要解決的技術問題是提出一種挖掘機柴油發動機啟動和停機保護系統及方法，優化柴油發動機及電氣元件的工作環境，降低故障率。本專利的技術解決方案如下一種挖掘機柴油發動機啟動和停機保護系統，包括柴油發動機、蓄電池、電磁電源總開關、轉速傳感器、啟動馬達、啟動繼電器、熄火馬達、熄火繼電器、中央控制器、冷卻液溫度傳感器、機油壓力傳感器、鑰匙開關、發動機油門控制系統及用電設備；所述的轉速傳感器、冷卻液溫度傳感器、機油壓力傳感器、鑰匙開關均與中央控制器的輸入端相連；所述的電磁電源總開關、熄火繼電器、啟動繼電器、發動機油門控制系統均受控于中央控制器；蓄電池通過電池電源總開關為啟動馬達和熄火馬達供電；所述熄火馬達和啟動馬達均與發動機相連，其中熄火馬達受控于熄火繼電器，啟動馬達受控于啟動繼電器。轉速傳感器安裝于發動機飛輪殼，冷卻液溫度傳感器安裝于發動機機體內節溫器前端，其中，節溫器的后端與散熱器相連，機油壓力傳感器安裝于發動機機油冷卻器的出□。蓄電池還通過電磁電源總開關為用電設備供電，所述的用電設備包括儀表、燈光、喇叭、空調及收音機中的至少一種。一種挖掘機柴油發動機啟動和停機保護方法，基于所述的發動機啟動和停機保護系統，包括以下步驟步驟I :鑰匙開關從“斷開”狀態轉為“導通”狀態時，中央控制器使電磁電源總開關導通，同時中央控制器控制發動機油門控制系統使油門處于最小工作位；步驟2 :鑰匙開關從“導通”狀態轉為“啟動”狀態時，中央控制器控制啟動馬達繼電器使啟動馬達運行，從而帶動發動機運行，當檢測到發動機轉速大于額定轉速的20%時，發動機完成啟動；步驟3 :中央控制器檢測發動機的冷卻水溫和機油壓力；(I)如果機油壓力低于0. Ibar或者高于lbar，中央控制器提示出現故障并通過熄火繼電器控制熄火馬達，從而停止發動機運行；(2)如果冷卻液溫度低于20°C，且機油壓力在0. I Ibar之間，中央控制器控制發動機油門控制系統使發動機在·額定轉速的50% 60%之間運行；如果冷卻液溫度高于20°C，且機油壓力在0. I Ibar之間，中央控制器控制發動機油門控制系統使發動機按照操作手的指示運行；步驟4:柴油發動機在運行中，鑰匙開關從“導通”狀態轉為“斷開”狀態，中央控制器控制發動機油門控制系統使發動機從當前的運行狀態進入減速至額定轉速的50%之內，運行5-10秒鐘后，中央控制器控制熄火馬達繼電器，控制熄火馬達使發動機停機；步驟5 :當檢測到轉速小于額定轉速的0. 2%時，延時I 3秒鐘后，中央控制器控制電磁電源總開關由導通轉為斷開，中央控制器完成停機保護控制任務。有益效果本發明的一種挖掘機柴油發動機啟動和停機保護系統及方法，通過檢測發動機的工作環境和運行狀態，對其進行啟動和停機轉速控制，并通過延時放電的方法，一方面保護發動機，有效避免發動機在惡劣狀態下啟動和停機；另一方面主動消除了發動機產生的浪涌電壓，優化了電氣元件的工作環境。基于該系統的方法實現了發動機低速啟動、低速熄火和延時斷電的功能，對柴油發動機和其他用電設備的保護，提高柴油發動機和用電設備的可靠性。
圖I是本專利控制系統框圖。圖2是本專利啟動保護控制流程圖。圖3是本專利停機保護控制流程圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發明做進一步詳細的說明。以一款21噸液壓挖掘機為例，該機器的額定轉速為2100轉/分，低怠速為1000轉/分，最大扭矩為550Nm，最大扭矩所對應的轉速為1600轉/分。參見圖I所示，本發明的一個具體實施例中，挖掘機柴油發動機啟動和停機保護系統，包括柴油發動機、蓄電池、電磁電源總開關、轉速傳感器、熄火馬達、熄火繼電器、中央控制器、冷卻液溫度傳感器、機油壓力傳感器、鑰匙開關、發動機油門控制系統及用電設備。轉速傳感器、冷卻液溫度傳感器、機油壓力傳感器、鑰匙開關分別與中央控制器的輸入端相連；電磁電源總開關、熄火繼電器、發動機油門控制系統分別與中央控制器的輸出端相連。其他用電設備至少包括儀表、燈光、喇叭、空調及收音機。蓄電池直接給中央控制器供電，同時經電磁電源總開關給用電設備供電，電磁電源總開關的“導通”與“斷開”由中央控制器控制。轉速傳感器用于檢測發動機曲軸的轉速，冷卻液溫度傳感器用于檢測發動機機體內用于散熱的冷卻液的溫度，機油壓力傳感器用于檢測發動機潤滑系統的壓力。熄火馬達與熄火繼電器相連，中央控制器通過控制熄火繼電器實現對熄火馬達的控制，從而停止發動機的運行。啟動馬達與啟動繼電器相連，中央控制器通過控制啟動繼電器實現對啟動馬達的控制，從而帶動柴油發動機的啟動運行。鑰匙開關有“通”、“斷”和“啟動”三個工作位。鑰匙開關作為挖掘機柴油發動機啟動和停機的操作指令輸出設備，中央控制器根據鑰匙開關的指令控制啟動繼電器、熄火繼電器從而實現對柴油發動機的啟動和停機控制。發動機油門控制系統用于控制發動機的柴油供給量，發動機油門控制系統根據中央控制器的控制指令實現對柴油供給量從最小到最大范圍內進行調節，最終表現為對發動機轉速的控制。圖2為本發明啟動保護控制流程圖，其包括以下的步驟步驟I :鑰匙開關從“斷”的工作位到“通”的工作位，表明挖掘機系統需要進入通 電狀態，發動機處于準備啟動狀態，此時中央控制器通過控制電磁電源總開關使蓄電池到其它用電設備處于導通狀態，同時中央控制器通過控制發動機油門控制系統使油門處于最
小工作位。步驟2 :鑰匙開關從“通”的工作位到“啟動”的工作位，表明挖掘機系統需要進入啟動運行狀態，此時中央控制器通過控制啟動馬達繼電器使啟動馬達運行，從而帶動發動機運行，當轉速傳感器檢測信號大于420轉/分鐘時，表明發動機已成功啟動。步驟3 :中央控制器檢測發動機的冷卻水溫和機油壓力，根據冷卻水溫和機油壓力對發動機轉速進行保護控制，如果機油壓力低于0. Ibar或者高于lbar，中央控制器提示故障并停止發動機運行；如果冷卻液溫度低于20°C，或者機油壓力低于0. Ibar高于lbar，中央控制器通過控制發動機油門控制系統使發動機在1050 1260轉/分之間運行；當冷卻液溫度高于20°C，機油壓力在0. I Ibar之間，中央控制器通過控制發動機油門控制系統使發動機按照操作手的目標轉速運行，其目標轉速具體范圍是1000 2100轉/分鐘；系統完成啟動保護控制任務。圖3為本發明停機保護控制流程圖，其包括以下的步驟步驟I :柴油發動機在運行中，鑰匙開關從“通”的工作位到“斷”的工作位，表明挖掘機系統需要進入停機狀態，中央控制器通過控制發動機油門控制系統使發動機從當前的運行狀態減速至1050轉/分之內運行，中央控制器同時檢測冷卻液的溫度，低速運行5 10秒鐘后，發動機達到停機狀態的要求時，中央控制器通過控制熄火馬達繼電器控制熄火馬達使發動機停機。步驟2 :當轉速傳感器檢測信號小于4轉/分時，表明發動機已處于停止狀態，延時I 3秒鐘后，中央控制器通過控制電磁電源總開關使蓄電池與其它用電設備處于斷開狀態，中央控制器完成停機保護控制任務。
權利要求
1.一種挖掘機柴油發動機啟動和停機保護系統，其特征在于，包括柴油發動機、蓄電池、電磁電源總開關、轉速傳感器、啟動馬達、啟動繼電器、熄火馬達、熄火繼電器、中央控制器、冷卻液溫度傳感器、機油壓力傳感器、鑰匙開關、發動機油門控制系統及用電設備； 所述的轉速傳感器、冷卻液溫度傳感器、機油壓力傳感器、鑰匙開關均與中央控制器的輸入端相連； 所述的電磁電源總開關、熄火繼電器、啟動繼電器、發動機油門控制系統均受控于中央控制器； 蓄電池通過電池電源總開關為啟動馬達和熄火馬達供電； 所述熄火馬達和啟動馬達均與發動機相連，其中熄火馬達受控于熄火繼電器，啟動馬 達受控于啟動繼電器。
2.根據權利要求I所述的挖掘機柴油發動機啟動和停機保護系統，其特征在于，轉速傳感器安裝于發動機飛輪殼，冷卻液溫度傳感器安裝于發動機機體內節溫器前端，機油壓力傳感器安裝于發動機機油冷卻器的出口。
3.根據權利要求I所述的挖掘機柴油發動機啟動和停機保護系統，其特征在于，蓄電池還通過電磁電源總開關為用電設備供電，所述的用電設備包括儀表、燈光、喇叭、空調及收音機中的至少一種。
4.一種挖掘機柴油發動機啟動和停機保護方法，其特征在于，基于權利要求I所述的發動機啟動和停機保護系統，包括以下步驟 步驟I :鑰匙開關從“斷開”狀態轉為“導通”狀態時，中央控制器使電磁電源總開關導通，同時中央控制器控制發動機油門控制系統使油門處于最小工作位； 步驟2 :鑰匙開關從“導通”狀態轉為“啟動”狀態時，中央控制器控制啟動馬達繼電器使啟動馬達運行，從而帶動發動機運行，當檢測到發動機轉速大于額定轉速的20%時，發動機完成啟動； 步驟3 :中央控制器檢測發動機的冷卻水溫和機油壓力； (1)如果機油壓力低于0.Ibar或者高于lbar，中央控制器提示出現故障并通過熄火繼電器控制熄火馬達，從而停止發動機運行； (2)如果冷卻液溫度低于20°C，且機油壓力在0.I Ibar之間，中央控制器控制發動機油門控制系統使發動機在額定轉速的50% 60%之間運行；如果冷卻液溫度高于20°C，且機油壓力在0. I Ibar之間，中央控制器控制發動機油門控制系統使發動機按照操作手的指示運行； 步驟4 :柴油發動機在運行中，鑰匙開關從“導通”狀態轉為“斷開”狀態，中央控制器控制發動機油門控制系統使發動機從當前的運行狀態進入減速至額定轉速的50%之內，運行5-10秒鐘后，中央控制器控制熄火馬達繼電器，控制熄火馬達使發動機停機； 步驟5 :當檢測到轉速小于額定轉速的0. 2%時，延時I 3秒鐘后，中央控制器控制電磁電源總開關由導通轉為斷開，中央控制器完成停機保護控制任務。
全文摘要
本發明公開了一種挖掘機柴油發動機啟動和停機保護系統及方法，包括柴油發動機、蓄電池、電磁電源總開關、轉速傳感器、啟動馬達、啟動繼電器、熄火馬達、熄火繼電器、中央控制器、冷卻液溫度傳感器、機油壓力傳感器、鑰匙開關、發動機油門控制系統及其它用電設備。所述轉速傳感器、冷卻液溫度傳感器、機油壓力傳感器、鑰匙開關分別與中央控制器的輸入端相連；所述電磁電源總開關、熄火繼電器、啟動繼電器、發動機油門控制系統分別與中央控制器的輸出端相連；所述的蓄電池給中央控制器和用電設備供電。基于該系統的方法實現了發動機低速啟動、低速熄火和延時斷電的功能，對柴油發動機和其他用電設備的保護，提高柴油發動機和用電設備的可靠性。
文檔編號F02D43/00GK102748153SQ201210256038
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者何耀軍, 姜鵬, 胡劍平, 郝鵬, 陶海軍 申請人:山河智能裝備股份有限公司