CN102858678A - 叉车的发动机控制装置 - Google Patents

Abstract

一种叉车的发动机控制装置，其目的在于，在处于无装载或轻负荷（轻载重负荷、轻行驶负荷）的状态下当油门踏板完全被踩下时，能够将燃料消耗抑制在较低水平，而且在一旦装载了有重量的货物的情况下，能够以最大上升速度使货物上升，并以最大的行驶性能行驶却不存在加速不良，从而确保作业性。在扭矩线图上预先设定最大扭矩值的大小不同的至少两条最大扭矩线。并且，测量配件和装载于该配件的货物的重量。然后，针对测量到的重量确定至少两个用于选择最大扭矩线的阈值，在测量到的重量小于阈值时，选择最大扭矩值小的最大扭矩线，而在测量到的重量在阈值以上时，选择最大扭矩值大的最大扭矩线。之后，利用被选择的最大扭矩线控制发动机。

Description

叉车的发动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种叉车的发动机控制装置。

背景技术

在叉车的车体前方设置有作为工作装置的门架和货叉等配件。根据工作装置操作杆的操作，工作装置被驱动，使门架倾斜或者使作为配件的货叉提升，从而能够使搭载于货叉的货物的位置和姿态变化到期望的位置和姿态。

对叉车而言，无装载时与最大装载时的车重比约为1.8倍，车重比非常大。

但是，在现有技术中，与最大装载时和最大行驶负荷时结合以确定发动机特性。

图1是表示现有的叉车的发动机输出特性的扭矩线图。横轴表示发动机转速N，纵轴表示发动机扭矩T。L是发动机的最大扭矩线，并且固定为一种。发动机转速N与油门开度对应。

最大扭矩线L被设定为，使叉车能够在最大装载负荷时确保最大上升速度，并且能够在最大负荷（最大装载负荷和最大行驶负荷）时确保最大爬坡能力。

对应各发动机转速，即对应各油门开度确定有调节线L_L...L_i...L_H，如果油门开度（发动机转速Ni）确定，则根据负荷的大小，发动机转速N减小的同时，发动机吸收扭矩与负荷的匹配点在对应的调节线L_i上移动。在某发动机转速Ni时，匹配点是在调节线L_i上扭矩成为最大的点，即位于最大扭矩线L上的点P。能够通过用全程控制式调速器进行的机械式控制或电子控制来实现上述的发动机转速N减少的同时使发动机输出扭矩T增加的控制。

在下述专利文件1中记载有以下发明：以根据轮式装载机的作业状态自动控制发动机的功率输出能力为要解决的技术问题，基于轮式装载机工作装置的小臂液压缸的压力和倾斜计等检测作业状态，自动选择发动机的最大扭矩线。

在下述专利文件2中记载有以下发明：在以电池为驱动源的叉车中，以获得与使用状况对应的必要的加速特性为要解决的技术问题，根据装载在货叉上的货物重量的大小，可变地设定供给到行驶马达的初始电流值。

在下述专利文件3中记载有下述发明：在叉车上设置用于测量装载于货叉的货物荷重的荷重测量装置，将用荷重测量装置测量到的荷重显示在显示器上，或者当测量到的荷重超过设定值时发出警告，或者根据测量到的荷重限制门架的前倾角度和行驶速度。

专利文件1:WO2005/024208 A1

专利文件2:特开2003－54899号公报

专利文件3:特开2010－6604号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在像叉车一样通过踩踏油门踏板的操作来控制发动机转速的车辆中，不论载重负荷或行驶负荷的大小，驾驶员往往以“任意踩踏”的方式操作油门踏板。在此，在图1中的扭矩线图上，单位时间的燃料消耗量沿着图中右上方增大。

如图1所示，在现有技术中，最大扭矩线L被设定为能够确保最大装载负荷时的最大上升速度和最大爬坡能力。发动机在从低速状态（例如低速空转转速）突然踩踏油门踏板的急加速状态中，不论负荷的大小如何，使匹配点沿着该最大扭矩线过渡性地推移，经过发动机的最大燃料消耗区域。

另一方面，在无装载或轻负荷的状态下，在急加速状态时发动机输出不需要沿着最大扭矩线，即使采用更低的输出水平，在车辆的性能上也不存在实用方面的问题。即，以往在无装载或轻负荷状态下，在急加速时过渡性地浪费燃料，在将油门操作为频繁地处于完全踩下的状态越多该浪费越多。

如上所述，在叉车中，如果在处于无装载或轻负荷（轻载重负荷、轻行驶负荷）的状态下当油门踏板完全被踩下时，则需要将燃料消耗抑制在较低水平。

除此之外，在叉车中，为了确保作业性，需要在一旦装载了有重量的货物时，能够以最大上升速度使货物上升，并以最大的行驶性能行驶却不存在加速不良。

本发明是鉴于上述实际情况提出的，本发明要解决的技术问题是：在处于无装载或轻负荷（轻载重负荷、轻行驶负荷）的状态下当油门踏板完全被踩下时，能够将燃料消耗抑制在较低水平，而且，在一旦装载了有重量的货物时，能够以最大上升速度使货物上升，并以最大的行驶性能行驶却不存在加速不良。

需要说明的是，在任一篇现有技术文献中都没有记载一种发明，在处于无装载或轻负荷（轻载重负荷、轻行驶负荷）的状态下当油门踏板完全被踩下时，能够将燃料消耗抑制在较低水平，而且，在一旦装载了有重量的货物时，能够以最大上升速度使货物上升，并以最大的行驶性能行驶却不存在加速不良，从而确保作业性。

用于解决技术问题的技术方案

第一发明提供一种叉车的发动机控制装置，该叉车具有由发动机驱动的行驶装置和包括由所述发动机驱动而被提升的配件的工作装置，该发动机控制装置通过发动机的控制，在具有发动机转速的轴和扭矩的轴的发动机的扭矩线图上进行发动机吸收扭矩与负荷的匹配，该叉车的发动机控制装置的特征在于，具有：

最大扭矩线设定机构，其在所述扭矩线图上预先设定最大扭矩值的大小不同的至少两条最大扭矩线；

重量测量机构，其测量所述配件和装载于该配件的货物的重量；

最大扭矩线选择机构，其针对由所述重量测量机构测量到的重量，确定用于选择至少两条所述最大扭矩线的阈值，当由所述重量测量机构测量到的重量小于所述阈值时，选择最大扭矩值小的最大扭矩线，而当由所述重量测量机构测量到的重量在所述阈值以上时，选择最大扭矩值大的最大扭矩线；

发动机控制机构，其利用由所述最大扭矩线选择机构选择的最大扭矩线控制发动机。

第二发明在第一发明的基础上，其特征在于，

在所述最大扭矩线设定机构中，预先设定有最大扭矩值的大小不同的两条最大扭矩线，最大扭矩值大的最大扭矩线被设定为使叉车能够在最大装载负荷时确保最大上升速度且能够在最大负荷时确保最大爬坡能力的最大扭矩值。

第三发明在第一发明或第二发明的基础上，其特征在于，

在所述最大扭矩线选择机构中，从选择了最大扭矩值小的最大扭矩线的状态转换到选择最大扭矩值大的最大扭矩线的状态时所使用的阈值被确定为，与从选择了最大扭矩值大的最大扭矩线的状态转换到选择最大扭矩值小的最大扭矩线的状态时所使用的阈值相比大的值。

发明效果

根据本发明，在叉车中，由于在处于无装载或轻负荷（轻载重负荷、轻行驶负荷）的状态下利用最大扭矩值小的最大扭矩线控制发动机，因此能够在将油门踏板完全踩下的情况下将燃料消耗抑制在较低水平。

另外，由于在一旦装载了有重量的货物的情况下，利用最大扭矩值大的最大扭矩线控制发动机，因此能够以最大上升速度使货物上升，并能够以最大的行驶性能行驶却不存在无加速不良，从而确保作业性。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的叉车的发动机控制装置的实施方式。

图7是叉车1的车体3的侧视图。图2表示叉车1的工作装置2的结构。

如图7所示，在叉车1的车体3的前方设置有作为工作装置2的门架4和货叉5。外门架4A经由左右一对倾斜缸8支撑于车体3。根据工作装置操作杆6的操作，工作装置2被驱动，使门架4倾斜，使作为配件的货叉5被提升，从而能够将搭载于货叉5的货物的位置和姿态变化到期望的位置和姿态。

在图2（a）、（b）、（c）中分别表示有货叉5上升前的状态、货叉5上升到中间位置的状态、货叉5上升到最高位置的状态。

门架4由外门架4A和内门架4B构成。

在外门架4A上上下移动自如地设置有内门架4B，在内门架4B上上下移动自如地安装有作为配件的货叉5。左右一对提升缸10的缸主体10b固定在外门架4A上，使活塞杆10a朝上。提升缸10的活塞杆10a的前端固定在滑轮11上，滑轮11的轴安装在内门架4B上。

在滑轮11上缠绕有链12，链12的一端固定在外门架4A上，链12的另一端固定在货叉5上。

图3表示叉车1的传动系统的结构。

发动机13的驱动力经由PTO轴14传递到工作装置液压泵15和HST液压泵16。自HST液压泵16到驱动轮24的传动系统构成行驶装置7。

静流体驱动式变速箱（HST；Hydro-Static Transmission，静液压无级变速装置）17由HST液压泵16、HST液压马达18以及将HST液压泵16的各流入流出口16a，16b和HST液压马达18的各流入流出口18a，18b连通的油路19构成，静流体驱动式变速箱17通过调整HST液压泵16的斜板16c和HST液压马达18的斜板18c的各倾角，使各容量变化，由此进行变速。

HST液压马达18的驱动力经由差速齿轮20传递到车轴21。在车轴21上设置有制动装置22和最后齿轮23。最后齿轮23的输出轴连接在驱动轮24上。因此，在发动机13工作，油门踏板25被踩下，未图示的行驶方向杆26被选择为前进方向或后退方向的情况下，驱动轮24被旋转驱动而前进行驶或后退行驶。

工作装置操作杆6例如是由操纵杆构成的杆，根据操作方向进行提升动作、下降动作或倾斜动作。当向倾斜动作方向操作工作装置操作杆6时，从工作装置液压泵15的排出口15a排出的压力油经由控制阀27供给到倾斜缸8的油室8c。由此，倾斜缸8工作，使图2至图7中的门架4倾斜动作。

当向提升动作方向操作工作装置操作杆6时，从工作装置液压泵15的排出口15a排出的压力油从控制阀27流经油路29供给到提升缸10的油室10c。由此，如图2所示，提升缸10的活塞杆10a向上方移动。因此，链12与滑轮11一同向上方被推上，内门架4B向上方移动，随之，货叉5相对于内门架4B上升。货叉5以活塞杆10a的移动量（滑轮11的移动量）H的2倍的移动量2H上升。

当向降下动作方向操作工作装置操作杆6时，提升缸10的油室10c内的压力油流经油路29经由控制阀27释放到油箱28。由此，如图2所示，提升缸10的活塞杆10a因自重而向下方移动。因此，链12与滑轮11一同下降，内门架4B向下方移动，随之，货叉5相对于内门架4B下降。

当工作装置操作杆6位于中立位置时，控制阀27的开口关闭，停止向提升缸10的油室10c供给压力油并停止从提升缸10的油室10c排出压力油。由此，如图2所示，提升缸10的活塞杆10a的移动停止，维持货叉5的高度。

在将提升缸10的油室10c与控制阀27连通的油路29上设置有压力传感器30。油路29内的工作油产生与作为配件的货叉5和转载于货叉5的货物的重量对应的保持压力。

因而，能够通过用压力传感器30检测油路29内的工作油的压力即提升缸10的保持压力，来测量作为配件的货叉5和装载于货叉5的货物的重量。

图4表示控制发动机13的控制器31的结构。

控制器31具有重量测量机构32、最大扭矩线设定机构33、最大扭矩线选择机构34、发动机控制机构35。

控制器31被输入压力传感器30的检测信号，并且被输入表示油门踏板25的踩踏操作量的信号。

在重量测量机构32中，对压力传感器30所检测的提升缸10的保持压力进行多次抽样而实施平均化处理，由此计算出平均保持压力。例如，将10msec作为抽样时间，计算出100次（1sec）的平均保持压力。计算出的平均保持压力相当于作为配件的货叉5的重量与货物的重量之和的重量M。

也可以用重量测量机构32准确地测量重量M。即，能够基于压力传感器30所检测到的提升缸10的保持压力和补正系数，计算出作为配件的货叉5的重量与货物的重量之和的重量M。补正系数能够基于已知的货叉5的重量、提升托架9的重量及内门架4B的重量求得。

在最大扭矩线设定机构33中预先设定有在扭矩线图中最大扭矩值的大小不同的两个最大扭矩线。

图5是与图1对应的扭矩线图，表示本实施方式的叉车1的发动机13的输出特性。横轴表示发动机转速N，纵轴表示发动机扭矩T。L1是最大扭矩值大的最大扭矩线，L2是最大扭矩小的最大扭矩线。

最大扭矩线L1被设定为使叉车1能够在最大装载负荷时确保最大上升速度且能够在最大负荷时确保最大爬坡能力的最大扭矩值，即，设定为：在一旦装载了有重量的货物时，能够以最大上升速度使货物上升，并以最大的行驶性能行驶却不存在加速不良，从而能够确保作业性的最大扭矩值。

最大扭矩线L2设定为：在处于无装载或轻负荷（轻载重负荷、轻行驶负荷）的状态下当油门踏板25完全被踩下时，能够将燃料消耗抑制在较低水平，而且，在无装载或轻负荷（轻载重负荷、轻行驶负荷）的状态下，能够以最大上升速度使货叉5上升，并以最大的行驶性能行驶却不存在加速不良，从而能够确保作业性的最大扭矩值。

控制器31的最大扭矩线选择机构34由载重判定部41、时间判定部42、选择部43构成。

载重判定部41确定有用于针对由重量测量机构32测量到的重量M选择两个最大扭矩线L1，L2的阈值Mth。需要说明的是，为了防止控制上的摆动（ハンチング），设定两种阈值Mth，使其具备滞后性。

即，将两种阈值Mth1，Mth2确定为阈值Mth1大于阈值Mth2，其中，阈值Mth1在从选择了最大扭矩值小的最大扭矩线L2的状态转换到选择最大扭矩值大的最大扭矩线L1的状态时所使用，阈值Mth2在从选择了最大扭矩值大的最大扭矩线L1的状态转换到选择最大扭矩值小的最大扭矩线L2的状态时所使用。

下面，基于图8说明判定用重量测量机构32测量到的重量M的顺序。

在载重判定部41中对比并判定由重量测量机构32测量到的重量M与阈值Mth1，Mth2的大小（步骤101）。

时间判定部42判定载重判定部41的判定结果持续规定时间以上后是否还处于同样的判定结果（步骤102）。当载重判定部41的判定结果持续规定时间以上后还处于同样的判定结果（例如1秒）时（步骤102中判断为“是”），将载重判定部41的判定结果输出到选择部43（步骤103）。之所以设置时间判定，是因为考虑到叉车1在行驶中因颠簸等而使提升缸10的保持压力变动。

选择部43基于载重判定部41的判定结果选择最大扭矩线。即，在输入有由重量测量机构32测量到的重量M小于阈值Mth2的判定结果的情况下，选择最大扭矩值小的最大扭矩线L2，而在输入有由重量测量机构32测量到的重量M在阈值Mth1以上的判定结果的情况下，选择最大扭矩值大的最大扭矩线L1。

当这样通过最大扭矩线选择机构34选择最大扭矩线时，被选择的最大扭矩线的信息向发动机控制机构35输出。

发动机13的控制通过发动机控制机构35、调速器36及燃料喷射泵37来进行。

发动机控制机构35将发动机输出扭矩限制在选择的最大扭矩线所规定的最大扭矩值以下，且生成为了得到与油门踏板25的踩踏操作量对应的发动机转速N的控制指令，并向调速器36输出。

调速器36生成燃料喷射量指令并向燃料喷射泵37输出，该燃料喷射量指令为了得到作为控制指令被给予的发动机转速N而将发动机输出扭矩T限制在选择的最大扭矩线所规定的最大扭矩值以下。燃料喷射泵37向发动机13喷射燃料，以得到作为燃料喷射量指令被给予的燃料喷射量。

调速器36是全程控制式调速器，进行机械式控制或电子控制。

如图5所示，设想选择了发动机扭矩值小的最大扭矩线L2的情况。

对应各发动机转速N，即对应各油门开度确定有调节线L_L...L_i...L_H，如果油门开度（发动机转速Ni）确定，则根据负荷的大小，发动机转速N减小的同时，发动机吸收扭矩与负荷的匹配点在对应的调节线L_i上移动。在某发动机转速Ni时，匹配点是在调节线L_i上扭矩成为最大的点P2，即位于最大扭矩线L2上的点P2。该最大扭矩线L2上的最大扭矩点P2是在相同的发动机转速Ni时与发动机扭矩值大的最大扭矩线L1上的对应的最大扭矩点P1相比扭矩值小的点。

下面，参照图6说明本实施方式的效果。

图6与图5一样，在具有发动机转速N的轴和扭矩T的轴的发动机13的扭矩线图上，表示有最大扭矩线L，L2，并且表示有等油耗线F1，F2...Fi...。等油耗线F1，F2...Fi...表示发动机13的燃料消耗量与发动机转速N和发动机扭矩T对应而相等的扭矩线图上的特性。

最大扭矩线L是图1所示的现有的固定为一种的最大扭矩线，扭矩值的大小相当于最大扭矩线L1。

在图6中，A1大致表示进行了现有技术的控制时的发动机13的加速路径。而A2大致表示进行了本实施方式的控制时的发动机13的加速路径。

从这些加速路径的对比可知，根据本实施方式，即使在处于无装载或轻负荷（轻载重负荷、轻行驶负荷）的状态下当油门踏板25完全被踩下时，也能够将燃料消耗抑制在较低水平。例如，通过叉车1的油耗评价模型之一的“Ｖ模型（Ｖシエ一プコ一ス）的油耗评价”得到了约4％的燃料消耗抑制效果。

而且，在无装载或轻负荷（轻载重负荷、轻行驶负荷）的状态下能够以最大上升速度使货叉5上升，并能够以最大的行驶性能行驶却不存在加速不良，因此能够确保作业性。

相对于此，在一旦装载了有重量的货物时，选择图5所示的最大扭矩线L1。因此，能够以最大上升速度使有重量的货物上升，并能够以最大的行驶性能行驶却不存在加速不良，从而能够确保高负荷时的作业性。而且，如果叉车1一旦装载了货物，只要不将货物从货叉5上卸下，载重就是一定的，因此，在装载有货物时，最大扭矩线L1不会非自愿地切换成最大扭矩线L2。

另外，根据本实施方式，即使猛烈地操作油门踏板25，从整个作业上看，发动机扭矩值也被抑制在较低水平，因此有助于改善热平衡。

在上述说明中，说明了假设配件是货叉5的情况。但是，在叉车1上安装有除了货叉5以外的其他配件的情况下也能够同样地应用本发明。重量测量机构32不仅能够测量装载于配件的货物的重量，还能够测量考虑了配件的自重的重量M，因此，通过根据配件的种类变更阈值Mth（阈值Mth1，Mth2），来谋求在所有作业方式下抑制燃料消耗并提高作业性。

另外，在上述说明中，说明了设定最大扭矩值的大小不同的两条最大扭矩线，并选择任一条最大扭矩线的情况的例子，但也可以是设定最大扭矩值的大小不同的三条以上的最大扭矩线，并选择任一条最大扭矩线的实施方式。

附图说明

图1是现有的扭矩线图。

图2是表示叉车的工作装置的结构的图。

图3是表示叉车的传动系统的结构的图。

图4是表示控制发动机的控制器的结构的图。

图5是表示本实施方式的扭矩线图。

图6是为了说明本实施方式的效果而采用的现有发动机的加速路径与本实施方式的发动机的加速路径的对比图。

图7是叉车车体的侧视图。

图8是表示判定载重的顺序的流程图。

Claims (3)

1.一种叉车的发动机控制装置，该叉车具有由发动机驱动的行驶装置和包括由所述发动机驱动而被提升的配件的工作装置，该发动机控制装置通过发动机的控制，在具有发动机转速的轴和扭矩的轴的发动机的扭矩线图上进行发动机吸收扭矩与负荷的匹配，该叉车的发动机控制装置的特征在于，具有：

最大扭矩线设定机构，其在所述扭矩线图上预先设定最大扭矩值的大小不同的至少两条最大扭矩线；

重量测量机构，其测量所述配件和装载于该配件的货物的重量；

最大扭矩线选择机构，其针对由所述重量测量机构测量到的重量，确定用于选择至少两条所述最大扭矩线的阈值，当由所述重量测量机构测量到的重量小于所述阈值时，选择最大扭矩值小的最大扭矩线，而当由所述重量测量机构测量到的重量在所述阈值以上时，选择最大扭矩值大的最大扭矩线；

发动机控制机构，其利用由所述最大扭矩线选择机构选择的最大扭矩线控制发动机。

2.如权利要求1所述的叉车的发动机控制装置，其特征在于，

在所述最大扭矩线设定机构中，预先设定有最大扭矩值的大小不同的两条最大扭矩线，最大扭矩值大的最大扭矩线被设定为使叉车能够在最大装载负荷时确保最大上升速度且能够在最大负荷时确保最大爬坡能力的最大扭矩值。

3.如权利要求1所述的叉车的发动机控制装置，其特征在于，

在所述最大扭矩线选择机构中，从选择了最大扭矩值小的最大扭矩线的状态转换到选择最大扭矩值大的最大扭矩线的状态时所使用的阈值被确定为，与从选择了最大扭矩值大的最大扭矩线的状态转换到选择最大扭矩值小的最大扭矩线的状态时所使用的阈值相比大的值。

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