CN101341321A

CN101341321A - 工程作业车辆的发动机控制装置

Info

Publication number: CN101341321A
Application number: CNA2006800484056A
Authority: CN
Inventors: 松山伸生
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2026-12-11
Also published as: US8306704B2; SE532936C2; DE112006003222B4; JP4754969B2; JP2007182859A; DE112006003222T5; SE0801045L; WO2007080731A1; US20090240404A1; CN101341321B

Abstract

本发明提供一种自行式工程作业车辆的发动机控制装置，通过简单的控制即可取得牵引力和提升力之间的适当平衡，使作业性进一步提高。该自行式工程作业车辆的发动机控制装置是具有用于驱动工作装置的工作装置用液压泵(7)的装置，具有检测车速的车速传感器(26)和牵引力控制装置(10)。牵引力控制装置(10)基于车速传感器(26)的检测结果，在车速为规定车速以下时限制节流量的上限值而使牵引力减小。

Description

工程作业车辆的发动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种发动机控制装置，特别涉及具有用于驱动工作装置的工作装置用液压泵的自行式工程作业车辆的发动机控制装置。

背景技术

在作为自行式(自走式)工程作业车辆的轮式装载机中，从一个发动机获得行驶驱动力及工作装置驱动力。具体地说，轮式装载机的行驶驱动力利用所谓的HST液压行驶装置、或经由扭矩变换器而获得。另外，用于驱动前工作装置的液压缸由被发动机驱动的液压泵驱动。

在轮式装载机中，通常因同时进行行驶和装载等作业的情况多，故相对于行驶侧和工作装置侧如何均衡地分配发动机的输出很重要。

另外，在轮式装载机中，取得牵引力(行驶驱动力)和用于使提升臂上升的提升力之间的平衡是很重要的。例如，在向前行驶并进行将砂土向铲斗中装载等、驱动提升臂而举起铲斗的作业时，牵引力作为提升力的反作用力而起作用。即，牵引力作用于将提升臂的提升力返回的方向。

因此，牵引力越大则提升力越降低，导致难以作业。故在以往的工程作业车辆中，进行如下的作业，即通过操作者的油门踏板操作而调整牵引力以使提升力不减小。

另一方面，若提升力过大，则牵引力不足，所谓的推进性(つ込み性)恶化，在铲斗中尚未装载好砂土等时提升臂上升，导致作业性恶化。

因此，提案有这样的作业车辆，如日本特开平5-106243号公报所示，当车速大致为零、且前工作装置用液压缸的驱动压力为规定值以上时，降低发动机的转速直到前工作装置的动作速度变为规定值。在该公报所示的工程作业车辆中，当需要大的前驱动力时，行驶扭矩变小，可获得与行驶扭矩的减小量相当的提升力。

专利文献1：(日本)特开平5-106243号公报

在上述公报所示的工程作业车辆中，分别检测车速是否大致变为零、工作装置用液压缸的液压以及工作装置的动作速度，基于这些检测结果控制发动机的转速。

在上述以往装置的控制中，控制用的参数多，另外还需要反馈控制。因此，存在控制容易变复杂、缺乏可靠性的问题。另外，因优先考虑工作装置的动作速度而进行发动机控制，故存在下述问题，即与熟练的操作者通过油门操作而调整牵引力和提升力的情况相比较，两者的平衡恶化，不能获得操作者希望的牵引力和提升力的平衡。

发明内容

本发明的课题在于通过简单的控制即可取得牵引力和提升力之间的适当平衡，使作业性进一步提高。

第一方面的自行式工程作业车辆的发动机控制装置是具有用于驱动工作装置的工作装置用液压泵的装置，具有检测车速的车速检测装置和牵引力控制装置。牵引力控制装置基于车速检测装置的检测结果，在车速为规定速度以下时限制节流量的上限值而使牵引力减小。

在该装置中，作业车辆的车速被检测，当该车速为规定速度以下时，节流量的上限值被限制为规定值。因此，当以规定速度以下的车速进行作业时，例如，即便操作者用力踏入油门踏板，发动机的输出也会受到限制。故与未进行限制的情况相比，牵引力减小，可使提升力增加。

在此，仅通过检测车速并根据其检测结果限制节流量的上限值，即可减小牵引力而使提升力增加，用于控制的结构变得非常简单。因此，可靠性高。

第二方面的自行式作业车辆的发动机控制装置在第一方面的装置的基础上，还具有检测工作装置用液压泵的输出压力的泵输出压力检测装置。牵引力控制装置根据车速以及泵输出压力控制节流量的上限值而使牵引力减小。

在此，在以往的工程作业车辆中，在作业时想要获得牵引力时，操作者停止工作装置而获得牵引力。另一方面，在所述以往公报记载的装置中，即便停止工作装置的操作，工作装置用液压缸的液压力也不变化，故发动机旋转持续被控制，不能获得牵引力。

与此相对，在本发明的装置中，若停止工作装置的操作则工作装置用液压泵的输出压力减小，故根据该减小来控制节流量的上限值。另外，与此相反，在操作工作装置时，工作装置用液压泵的输出压力上升，根据该上升来控制节流量的上限值。因此，与以往由操作者的操作来进行平衡调整同样的处理可以通过自动控制进行。

第三方面的自行式作业车辆的发动机控制装置在第一方面或第二方面的装置的基础上，工程作业车辆可在注重作业性而以高马力使用发动机的功率模式和注重节省燃料而以低马力使用发动机的经济模式之间切换发动机的模式，还具有判断发动机的模式是功率模式还是经济模式的发动机模式判断装置。牵引力控制装置仅在发动机模式为功率模式时进行控制。

在此，若功率模式被设定，则存在牵引力变得过大的情况，但设定为功率模式往往是想要获得大的提升力。因此，在该发明中，仅在需要工作装置的功率且牵引力变得过大的功率模式进行牵引力的控制。故可仅在需要的时候进行有效的发动机控制。

第四方面的自行式作业车辆的发动机控制装置在第三方面的装置的基础上，工程作业车辆具有变速器，该变速器具有多个变速级。牵引力控制装置仅在发动机为功率模式且变速级为前进第一挡时进行控制。

在此，在前进第一挡时，与上述同样地，牵引力在大多数情况下容易变得过大。另外，在重负荷作业时，功率模式的第一挡被选择。因此，仅在这样的功率模式的第一挡的情况下进行牵引力的控制。故与上述同样地，可仅在需要的时候进行有效的发动机控制。

第五方面的自行式作业车辆的发动机控制装置在第一方面～第四方面的任一项装置的基础上，工程作业车辆具有作业模式选择装置，该作业模式选择装置选择根据工作装置的种类而预先设定的多个作业模式中的一个。在此，作为作业模式，至少具有第一作业模式和第二作业模式。所述牵引力控制装置将选择第一作业模式时的节流量的上限值限制为比选择第二作业模式时的节流量的上限值小的值，使牵引力减小。

例如，作为第一作业模式，安装在前方前端部设有多个爪的铲斗而进行作业的铲齿模式被设定时，在该铲齿模式，一般来说，与铲齿模式之外的模式相比较，需要大的提升力。因此，在本发明中，作为作业模式选择第一作业模式时，与选择除此之外的第二作业模式时相比较，将节流量的上限值限制为更小的值。

在此，在第一作业模式时，节流量的上限值进一步被限制，与其他模式的情况相比较，牵引力降低的程度大。因此，可进一步增加提升力，从而提高作业性。

第六方面的自行式作业车辆的发动机控制装置在第一方面～第四方面的任一项装置的基础上，工程作业车辆具有作业模式选择装置，该作业模式选择装置选择根据工作装置的种类而预先设定的多个作业模式中的一个，牵引力控制装置仅在通过作业模式选择装置选择特定的作业模式时进行所述控制。

在此，根据工作装置的种类，多个作业模式被设定，从该多个作业模式中选择特定的作业模式、例如选择在采石场的重负荷作业等特定的作业模式时，重负荷作用于工作装置，有时需要大的提升力。因此，在该发明中，作为作业模式仅在特定的作业模式被选择时，进行使节流量的上限值降低的控制。由此，作业性提高。

第七方面的自行式作业车辆的发动机控制装置在第六方面的装置的基础上，作为特定的作业模式，至少具有第一作业模式和第二作业模式，牵引力控制装置将选择第一作业模式时的节流量的上限值限制为比选择第二作业模式时的节流量的上限值小的值，使牵引力减小。

此时，与第六方面的装置同样地，在需要大的牵引力时，将节流量的上限值降低到更小的值，可获得更大的牵引力。

附图说明

图1是轮式装载机的外观图；

图2是轮式装载机的控制电路图；

图3是表示牵引力和提升力之间关系的图；

图4是发动机控制的流程图；

图5是表示功率模式和经济模式的发动机扭矩性能的图；

图6是表示工作装置用液压泵的输出压力和节流量的上限值之间关系的图。

附图标记说明

1轮式装载机 3工作装置

7工作装置用液压泵 10控制部

18压力传感器 19提升臂

20铲斗 25油门踏板

26车速传感器

具体实施方式

整体结构

图1表示本发明一实施例的轮式装载机1。该轮式装载机1具有：车体2、安装于车体2前部的工作装置3、边支承车体2边旋转而使车体2行驶的四个轮胎4、搭载于车体2的上部的驾驶室5。另外，如图2所示，在车体2中设有发动机11、变速箱6、工作装置用液压泵7、转向用液压泵8、转向助力缸9、控制部10等，由发动机11产生的输出扭矩被分配到变速器6、工作装置用液压泵7、转向用液压泵8等，成为工作装置3驱动或行驶时的驱动力。另外，图1是轮式装载机1的外观侧视图，图2是表示轮式装载机1的液压电路及控制系统的结构的概略图。

发动机11是柴油发动机，附设有控制发动机11的输出扭矩和转速的燃料喷射装置12。另外，在发动机11设有由检测发动机11的实际转速的旋转传感器构成的发动机转速检测部13，来自发动机转速检测部13的转速信号被输入到控制部10。

在发动机11的输出轴上连结有具备扭矩变换器14的行驶用的变速器6，由发动机11产生的驱动力经由变速器6传递到轮胎4。变速器6可将减速比从高速到低速多个等级地切换。

工作装置用液压泵7是利用发动机11的输出而驱动的可变容量型液压泵，在工作装置用液压泵7设有：利用从工作装置用液压泵7输出的液压油调整工作装置用液压泵7的斜板的倾转角的调节器16、基于来自控制部10的控制电流控制调节器16的电磁控制阀17。另外，还设有检测工作装置用液压泵7的输出压力的压力传感器18，来自该压力传感器18的泵输出压力信号被输入到控制部10。

工作装置3是根据从工作装置用液压泵7输出的液压油而驱动的部分，具有：安装在车体2前部的提升臂19、安装在该提升臂19前端的铲斗20、工作装置液压缸21。提升臂19是用于将安装在前端的铲斗20举起的臂部件。铲斗20安装于提升臂19的前端。工作装置液压缸21是利用从工作装置用液压泵7输出的液压油驱动提升臂19和铲斗20的液压作动器。另外，在该轮式装载机中，作为作业模式而具有铲齿模式(ッ一スモ一ド)。该铲齿模式指的是使用在前端设有多个爪的铲斗20，主要进行在采石场的高负荷作业等的模式。

转向用液压泵8是由发动机11的输出驱动的可变容量型液压泵，设有：利用从转向用液压泵8输出的液压油调整转向用液压泵8的斜板的倾转角的调节器22、基于来自控制部10的控制电流控制调节器22的电磁控制阀23。转向助力缸9由从转向用液压泵8输出的液压油驱动，从而改变行驶时的行进方向。另外，还设有检测转向用液压泵8的输出压力的压力传感器24，来自该压力传感器24的泵输出压力信号被输入到控制部10。

驾驶室5配置于车体2中央部分的稍微前方。在该驾驶室5设有：由操作者操作的油门踏板25、操作部15、显示各种信息的显示部等。

油门踏板25是指示发动机11的目标转速的装置，连结有由检测油门踏板25的开度的电位计等构成的油门开度检测部27。来自油门开度检测部27的、表示油门踏板25的开度的开度信号被输送到控制部10，控制信号从控制部10输送到燃料喷射装置12。另外，在变速器6的输出侧设有用于检测车速的车速传感器26。该车速传感器26的信号被输入到控制部10。

操作部15具有未图示的方向盘、操作杆、配置有操作按钮的操作面板等，由操作者操作，以进行轮式装载机1的行进方向的变更、功率模式(パワ一モ一ド)和经济模式(工コノミ一モ一ド)的切换、向铲齿模式的切换、变速器6的减速比的选择等。功率模式是发动机输出比经济模式时的输出大、相比油耗而更注重作业性时选择的作业模式。经济模式是发动机输出比功率模式时的输出抑制得小、作业性差但油耗低的作业模式。

控制部10具有进行发动机控制的发动机控制部、进行工作装置用液压泵控制的液压泵控制部等的各功能，是控制轮式装载机1的运转操作、即控制发动机和工作装置等各部分的部分。具有例如如下所述的功能，或基于油门踏板25的开度及发动机11的实际转速控制燃料喷射装置12的燃料喷射量，或根据车速、工作装置用液压泵7的输出压力控制牵引力。

控制处理

以下，特别着眼于提升力和牵引力之间的平衡控制来说明由控制部10进行的处理。

提升力和牵引力

首先，参照图3说明提升力和牵引力之间的关系。

如图3所示，提升臂19通过工作装置液压缸21被升降，若将工作装置液压缸21单独的提升力设为Ls，则该提升力Ls因牵引力R而受到阻力。即，例如，在向前行驶、在铲斗20中装载砂土等并驱动提升臂19而将铲斗20提升的作业过程中，牵引力R作为提升力的反作用力Lr作用。因此，整个提升力Lt满足Lt＝Ls-Lr。由此，在重负荷作业中需要大的提升力时，需要使牵引力减小。

因此，在本实施例的轮式装载机中，按照图4所示的流程图进行使牵引力减小的控制。

牵引力控制

首先，在步骤S1，判断发动机是否为功率模式。在此，简单地说明功率模式和经济模式。在该轮式装载机1中，如前所述，通过由操作者进行的操作部15的操作，可选择注重作业性的功率模式和注重油耗的经济模式。

功率模式和经济模式

在选择功率模式时，在图5中，设定由发动机输出扭矩线ELa表示的发动机输出扭矩特性。另外，设定由吸收扭矩线T/C表示的吸收扭矩特性。该吸收扭矩是扭矩变换器的吸收扭矩和工作装置用液压泵的吸收扭矩之和，根据行驶环境、作业负荷、工作装置用液压泵的输出油量调整等来确定。在图5中，吸收扭矩线T/C是以发动机转速为变量的单调递增函数。此时，在匹配点Ma，发动机11的输出扭矩和吸收扭矩一致，液压泵吸收在匹配点Ma的发动机输出、即发动机11的最大马力，从而可高效率地进行重负荷作业。

另外，在选择经济模式时，设定由记号ELb的发动机输出扭矩线表示的发动机输出扭矩特性。另外，在匹配点Mb，发动机11的输出扭矩和吸收扭矩匹配。这样，在经济模式中，可使发动机11的输出扭矩和吸收扭矩在油耗比功率模式的匹配点Ma的低的匹配点Mb实现匹配，故可在燃料效率好的区域使用发动机11，可降低油耗。

在选择经济模式时，从步骤S1转到步骤S2，将节流量的上限值设定为100％。即，不限制节流量的上限值，不减小牵引力。这是因为，在经济模式进行行驶、作业时，牵引力本来就不很大，相对于提升力的阻力小。另外，这是由于通常在经济模式进行行驶、作业时不需要大的提升力。

另一方面，在选择功率模式时，从步骤S1转到步骤S5。在步骤S5，判断变速器的变速级是否位于前进第一挡。

根据变速级的控制

不是前进第一挡时，从步骤S5转到步骤S2，与上述同样地，将节流量的上限值设定为100％。即，在功率模式且位于前进或后退的第一挡时，存在牵引力输出过大的倾向。这样，在牵引力输出过大时，提升力的阻力变得比较大，作业效率降低。另外，在进行重负荷作业时，通常将变速器的变速级变速为第一挡、且需要大的牵引力，但在除此之外的情况下，不需要那么大的牵引力，提升力的阻力小，故不限制节流量的上限值。

根据车速的控制

变速器的变速级位于前进第一挡时，从步骤S5转到步骤S6。在步骤S6，根据来自车速传感器26的信号判断车速是否为3km/h以下。另外，在该实施例中，通过判断车速是否为3km/h以下而进行牵引力控制，但根据车辆种类等的不同可选择合适的值。

若车速超过3km/h，则从步骤S6转到步骤S2，将节流量的上限值设定为100％。即，通常进行重负荷作业时以低速进行作业，故不为低速时则不作为重负荷作业，不进行用于减小牵引力的控制处理。

若车速为3km/h以下，则从步骤S6转到步骤S7。在步骤S7，判断作业模式是否为铲齿模式(第一作业模式)。基于操作面板上的向铲齿模式切换的切换开关是否被操作来判断作业模式是否设定为铲齿模式。

根据作业模式的控制

当未设定为铲齿模式时，从步骤S7转到步骤S8。在步骤8，判断其他特定作业模式(第二作业模式)是否被设定。在此，特定作业模式虽不是与铲齿模式相当的重负荷，但也是要求提升力的模式，在这样的作业模式的情况下，从步骤S8转到步骤S9，将节流量的上限值设定为80％。另外，在步骤S9，虽然节流量的上限值设定为80％，但也可如下进行控制，即如后述的图6所示，利用表格，对应工作装置用液压泵7的输出压力而将节流量的上限值变更为超过78％但不足100％的值。

由此，即便操作者将油门踏板最大限度地踏入，节流量的上限值也被限制到通常(100％)的80％为止。因此，牵引力减小，可使提升力增加与该减小的牵引力相当的量。

另一方面，在功率模式，在前进第一挡、低速且不是铲齿模式时，并且不是其他特定的作业模式时，从步骤S8转到步骤S10，将节流量的上限值设定为100％。即，不限制节流量的上限值。

另外，在设定为铲齿模式时，从步骤S7转到步骤S11。在步骤S11，按照图6(a)所示的表格，即，根据工作装置用液压泵7的输出压力限制节流量的上限值。更详细地说，输出压力为P1(例如200kg/cm²)以下时，将节流量的上限值限制为B1(在此为78％)，输出压力为P2(例如250kg/cm²)时，将节流量的上限值限制为比B1小的B2(在此为67％)，输出压力为P3(例如300kg/cm²)时，将节流量的上限值限制为比B2更小的B3(在此为57％)。另外，在输出压力位于P1～P3之间时，如图6(b)的实线所示，根据使节流量的上限值成线性变化的插补运算处理来设定上限值。不言而喻，图6(a)所示的数值是一例，根据车种类、作业内容等的不同可设定适当的表格。

在此，进行工作装置用液压泵7的输出压力越高则节流量的上限值越降低的处置。因此，作业负荷越大，则牵引力越低而提升力变得越大。故作业效率进一步提高。

另外，在上述限制节流量的上限值的情况下，在各条件成立的时刻，立刻进行变更。但是，一旦在限制上限值(例如从100％限制为78％)之后返回原来的100％，特别是在前进后退的切换时，在变速器的变速过程中、且液压离合器的油压正在变化的期间，不进行变更，而在离合器油压力保持一定压力的状态下变更。

如上所述，根据发动机模式(是否为功率模式)、变速级(是否为前进后退第一挡)、作业模式(是否为铲齿模式或其他特定的作业模式)以及工作装置用液压泵7的输出压力，设定节流量的上限值，将该设定的节流量的上限值输出到控制部10的发动机控制部。

在如上所述的本实施例中，当车速低时，因限制节流量的上限值，故即便操作者踏入油门踏板，发动机的输出也被限制。因此，可使牵引力减小，并使提升力增加与该减小量相当的量。

另外，在铲齿模式时，因根据工作装置用液压泵7的输出压力限制节流量的上限值，故可根据负荷适当地减小牵引力而使提升力增加。并且，因可根据工作装置用液压泵7的输出压力控制提升量，故若停止工作装置的操作则牵引力不会减小，与此相反，当操作工作装置时，牵引力减小而提升力增加。因此，通过自动控制可进行与以往根据操作者的加速操作来进行平衡调整相同的处理。

并且，在此，仅当发动机模式为功率模式、且在前进第一挡或后退第一挡时进行使牵引力减小的控制，故可仅在需要进行牵引力控制时进行有效的发动机控制。

其他实施例

在上述实施例中，将第一作业模式设为铲齿模式，第二作业模式设为其他特定的作业模式，但各作业模式并不限于此。例如，作为第一作业模式，也可安装爪来替换铲斗，设定搬运、装载木材这样的作业模式，作为第二作业模式，也可设定前述的铲齿模式。此时，关于第一作业模式中的节流量的上限值，按照图6(b)的点划线所示的特性进行控制，关于第二作业模式(铲齿模式)中的节流量的上限值，与上述同样地，按照图6(b)的实线所述的特性进行控制即可。

工业实用性

在如上所述的本发明中，通过简单的控制即可取得牵引力和提升力的适当的平衡，可使作业性进一步提高。

Claims

1.一种自行式工程作业车辆的发动机控制装置，具有用于驱动工作装置的工作装置用液压泵，其特征在于，具有检测车速的车速检测装置和牵引力控制装置，该牵引力控制装置基于所述车速检测装置的检测结果，在车速为规定速度以下时限制节流量的上限值而使牵引力减小。

2.如权利要求1所述的自行式工程作业车辆的发动机控制装置，其特征在于，还具有检测所述工作装置用液压泵的输出压力的泵输出压力检测装置，所述牵引力控制装置在所述车速的基础上还根据泵输出压力控制节流量的上限值而使牵引力减小。

3.如权利要求1所述的自行式工程作业车辆的发动机控制装置，其特征在于，所述工程作业车辆可在注重作业性而以高马力使用发动机的功率模式和注重节省燃料而以低马力使用发动机的经济模式之间切换发动机的模式，还具有判断发动机的模式是功率模式还是经济模式的发动机模式判断装置，所述牵引力控制装置仅在发动机模式为功率模式时进行所述控制。

4.如权利要求3所述的自行式作业车辆的发动机控制装置，其特征在于，所述作业车辆具有变速器，该变速器具有多个变速级，所述牵引力控制装置仅在发动机为功率模式且变速级为前进第一挡时进行所述控制。

5.如权利要求1所述的自行式工程作业车辆的发动机控制装置，其特征在于，所述工程作业车辆具有作业模式选择装置，该作业模式选择装置选择根据所述工作装置的种类而预先设定的多个作业模式中的一个，作为所述作业模式至少具有第一作业模式和第二作业模式，所述牵引力控制装置将选择所述第一作业模式时的节流量的上限值限制为比选择所述第二作业模式时的节流量的上限值小的值，而使牵引力减小。

6.如权利要求1所述的自行式工程作业车辆的发动机控制装置，其特征在于，所述工程作业车辆具有作业模式选择装置，该作业模式选择装置选择根据所述工作装置的种类而预先设定的多个作业模式中的一个，所述牵引力控制装置仅在通过所述作业模式选择装置选择特定的作业模式时进行所述控制。

7.如权利要求6所述的自行式工程作业车辆的发动机控制装置，其特征在于，作为所述特定的作业模式，至少具有第一作业模式和第二作业模式，所述牵引力控制装置将选择所述第一作业模式时的节流量的上限值限制为比选择所述第二作业模式时的节流量的上限值小的值，而使牵引力减小。