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摘要：本文介绍了柴油机节能技术及理念，分析了液压系统的节能措施，并提出了液压泵与柴油机的合理匹配。
关键词：工程机械；节能技术；措施
节能技术的采用，对机电液一体化控制手段提出了更高的要求，通过中央控制器与柴油机、液压泵等，建立实时通讯并及时调整运行参数，可使整机处于高效节能工作状态。
一、节能理念
工程机械所有的能量转换和传递的最终目的是对外负载做有效功，即输出有效功率。由于工程机械通常是多种执行机构协同作业，输出有效功率取决于两个因素:功率的有效传递和不同功率支流之间的有效配合。目前，节能控制专注于功率的有效传递和供需双方的动态匹配上，而忽略了不同功率流之间的有效配合。作业效率是指工程机械单位时间的作业量。只有在相同作业效率下的能耗数据才具有可比性。因此，节能不仅取决于功率传递的效率和功率供需双方的动态匹配，还取决于不同功率流之间的有效配合，并与作业效率有关。
二、柴油机节能技术
机械调速油门系统的高压泵由柴油机凸轮轴驱动，输送到燃烧室的供油量随柴油机转速的变化而变化，但在各种转速下无法控制最佳供油量，燃油效率不高，噪音大，尾气排放异常，污染严重。由于电控柴油机的动力性、经济性、排放和噪声等，柴油机各项性能得到了进一步改善，因而被广泛应用。目前，工程机械广泛采用了共轨式喷射系统的电控柴油机。共轨式喷射系统将产生的喷射压力与喷射过程完全分离，通过对共轨管内的油压实施精确控制，使高压油管内压力大小与柴油机的转速基本无关。这项技术可最大限度地减少柴油发动机的振动、噪音、尾气和油耗。主要特点有以下三方面:一是喷射压力的产生与实际喷油过程分离，喷油压力和喷油过程由ECU(电子控制单元)实时控制。二是根据柴油机工作工况，可调整油压、起始点和油注时间，从而保持最佳控制点。三是能实现高注入的喷油压力，并具有柴油的预喷射和后喷射功能，可显著降低噪声和碳氢化合物的排放量。因此，柴油机的节能减排是一种相互促进的关系，只有在减少燃料消耗的基础上，才能进一步减少燃烧污染物的排放。
三、液压系统的节能措施
液压系统的能量损失主要包括流动损失和失压损失，损失的能量最终主要转化为热能，并被液压系统和周围环境所吸收。
1、流量控制系统的节能。定量泵与三通压力补偿器组成的流量控制系统液压原理，是采用负载传感技术，通过三通压力补偿装置形成一个负载敏感系统。三通压力补偿器比较节流阀进、出油口压力P与PL之间的压差△P，并使之保持恒定，使液压泵的出口压力始终高于恒压差压△P的负荷压力，系统则按流量控制阀的要求提供给执行元件相应的流量，多余的流量以比负载压力高于△P的压力溢流回油箱。恒流变量泵与负载传感技术组成的流量控制系统也是一个负载敏感系统。同时，液压泵采用恒流变量泵，变量泵只根据执行元件的需求供油，所以不会造成溢流损失。恒流变量泵通常与外部节流阀配合使用，泵上的变量控制阀比较节流阀进、出油口压力P与PL之间的压差，并使之保持恒定，使油泵的出口压力始终比负载压力高一个恒定的压差△P。恒流变量泵的输出压力随负载变化而变化，同时仅提供执行元件所需的流量，其节能效果良好。当外部节流阀关闭时，恒流变量泵的排量基本为零，泵出口的压力很低，此时在输出功率非常低电压待机状态下的泵，节能效果也很明显。
2、负荷传感控制节能。负荷传感控制技术不受负荷压力变化和油泵流量变化的影响，能按人为设定的特点自适应。负荷传感控制液压系统中有定量、变量泵系统之分。起负荷传感作用的压力补偿阀布置位置有：①油泵与操纵阀之间；②操纵阀与执行器之间；③执行器和回油路之间。压力补偿阀的布置位置不同，其控制精度及性能也有所变化，但均能实现流量按需提供，有效地实现节能。此外，如把压力补偿阀布置在油泵与操纵阀之间，利用压力补偿阀的压差，控制油泵排量控制机构，使油泵能按需输出流量减少流量损失，达到节能的目的，其最大优点是能实现多机构复合动作，不受负荷大小的影响。但在总流量欠饱和的情况下，多机构复合动作时，优先满足低负荷动作，高负荷与低负荷的机构不能同时动作。
3、全局功率匹配系统的节能。在工程机械中，液压系统动力传递是一个以发动机-液压泵-负载为主线的驱动系统，实现发动机、液压泵和负载三者之间的全局功率匹配，对于系统的节能有重大的意义。图1为一种典型的全局功率匹配流程图，其利用负载敏感系统中变量泵对负载压力和流量的自适应性，实现变量泵与负载的匹配。然后根据变量泵和负载匹配功率，确定发动机的最佳工作点，利用发动机油门的自动调节，使发动机工作在最佳工作点附近，进而实现全局功率匹配。
图1全局功率匹配流程图
四、液压泵与柴油机的合理匹配
1、采用自动功率分配节能技术。通常把液压系统中的回路分为主回路和辅助回路。要提高整个系统的节能效率，在总功率输入恒定的情况下，重点是提高主回路的工作效率。新节能技术的主液压泵采用电控功率调节装置，根据泵车主回路、辅助回路的工作压力和柴油机转速信号，经中央控制器处理后，如辅助回路存在富裕功率，则将这部分功率转移给主回路。方法是通过改变主液压泵的恒功率控制电流，提高主液压泵的恒功率限定值，实现自动的功率分配。
2、采用多功率模式的节能技术。对长时间连续工作的混凝土泵车等，常规的控制模式均为柴油机在额定转速下工作。此时柴油机能满足液压泵对功率和扭矩输入的要求，但根据柴油机的转速-燃油消耗曲线，柴油机通常工作在燃油高消耗区域。对重负载工况，柴油机与液压泵均全负荷工作，基本上没有功率损失；对中载或轻载工况，柴油机的输出功率高于负载所需功率，多余的功率会以各种形式消耗掉，并最终转变成热能。针对这种情况，可将机器的工况模式详细分级，并采用恒功率控制技术。其特征是：根据现场的工况设定要求，中央控制单元根据负载压力PL和柴油机在这一工况的功率匹配关系，计算出柴油机的工作转速ne和液压泵排量控制电流I，再通过中央控制单元将控制信号传给柴油机和液压泵控制单元，从而控制柴油机转速和液压泵的排量，即柴油机输出功率Pe与负载压力PL液压泵排量控制电流I、柴油机工作转速ne关联。该技术的核心是构建柴油机的最佳燃油消耗率模型和柴油机-液压泵的动力匹配模型，它能根据不同的设定工况，自动调节柴油机转速和液压泵排量，使柴油机的输出功率和扭矩能满足液压泵的需求，并留有适当的储备。当传感器检测到机器处于空载工况时，中央控制单元将自动使柴油机转速降到怠速，液压泵排量相应调到最小位置，处于节油待机模式。
五、结语
总之，在能源日益紧缺的今天，节能减排已渗透到各行各业。工程机械作为高能耗机械设备，节能减排显得尤为重要。另外，随着工程机械数量的增加，其所消耗的大量资源、排放的污染物及施工中产生的噪声、粉尘等均对环境产生了一定的影响。
参考文献
[1]马文星.浅谈工程机械节能理念[M].工业出版社，2016.
[2]王春行.液压控制系统研究[M].机械工业出版社,2016.