一種裝載機用電控柴油機外特性標(biāo)定系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及發(fā)動機設(shè)計領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種裝載機用電控柴油機外特性標(biāo)定系統(tǒng) 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柴油機的外特性是指保持油口在最大位置，各工況又在最佳調(diào)整狀態(tài)時，發(fā)動機 的性能指標(biāo)和特性參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。柴油機的外特性曲線規(guī)定了柴油機在各個轉(zhuǎn)速 下的最大輸出功率和扭矩，如果柴油機運行在外特性曲線之外的區(qū)域，可能導(dǎo)致發(fā)動機超 負(fù)荷運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生黑煙甚至?xí)p壞發(fā)動機。柴油機的標(biāo)定工作都是在發(fā)動機試驗臺架上，使用 電力測功機加載負(fù)載，針對客戶提出的外特性要求進行標(biāo)定實驗。
[0003] 裝載機用發(fā)動機與液力變矩器匹配是否合理直接影響裝載機的動力性和經(jīng)濟性。 目前，裝載機用發(fā)動機通常采用全功率匹配、部分功率匹配或折衷匹配方案對發(fā)動機和液 力變矩器進行匹配。全功率匹配是發(fā)動機外特性轉(zhuǎn)矩減去變速油累滿載、轉(zhuǎn)向油累和工作 裝置油累空載扭矩，得到凈轉(zhuǎn)矩特性曲線。部分功率匹配是發(fā)動機外特性轉(zhuǎn)矩減去變速油 累滿載、轉(zhuǎn)向油累空載，工作裝置油累滿載扭矩，得到凈轉(zhuǎn)矩特性曲線。折衷匹配一般認(rèn)為 匹配點選在在比部分匹配點轉(zhuǎn)速大50r/min左右，小于全功率匹配點轉(zhuǎn)速。但是裝載機實際 作業(yè)工況復(fù)雜，液壓累負(fù)載變化頻繁，工作裝置液壓系統(tǒng)消耗發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的實際情況與上 述常用巧巾匹配方式均存在較大差異，發(fā)動機不能在不同工況下均運行在或盡量靠近低油 耗區(qū)，不能保證在各個工況下都較好的動力性和經(jīng)濟性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種裝載機用電控柴油機外特性標(biāo)定 系統(tǒng)及方法，從裝載機實際工作情況出發(fā)，測試伊裝不同物料時液壓累實際消耗扭矩的大 小，通過調(diào)整發(fā)動機的參數(shù)，標(biāo)定發(fā)動機的外特性曲線，使裝載機用柴油機在不同工況下工 作在低油耗區(qū)。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種裝載機用電控柴油機外特性標(biāo)定系統(tǒng)，包括通過傳動軸依次連接的發(fā)動機、 液力變矩器、變速箱和驅(qū)動橋，所述液力變矩器分別與裝載機的轉(zhuǎn)向累和工作累通過齒輪 傳動系連接；
[0007] 傳感器組將采集得轉(zhuǎn)速和扭矩信號傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采 集到的參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行分析，分析結(jié)果將傳遞給標(biāo)定計算機，標(biāo)定計算機將 標(biāo)定結(jié)果寫入發(fā)動機電控系統(tǒng)的E C U;在測試進行時，標(biāo)定計算機通過E C U控制發(fā)動機轉(zhuǎn) 速，實現(xiàn)測試自動化。
[000引所述傳感器組包括，所述發(fā)動機飛輪裝有的發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器，所述工作累和轉(zhuǎn) 向累的轉(zhuǎn)動軸上分別裝有的工作累扭矩傳感器和轉(zhuǎn)向累扭矩傳感器;所述液力變矩器與變 速箱的傳動軸上裝有的變速箱扭矩傳感器。
[0009] 采用所述一種裝載機用電控柴油機外特性標(biāo)定系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括W下步驟：
[0010] 步驟（1)，將發(fā)動機與液力變矩器進行全功率匹配，求得液力變矩器的有效直徑， 確定液力變矩器；
[0011] 步驟(2)，通過臺架試驗獲取液力變矩器i = 0和i = 0.5時的輸入特性曲線，i為變 矩器變速比；
[0012] 步驟(3)，通過發(fā)動機臺架實驗確定發(fā)動機經(jīng)濟油耗區(qū)轉(zhuǎn)速區(qū)間(m-m);
[001 ；3] 步驟(4)，確定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速分別為no，nmax，Π 2，nf時的四個特征點A、B、C、D對應(yīng)轉(zhuǎn) 速下的扭矩值;η日為發(fā)動機怠速，m~Π 2為發(fā)動機經(jīng)濟油耗轉(zhuǎn)速區(qū)間的邊界，nmax為發(fā)動機最 大扭矩點對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，nf為發(fā)動機與液力變矩器共同工作轉(zhuǎn)速；
[0014] 步驟(5)，利用所述標(biāo)定系統(tǒng)進行V型作業(yè)循環(huán)實驗，確定循環(huán)中裝載機液壓累的 平均消耗扭矩；
[0015] 步驟(6)，根據(jù)Ξ點約束條件標(biāo)定發(fā)動機外特性。
[0016] 步驟(7)，通過標(biāo)定計算機將發(fā)動機外特性曲線寫入ECU,完成標(biāo)定。
[0017] 所述步驟(1)的具體方法為，發(fā)動機外特性轉(zhuǎn)矩扣除液壓系統(tǒng)的最小扭矩，得到凈 轉(zhuǎn)矩特性曲線，外特性曲線與調(diào)速特性的交點就是全功率匹配額定工作點，在液力變矩器 原始特性擬合曲線中找出最高效率點，過全功率匹配額定工作點做液力變矩器的負(fù)荷拋物 線，求得液力變矩器的有效直徑，確定液力變矩器。
[0018] 所述步驟(4)中，發(fā)動機外特性扭矩等于各特征點扭矩值加上伊裝不同物料時消 耗的發(fā)動機扭矩W及發(fā)動機附件消耗的扭矩。
[0019 ]所述步驟五中的裝載機液壓累包括變速油累，轉(zhuǎn)向油累和工作裝置油累。
[0020] 所述步驟(5)的具體步驟為：
[0021] 步驟(5-1):在標(biāo)定計算機上設(shè)定A、B、C、D四個特征點的標(biāo)定轉(zhuǎn)速；
[0022] 步驟(5-2):在每個轉(zhuǎn)速下分別進行石子物料、松散物料、大石塊物料和原±物料 四種常見物料的V型作業(yè)循環(huán)；
[0023] 步驟(5-3):數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集來自傳感器組的數(shù)據(jù)信號，并傳遞給數(shù)據(jù)處理系 統(tǒng)；
[0024] 步驟(5-4):數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)信號分別進行數(shù)字濾波處理，從而抑制 引入過程的干擾，最后將處理之后的信號傳遞給標(biāo)定計算機；
[0025] 步驟(5-5):經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理后的轉(zhuǎn)速信號作為當(dāng)前轉(zhuǎn)速反饋信號傳遞給計 算機，用W標(biāo)定計算機確定是否需要對當(dāng)前轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。
[0026] 標(biāo)定計算機將數(shù)據(jù)系統(tǒng)傳遞處理后的工作累扭矩數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)向累扭矩數(shù)據(jù)和變速箱 扭矩數(shù)據(jù)根據(jù)當(dāng)前發(fā)動機轉(zhuǎn)速進行分類儲存。
[0027] 所述步驟(5)中，如果使用機械累時，液壓系統(tǒng)消耗的扭矩由公式
求得，式中化:第k種物料消耗的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，N · m;ak:第k種常見物料作業(yè)比例(常見物料分 別為:k = 1，石子物料;k = 2，松散物料;k = 3，大石塊物料;k = 4，原±物料，且
Tpump:4種作業(yè)物料加權(quán)平均轉(zhuǎn)矩，N · m。
[0028] 所述步驟(6)中，Ξ點約束條件為：（1)D點輸出的扭矩滿足最大牽引力的要求；（2) 部分功率匹配時，i = 〇的匹配點不能越過發(fā)動機最大扭矩點；（3)怠速扭矩儲備滿足要求；
[0029] 伊裝碎石子和松散物料扭矩相接近，標(biāo)定為一條外特性曲線，伊裝大石塊為一條 外特性曲線，伊裝原±為一條外特性曲線;據(jù)此設(shè)定裝載機四種工作轉(zhuǎn)換模式，分別為混合 模式，石子松散物料模式，大石塊模式和原±模式;駕駛員駕駛裝載機時，根據(jù)工作物料不 同自主選擇工作模式。
[0030] 本發(fā)明的有益效果：
[0031] 在裝載機在實際作業(yè)工況中，可W根據(jù)伊裝物料的不同液壓累實際消耗扭矩的大 小，確定發(fā)動機對應(yīng)的外特性曲線，使裝載機用柴油機在不同工況下都運行在低油耗區(qū)，實 現(xiàn)發(fā)動機與液力變矩器的合理匹配。如果是電控發(fā)動機并且裝載機具有多模式工作轉(zhuǎn)換設(shè) 置，那么外特性曲線標(biāo)定時可W根據(jù)伊裝不同物料獨立自動化確定，可W提高發(fā)動機工況 適應(yīng)性，在不同作業(yè)工況條件下都具有更好的動力性和經(jīng)濟性。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明的發(fā)動機外特性標(biāo)定系統(tǒng)示意圖；
[0033 ]其中，1.發(fā)動機，2.發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器，3.液力變矩器，4.轉(zhuǎn)向累扭矩傳感器，5.轉(zhuǎn) 向累，6.工作累，7.工作累扭矩傳感器，8.驅(qū)動橋，9.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，10.變速箱，11.數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)，12.變速箱扭矩傳感器，13.標(biāo)定計算機，14. ECU。
[0034] 圖2為發(fā)動機與液力變矩器共同工作曲線；
[0035] 圖中η日為發(fā)動機怠速，m~Π 2為發(fā)動機燃油經(jīng)濟區(qū)轉(zhuǎn)速區(qū)間，nmax為發(fā)動機最大扭 矩點對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，nf為發(fā)動機與液力變矩器共同工作轉(zhuǎn)速，ne為發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速;A點為Π 2與 i =0.5時液力變矩器輸入特性曲線的交點，B為i = 0時液力變矩器輸入特性曲線與nmax的交 點，C為怠速點最大扭矩點，D為i = 0時輸入特性曲線與最大牽引力點對應(yīng)轉(zhuǎn)速的交點。曲線 CM為柴油機外特性曲線，曲線MN為柴油機調(diào)速特性曲線；
[0036] 圖3為某柴油機萬有特性圖；
[0037] 圖4為液力變矩器輸入特性曲線圖；
【具體實施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0039] -種裝載機用電控柴油機外特性標(biāo)定系統(tǒng)，包括：
[0040] 如圖1所示，依次連接的發(fā)動機1、液力變矩器3、變速箱10和驅(qū)動橋6;所述發(fā)動機 1、液力變矩器3、變速箱10和驅(qū)動橋6均通過機械傳動軸依次連接;所述液力變矩器3分別與 裝載機的轉(zhuǎn)向累5和工作累6通過齒輪傳動系連接；
[0041 ]所述發(fā)動機1飛輪裝有發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器2;
[0042] 所述工作累6和轉(zhuǎn)向累5的轉(zhuǎn)動軸上分別裝有工作累扭矩傳感器7和轉(zhuǎn)向累扭矩傳 感器4;
[0043] 所述液力變矩器3與變速箱10的傳動軸上分別裝有變速箱扭矩傳感器12;
[0044] 所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器2、工作累扭矩傳感器7、轉(zhuǎn)向累扭矩傳感器4和變速箱扭矩 傳感器12分別將測得的數(shù)據(jù)信號傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9;所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則尋采集到的參 數(shù)一同傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)11;
[0045] 所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)11將數(shù)據(jù)分析結(jié)果傳遞給標(biāo)定計算機13,由標(biāo)定計算機13將標(biāo) 定結(jié)果寫入發(fā)動機電控系統(tǒng)的ECU14。
[0046] 采用所述一種裝載機用電控柴油機外特性標(biāo)定系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括W下步驟，
[0047] 步驟(1)，將發(fā)動機與液力變矩器采用全功率匹配方法進行匹配，即發(fā)動機外特性 轉(zhuǎn)矩扣除液壓系統(tǒng)的最小扭矩，得到凈轉(zhuǎn)矩特性曲線，外特性曲線與調(diào)速特性的交點即為 全功率匹配額定工作點。在液力變矩器原始特性擬合曲線附圖3中找出最高效率點i = i*， 過全功率匹配額定工作點做液力變矩器i = i*的負(fù)荷拋物線，即可求得液力變矩器的有效 直徑，確定液力變矩器；
[0048] 步