CN100460649C - 一种挖掘机发动机转速控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挖掘机发动机转速控制方法，设定对应于油门档位的发动机目标转速，采用发动机转速感应系统控制发动机的转速，其特征在于：根据发动机功率曲线设定至少一个警戒转速点，对发动机的实际转速进行在线检测，当实际转速超过最低警戒转速点时，对发动机油门信号进行越权控制，调节油门开度，降低发动机的目标转速。本发明限制了发动机转速逼近空载最高转速，从而降低了发动机的噪声水平和油耗水平，又不影响发动机的动力性和响应速度，改善了发动机的运行状态，提高了使用寿命和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程机械用发动机的转速控制方法，具体涉及一种挖掘机发动机的转速控制方法，尤其是对发动机空载最高转速进行控制的方法。
背景技术
小型挖掘机被广泛应用于房屋建筑的地基开挖及完工后的清理、城市管道铺设、农田水利建设等场合，具有施工机动灵活、效率高的优点。
在挖掘机工作过程中，需要对挖掘机的发动机转速进行控制。传统的挖掘机发动机转速控制方式是：设定对应于油门档位的发动机目标转速，发动机在该目标转速下工作性能达到某个条件下的最优(例如输出功率最大或燃油消耗率最低)。当外界负载变化时，发动机实际转速会偏离该目标转速，此时通过调节与发动机相连接的液压泵或其他功率转换元件的吸收功率，可以实现发动机实际转速在目标转速附近一个较小的范围内波动，这就是用于控制和调节发动机输出功率的发动机转速感应系统(ESS)。在外负载剧烈波动的状况下，ESS能够使发动机输出转速保持在一定范围内(比如±200rpm)，从而确保发动机输出功率稳定，这种转速控制方式的实质是将外负载的大幅度波动映射为发动机转速的小幅度波动，既能够确保发动机转速大体稳定，又能够适应外负载的急剧变化，经过实践证明是对挖掘机发动机行之有效的控制方法。
然而，对于挖掘机来讲，参见附图1所示，工作负载往往在较大负载和较小负载之间突变。当发动机工作在额定功率点附近时，外负载的突然降低会导致发动机转速逼近空载最高转速。比如，挖掘机在带载工作状态下全部控制手柄回到中位，此时发动机负荷急剧降低并逼近空载状态，发动机转速会接近空载最高转速，由于ESS控制的转速波动范围涵盖了发动机调速区段的大部分甚至全部转速，所以ESS对发动机接近空载最高转速的趋势调节力度不足，效果不理想。发动机在空转最高转速附近运行时，比油耗较大且噪音较高，应尽力避免。
因此，如何在上述发动机转速感应系统(ESS)的基础上，增加对发动机接近空载最高转速趋势的抑制，对于降低挖掘机的工作噪音及油耗，有着积极的意义。
发明内容
本发明目的是提供一种避免挖掘机发动机空载最高转速的出现，从而改善发动机的工作状态的转速控制方法，以有效降低油耗及噪音，提高挖掘机发动机的节能性和环保性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种挖掘机发动机转速控制方法，设定对应于油门档位的发动机目标转速，采用发动机转速感应系统控制发动机的转速，根据发动机功率曲线设定至少一个警戒转速点，对发动机的实际转速进行在线检测，当实际转速超过最低警戒转速点时，对发动机油门信号进行越权控制，调节油门开度，降低发动机的目标转速。
上述技术方案中，所述发动机转速感应系统(ESS)为现有技术，通常是在挖掘机的主控制器中设置有应用上述ESS系统的控制软件；本发明在实际应用时，可以在上述挖掘机的主控制器中设置最高转速控制模块，通过软件控制方式限制发动机空载最高转速。设置至少一个数值固定的警戒转速，当发动机实际转速超过该警戒转速时，根据某种算法对发动机目标转速进行调整，不同的目标转速对应不同的油门档位和发动机输出功率，进而实现发动机输出功率对外负载的跟随和发动机实际转速的降低，达到限制发动机空载最高转速的目的。即，发动机转速除了参与ESS等常规控制外，还作为最高转速控制模块的输入量，最高转速控制模块给出的油门开度的控制信号，具有高于ESS的优先权，可以对发动机转速进行越权控制，从而弥补传统的发动机转速感应控制的不足之处。
其中，对于发动机目标转速调整幅度进行计算的方法可以有多种，包括：
计算检测到的实际转速超过警戒转速的差值，根据所述差值用负反馈方式控制发动机的目标转速，并根据目标转速确定油门开度的调节值。
采用二维模糊控制器实现转速控制，以超出警戒转速的程度和转速的变化趋势作为模糊控制器的输入量，通过模糊控制的方式给出目标转速的调整值，并根据目标转速确定油门开度的调节值。
实时检测主泵压力、主泵排量和油门位置参数，根据实际转速及上述参数计算实际转速的变化趋势，以确定目标转速的调整值，据此给出油门位置和主泵排量的调整控制信号。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明设置了警戒转速点，当发动机的实际转速超过警戒转速点时，即对目标转速进行调整，限制了发动机转速逼近空载最高转速，从而降低了发动机的噪声水平和油耗水平，又不影响发动机的动力性和响应速度，改善了发动机的运行状态，提高了使用寿命和可靠性；
2.本发明通过软件方式对发动机转速进行控制，具有良好的响应速度和控制柔性，同时，只需在现有的采用ESS控制的挖掘机发动机控制装置中加入最高转速控制模块即可实现，便于现有产品的技术改造；
3.本发明可以引入二维模糊控制算法。进一步提高控制的效果。
附图说明
附图1是挖掘机负载变化曲线图；
附图2是本发明实施例一的发动机油门越权控制方框图；
附图3是实施例一中挖掘机发动机功率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：一种挖掘机发动机转速控制方法，设定对应于油门档位的发动机目标转速，采用发动机转速感应系统控制发动机的转速，根据发动机功率曲线设定至少一个警戒转速点，对发动机的实际转速进行在线检测。当实际转速超过最低警戒转速点时，对发动机油门信号进行越权控制。调节油门开度，降低发动机的目标转速。
实施时，参见附图2所示，在挖掘机发动机的主控制器中设置有ESS控制模块和空载最高转速控制模块，当发动机实际转速超过警戒转速时，空载最高转速控制模块给出的油门开度的控制信号，具有高于ESS控制模块的优先权，可以对发动机转速进行越权控制。
参见附图3的发动机功率曲线，当转速超过2220rpm左右时，进入调速区。为防止发动机深入调速区过多，可以设置一个警戒转速为2250rpm，当发动机实际转速不超过该警戒转速时，按照常规方式进行发动机转速感应控制；当发动机实际转速超过警戒转速时，在原转速感应控制的基础上将发动机的目标转速降低一个值，该值可以是实际转速与警戒转速的差值的函数，以此使最高转速限制系统具有对超速的惩罚性负反馈。
例如：当发动机实际转速超过警戒转速时，在原转速感应控制的基础上将发动机的目标转速降低f(n)：
f(n)＝kn＝k(ns-nj)
其中：ns为发动机实际转速
nj为发动机警戒转速
n为发动机超过警戒转速的值
k为惩罚系数
为了确保发动机转速调整的快速性和稳定性，需要合理选取惩罚系数，对于不同的发动机，惩罚系数的选取会对发动机的性能产生不同的影响，因而，可以通过实验，选取适合所使用的发动机的惩罚系数。
在获得发动机新的目标转速后，可以根据发动机转速与油门开度的关系，计算出对油门开度的调整值。
实施例二：一种挖掘机发动机转速控制方法，设定对应于油门档位的发动机目标转速，采用发动机转速感应系统控制发动机的转速，根据发动机功率曲线设定至少一个警戒转速点，对发动机的实际转速进行在线检测，当实际转速超过最低警戒转速点时，对发动机油门信号进行越权控制，调节油门开度，降低发动机的目标转速。
本实施例中，采用二维模糊控制器实现转速控制，以超出警戒转速的程度和转速的变化趋势作为模糊控制器的输入量，通过模糊控制的方式给出目标转速的调整值，并根据目标转速确定油门开度的调节值。
实施例三：一种挖掘机发动机转速控制方法，设定对应于油门档位的发动机目标转速，采用发动机转速感应系统控制发动机的转速，根据发动机功率曲线设定至少一个警戒转速点，在线检测发动机的实际转速、主泵压力、主泵排量和油门位置参数，当实际转速超过最低警戒转速点时，根据实际转速及上述参数计算实际转速的变化趋势，以确定目标转速的调整值，据此给出油门位置和主泵排量的调整控制信号，调节油门开度和主泵排量，降低发动机的目标转速。
Claims (3)
1.一种挖掘机发动机转速控制方法，设定对应于油门档位的发动机目标转速，采用发动机转速感应系统控制发动机的转速，其特征在于：根据发动机功率曲线设定至少一个警戒转速点，对发动机的实际转速进行在线检测，当实际转速超过最低警戒转速点时，对发动机油门信号进行越权控制，调节油门开度，降低发动机的目标转速。
2.根据权利要求1所述的挖掘机发动机转速控制方法，其特征在于：计算检测到的实际转速超过警戒转速的差值，根据所述差值用负反馈方式控制发动机的目标转速，并根据目标转速确定油门开度的调节值。
3.根据权利要求1所述的挖掘机发动机转速控制方法，其特征在于：在线检测主泵压力、主泵排量和油门位置参数，根据实际转速及上述参数计算实际转速的变化趋势，以确定目标转速的调整值，据此给出油门位置和主泵排量的调整控制信号。
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