CN104454197B - 一种挖掘机发动机功率自适应控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挖掘机发动机功率自适应控制方法，该方法通过各种传感器检测挖掘机所处环境，结合主泵需求功率，通过发动机ECM选择合适的发动机外特性曲线，使挖掘机在不同的海拔高度下均能达到最佳的工作效率。该方法根据挖掘机所处的海拔高度，自适应的选择不同的发动机外特性曲线，有效的克服了由于海拔高度改变导致发动机功率损失，发动机掉速、闷车、冒黑烟的问题和挖掘机的作业效率下降的问题，使发动机能够弥补因为海拔高度导致的功率下降，满足主泵的功率需求，从而使挖掘机在不同的海拔高度均能以最佳的效率进行作业。
Description
技术领域
本发明涉及挖掘机发动机控制领域，具体涉及一种挖掘机发动机功率自适应控制方法。
背景技术
众所周知，随着海拔高度的增加，空气变得稀薄，发动机的进气受到影响，功率下降。在挖掘机位于高原作业时，发动机输出功率不能满足挖掘机主泵的需求功率，会导致挖掘机出现闷车、掉速、冒黑烟和作业效率下降等现象，影响挖掘机的正常工作。
现有的挖掘机发动机功率适应控制主要是通过手动或者自动调节发动机喷油或进气状态，同时手动或自动调节主泵的功率需求来达到更好的匹配效果。这样虽然能够改善掉速、闷车、冒黑烟等现象，但仍会导致功率损失，使挖掘机的作业效率下降。如何在解决上述发动机掉速、闷车、冒黑烟问题的同时，使挖掘机在不同的海拔高度上均能按照设计的工作效率高效工作成为了一个待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种挖掘机发动机功率自适应控制方法，保证发动机在不同海拔高度均能输出足够的功率，满足挖掘机高效工作的需求。
一种挖掘机发动机功率自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取挖掘机所处位置的大气压力P和温度T，并根据P和T计算出挖掘机所处海拔高度H；
步骤2：根据主机控制器MC设定的主泵吸收功率，计算主泵所需的最大功率Pmax；
步骤3：计算主泵所需的最大功率与发动机的输出功率之间的功率差值；
依据发动机所处海拔与发动机外特性曲线，确定发动机输出功率百分比S；利用发动机外特性曲线的最大功率值乘以输出功率百分比S，得到当前海拔的输出功率，再减去主泵所需的最大功率Pmax，计算得到功率差值。
步骤4：依据功率差值选择能使得发动机输出功率满足主泵所需最大功率的发动机外特性曲线；
步骤5：按照选取的发动机外特性曲线调整发动机的工作参数，从而改变发动机的输出功率，完成挖掘机发动机功率的自适应控制。
所述步骤3中计算功率差值时所用到的海拔高度在连续30秒内采样N次求平均值，其中，N为大于或等于20的整数。
将发动机功率差值与发动机外特性曲线之间的对应关系存储至发动机ECM中，发动机ECM依据功率差值按照冗余匹配原则，选取对应发动机外特性曲线。
发动机外特性曲线是在发动机最好的工作状态下能使发动机发出最大功率的情况下测出来的发动机速度特性曲线。
所述步骤1中挖掘机所处位置的大气压力P和热力学温度T分别由安装在挖掘机上的大气压力传感器和温度传感器获得。
有益效果
本发明提供了一种挖掘机发动机功率自适应控制方法，该方法通过各种传感器检测挖掘机所处环境，结合主泵需求功率，通过发动机ECM选择合适的发动机外特性曲线，使挖掘机在不同的海拔高度下均能达到最佳的工作效率。该方法根据挖掘机所处的海拔高度，自适应的选择不同的发动机外特性曲线，有效的克服了由于海拔高度改变导致发动机功率损失，发动机掉速、闷车、冒黑烟的问题和挖掘机的作业效率下降的问题，使发动机能够弥补因为海拔高度导致的功率下降，满足主泵的功率需求，从而使挖掘机在不同的海拔高度均能以最佳的效率进行作业。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程图；
图2为发动机功率与海拔高度的关系曲线示意图；
图3为本实施例中所述发动机的多条发动机外特性曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
一种挖掘机发动机功率自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取挖掘机所处位置的大气压力P和热力学温度T，并根据P和T计算出挖掘机所处海拔高度H；
步骤2：根据主机控制器MC设定的主泵吸收功率，计算主泵所需的最大功率Pmax；
步骤3：计算主泵所需的最大功率与发动机的输出功率之间的功率差值；
依据发动机所处海拔与发动机外特性曲线，确定发动机输出功率百分比S；利用发动机外特性曲线的最大功率值乘以输出功率百分比S，得到当前海拔的输出功率，再减去主泵所需的最大功率Pmax，计算得到功率差值。
步骤4：依据功率差值选择能使得发动机输出功率满足主泵所需最大功率的发动机外特性曲线；
步骤5：按照选取的发动机外特性曲线调整发动机的工作参数，从而改变发动机的输出功率，完成挖掘机发动机功率的自适应控制。
所述步骤3中计算功率差值时所用到的海拔高度在连续30秒内采样N次求平均值，其中，N为大于或等于20的整数。
将发动机功率差值与发动机外特性曲线之间的对应关系存储至发动机ECM中，发动机ECM依据功率差值按照冗余匹配原则，选取对应发动机外特性曲线。
发动机外特性曲线是在发动机最好的工作状态下能使发动机发出最大功率的情况下测出来的发动机速度特性曲线。
所述步骤1中挖掘机所处位置的大气压力P和热力学温度T分别由安装在挖掘机上的大气压力传感器和温度传感器获得。
以15吨液压挖掘机为例，本方法实施流程如图1，首先根据大气压力传感器及温度传感器测量的数值确定挖掘机所处的海拔高度，根据公式H＝(RT/gM)X ln(P0/P)进行计算，其中H为海拔高度，R为常数8.51，T为温度传感器实时测量得到的热力学温度，g为重力加速度，P0为标准大气压，P为大气压力传感器测得的挖掘机所处位置的气压。而根据挖掘机控制器MC设定的主泵吸收功率，可知主泵的最大功率需求为70KW。本例中对计算出的海拔高度和主泵需求功率值均取30S时间内的平均值，以滤去偶然误差。
根据图2，海拔高度及发动机功率下降曲线，计算出在海拔高度为H时的发动机功率下降情况，本例中挖掘机位于海拔高度为3400m的区域进行作业，则根据图2可知，发动机功率下降为18％。
本例中15吨挖掘机采用康明斯电喷增压中冷发动机QSB4.5，已有三条发动机外特性曲线，分别对应90KW/2000RPM(A曲线)，110KW/1800RPM(B曲线)以及120KW/2200RPM(C曲线)，如图3所示。与发动机外特性曲线相关的发动机喷油量、点火角、共轨压力等参数均存储在发动机ECM中，通过发动机ECM的控制，可使发动机工作在不同的状态下。
根据前述计算结果，发动机使用默认外特性曲线A，在海拔3400m位置时功率下降18％。将主泵需求功率与发动机下降后功率进行差值计算，可以得到发动机功率缺口值。本例中根据计算所得功率缺口值并按照冗余匹配的原则，当发动机改为使用外特性曲线B时，将的能满足主泵需求的功率，使挖掘机发挥最佳作业效率。
此时，根据计算结果向发动机ECM发送指令，调用之前标定的参数，使发动机工作在外特性曲线B上，挖掘机将能够实现最佳作业效率。
参见表1，表1为举例说明功率差值与的曲线的对应关系。
表1
| 海拔(m) | 差值区间 | 曲线 |
| ≤2000 | 0----a | 曲线A |
| 2000-3500 | a----b | 曲线B |
| 3500-4500 | b----c | 曲线C |
其中：0<a<b<c。
本说明中未详细说明的技术或方法均为本领域技术人员熟知的现有技术或方法。
Claims (4)
1.一种挖掘机发动机功率自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取挖掘机所处位置的大气压力P和热力学温度T，并根据P和T计算出挖掘机所处海拔高度H；
步骤2：根据主机控制器MC设定的主泵吸收功率，计算主泵所需的最大功率Pmax；
步骤3：计算主泵所需的最大功率与发动机的输出功率之间的功率差值；
依据发动机所处海拔与发动机外特性曲线，确定发动机输出功率百分比S；利用发动机外特性曲线的最大功率值乘以输出功率百分比S，得到当前海拔的输出功率，再减去主泵所需的最大功率Pmax，计算得到功率差值；
步骤4：依据功率差值选择能使得发动机输出功率满足主泵所需最大功率的发动机外特性曲线；
步骤5：按照选取的发动机外特性曲线调整发动机的工作参数，从而改变发动机的输出功率，完成挖掘机发动机功率的自适应控制。
2.根据权利要求1所述的挖掘机发动机功率自适应控制方法，其特征在于，所述步骤3中计算功率差值时所用到的海拔高度在连续30秒内采样N次求平均值，其中，N为大于或等于20的整数。
3.根据权利要求1或2所述的挖掘机发动机功率自适应控制方法，其特征在于，将发动机功率差值与发动机外特性曲线之间的对应关系存储至发动机ECM中，发动机ECM依据功率差值按照冗余匹配原则，选取对应发动机外特性曲线。
4.根据权利要求3所述的挖掘机发动机功率自适应控制方法，其特征在于，所述步骤1中挖掘机所处位置的大气压力P和热力学温度T分别由安装在挖掘机上的大气压力传感器和温度传感器获得。
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