一种挖掘机电喷柴油机油门控制装置及方法

摘要

本发明公开了一种挖掘机电喷柴油机油门控制装置及方法，属于工程机械柴油机油门控制技术领域，包括主泵、柴油机、柴油机ECU、电子监控器、油门旋钮、主控制器、主泵压力传感器一、主泵压力传感器二、先导压力传感器和主泵电比例减压阀，并利用此装置实现油门控制方法的操作流程。该装置及方法在有效降低油耗的同时，使挖掘机的柴油机与主泵功率匹配达到最佳，降低噪音、提高操作的平稳性、低油耗、高工作效率。

权利要求

1.一种挖掘机电喷柴油机油门控制装置，其特征在于，包括主泵（1）、柴油机（2）、柴油机ECU（3）、电子监控器（4）、油门旋钮（5）、主控制器（6）、主泵压力传感器一（7）、主泵压力传感器二（8）、先导压力传感器（9）和主泵电比例减压阀（10），主泵（1）与柴油机（2）连接，主控制器（6）输入口1连接操作油门旋钮（5），主控制器（6）与柴油机ECU（3）、电子监控器（4）之间通过CAN总线连接，其中主控制器（6）的CANH端口与柴油机ECU（3）及电子监控器（4）的CANH端口相连，主控制器（6）的CANL端口与柴油机ECU（3）及电子监控器（4）的CANL端口相连，主控制器（6）模拟量输入口2、输入口3和输入口4，对应连接到主泵压力传感器一（7）、主泵压力传感器二（8）和先导压力传感器（9），主控制器（6）输出端口连接至主泵电比例减压阀（10）。

2.根据权利要求1所述的一种挖掘机电喷柴油机油门控制装置的控制方法，其特征在于，采取下述步骤：

A. 电子监控器（4）将选择的实际工况功率模式，通过CAN总线传输到主控制器（6），主控制器（6）根据不同的功率模式选择发动机三种不同调速率及三种不同扭矩曲线，实现不同的控制策略；

B. 操作油门旋钮（5）到设定柴油机（2）转速位置；

C. 主控制器（6）读入油门旋钮（5）信号，并通过CAN总线发送数据包EEC2，输出扭矩百分比即油门开度设定值信号至柴油机ECU（3），控制柴油机（2）转速大小，同时通过CAN总线读入油门反馈信号；

D. 主控制器（6）分别采集到主泵及先导油路的压力信号，并判断机器由于机器工作负荷的实时变化，柴油机（2）的转速变化；

E. 经过二维模糊PID算法，主控制器（6）通过输出端口，分别输出+、输出-两路信号控制主泵电比例减压阀（10）的工作电流值；

F. 输出主泵（1）此模式下电流值，调整主泵（1）斜盘角，改变主泵（1）排量，从而依据柴油机（2）的输出功率，实时调整主泵（1）的吸收功率，实现转速传感控制。

3.根据权利要求2所述的一种挖掘机电喷柴油机油门控制装置的控制方法，其特征在于，所述的功率模式含有重载模式、经济模式和轻载模式。

说明书

一种挖掘机电喷柴油机油门控制装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种工程机械柴油机油门控制装置及方法，尤其是涉及一种挖掘机电喷柴油机油门控制装置及方法，属于工程机械柴油机油门控制技术领域。

背景技术

[0002] 目前国内大多数挖掘机生产主机厂家来说，机械式柴油机与液压主泵的功率匹配已有了比较成熟的控制方法，其节能效果，与国外同配置系统的挖掘机相比已比较接近。自从90 年代起，能源危机和生态环境污染使人们对柴油机的经济性和尾气排放提出了更高的要求。传统的机械控制燃油喷射系统已无法满足这种新的要求。柴油机电控燃油喷射系统因喷射压力高、控制精度高、响应速度快、控制策略灵活、适应性强等特点，已经成为现代柴油机满足日益严格的排放法和保证柴油机燃油经济性要求的必要技术。

[0003] 现有技术中，国外工程机械产品特别是挖掘机，动力系统普遍采用电喷柴油机，针对挖掘机的电喷柴油机和液压主泵的功率匹配节能控制系统，国内还处于初步研发阶段，挖掘机电喷发动机的油门控制普遍采用CAN总线控制，通过J1939总线数据通讯协议，如图3所示，发送数据包TSC1，实现转速控制，即油门硬特性控制。而电喷柴油机的油门硬特性控制，主要体现在挖掘机工作时，柴油机的控制器ECU在重负荷或轻负荷状态下，调整其柴油机转速，使其始终自动回到油门旋钮设定的转速位置，挖掘机主控制器的转速传感控制功能起作用不大，使得整机油耗很高，节能效果不佳。所以，需求一种不同的电喷柴油机油门控制方法，使挖掘机的节能效果及工作效率达到最佳。

发明内容

[0004] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种挖掘机电喷柴油机油门控制装置及方法，在有效降低油耗的同时，使挖掘机的柴油机与主泵功率匹配达到最佳，实现降低噪音、提高操作的平稳性、低油耗、高工作效率的目的。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种挖掘机电喷柴油机油门控制装置，包括主泵、柴油机、柴油机ECU、电子监控器、油门旋钮、主控制器、主泵压力传感器一、主泵压力传感器二、先导压力传感器和主泵电比例减压阀，主泵与柴油机连接，主控制器输入端口连接操作油门旋钮，主控制器与柴油机ECU、电子监控器之间通过CAN总线连接，其中主控制器的CANH端口与柴油机ECU及电子监控器的CANH端口相连，主控制器的CANL端口与柴油机ECU及电子监控器的CANL端口相连，主控制器模拟量输入口、输入口和输入口，对应连接到到主泵压力传感器一、主泵压力传感器二和先导压力传感器，主控制器输出端口连接至主泵电比例减压阀。

[0006] 一种挖掘机电喷柴油机油门控制方法，采取下述步骤：

[0007] A. 电子监控器将选择的实际工况功率模式，通过CAN总线传输到主控制器，主控制器根据不同的功率模式选择发动机三种不同调速率及三种不同扭矩曲线，实现不同的控制策略；

[0008] B. 操作油门旋钮到设定柴油机转速位置；

[0009] C. 主控制器读入油门旋钮信号，并通过CAN总线发送数据包EEC2，输出扭矩百分比设定值信号至柴油机ECU，控制柴油机转速大小，同时通过CAN总线读入油门反馈信号；

[0010] D. 主控制器分别采集到主泵及先导油路的压力信号，并判断机器由于机器工作负荷的实时变化，柴油机的转速变化；

[0011] E. 经过二维模糊PID算法，主控制器通过输出端口，分别输出+、输出-两路信号控制主泵电比例减压阀的工作电流值；

[0012] F. 输出主泵此模式下电流值，调整主泵斜盘角，改变主泵排量，从而依据柴油机的输出功率，时时调整主泵的吸收功率，实现转速传感控制。

[0013] 进一步，功率模式含有重载模式、经济模式和轻载模式。

[0014] 本发明的有益效果是：CAN总线技术、线路连接简单、高速传输、抗干扰能力强、可靠性高，采用现场总线控制，从而提高了整机的可靠性、可检测性、可维修性和智能化水平；在不同工况下，充分利用电喷柴油机的多种调速率及扭矩曲线，根据工作负载的变化，时时调节柴油机功率输出，使柴油机与主泵功率匹配最佳，达到降低噪音、低油耗、高效率效果；
柴油机油门软特性控制，允许适当的柴油机掉速，可以提高燃油经济性和操作平稳性，提高联轴器的寿命。

附图说明

[0015] 图1是本发明的实施例控制电路图；

[0016] 图2是本发明的实施例控制流程图；

[0017] 图3是现有技术与本发明油门控制方式对比曲线图；

[0018] 图4是本发明调速率及扭矩百分比曲线示意图。

[0019] 图中：1、主泵，2、柴油机，3、柴油机ECU，4、电子监控器5、油门旋钮，6、主控制器，7、主泵压力传感器一，8、主泵压力传感器二，9、先导压力传感器，10、主泵电比例减压阀。

具体实施方式

[0020] 下面将结合附图对本发明作进一步说明。

[0021] 如图1所示，挖掘机电喷柴油机油门控制电路，包括主控制器6、柴油机ECU3、电子监控器4、油门旋钮5、主泵压力传感器一7、主泵压力传感器二8、先导压力传感器9和主泵电比例减压阀10。

[0022] 主泵1与柴油机2连接，主控制器6输入端口1连接操作油门旋钮5，主控制器6与柴油机ECU3之间通过CAN总线连接，其中主控制器6的CANH端口与柴油机ECU3的CANH端口、电子监控器4 CANH端口相连，主控制器6的CANL端口与柴油机ECU3的CANL端口、电子监控器4 CANL端口相连，主控制器6模拟量输入口2、输入口3和输入口4，对应连接到到主泵压力传感器一7、主泵压力传感器二8和先导压力传感器9，主控制器6输出端口连接至主泵电比例减压阀10。

[0023] 如图1、图2和图3所示，工作时，操作油门旋钮5到设定柴油机转速位置，主控制器6通过输入端口采集到输入口1信号，此信号的电源+5V及地线GND接入主控制器6端口，由主控制器6提供电源，经过运算，通过主控制器6与柴油机ECU3、电子监控器4之间的CAN总线接口，其中主控制器6的CANH端口与柴油机ECU3的CANH端口、电子监控器4 CANH端口相连，主控制器6的CANL端口与柴油机ECU3的CANL端口、电子监控器4 CANL端口相连，电子监控器4将选择的实际工况功率模式，通过CAN总线传输到主控制器6，主控制器6按照J1939通讯协议油门开度定义的数据包EEC2（PGN61443），发送油门旋钮5对应的扭矩百分比数值设定值信号，实现油门开度控制，即油门软特性控制，从而控制柴油机2转速大小；同时主控制器6通过CAN总线读取柴油机ECU3的转速信号、载重负荷率的信号；主控制器6模拟量输入口2、输入口3、输入口4，分别采集到主泵1及先导油路的压力信号，这三个信号的电源+5V及地线GND接入主控制器5端口，由主控制器6提供电源，判断机器由于机器工作负荷的实时变化，柴油机2的转速变化，经过二维模糊PID算法，主控制器6通过输出端口，分别输出+、输出-两路信号，即输出占空比不同的脉宽调制(PWM) 信号控制主泵电比例减压阀10的工作电流值，调整主泵1斜盘角，改变主泵1排量，从而依据柴油机2的输出功率，时时调整主泵1的吸收功率，实现转速传感控制，即ESS控制，使柴油2机与主泵1的功率匹配达到最佳，从而达到节能、高效、低噪音的目的。

[0024] 如图2和4所示，在此调节过程中，根据不同工况，操作手会通过电子监控器4选择不同功率模式进行作业，主控制器6软件编程在处理算法的同时，可分不同的功率模式选择发动机三条不同的调速率及三条不同的扭矩百分比，具体用法如下：在重载模式（H模式）下，可选择第一条数值最小的调速率，即可变调速率2，扭矩百分比100%的曲线，充分发挥柴油机2功率利用率，使主泵1最大限度利用柴油机的输出功率，发挥最高工作效率；在经济模式（S模式）下，可选择第二条数值居中的调速率，即正常调速率，扭矩百分比100%稍微降低的曲线，即可变扭矩曲线1，强调柴油机2和主泵1联合控制功率匹配，提高燃油经济性；在轻载模式（L模式）下，可选择第三条数值值最大的调速率，即可变调速率3，扭矩百分比100%降低最多的曲线，即可变扭矩曲线2，强调挖掘机的微操作性能。