CN108350820B - 建筑机械的发动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供建筑机械的发动机控制装置，其利用发动机驱动建筑机械的液压泵，并具有：存储单元，其存储表示发动机的要求转矩、实际转速、及适当燃料喷射量的相关关系的喷射量确定用图；喷射量确定单元，其基于喷射量确定用图，并根据要求转矩及实际转速而确定发动机的燃料喷射量；转速偏差计算单元，其计算从目标转速减去实际转速而得到的转速偏差；以及喷射量修正单元，其以使转速偏差接近0的方式修正由喷射量确定单元确定的燃料喷射量，由此，能够更准确地求出实现目标转速所需的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的变动，燃料消耗量和操作性优异。

Description

建筑机械的发动机控制装置
技术领域
本发明涉及建筑机械的发动机控制装置。
背景技术
以往，在用发动机驱动建筑机械的液压泵时，进行如下的反馈控制：测量发动机的实际转速，同时基于实际转速与目标转速的转速偏差而修正燃料喷射量。然而，仅进行反馈控制时，以发动机的实际转速从目标转速偏离为前提，因此，以目标转速为基准，发生转速变动。
由此，提出了除反馈控制以外还进行前馈控制的方案(例如，参照专利文献1)。专利文献1的前馈控制是，根据液压泵的排出压力和排出流量求出液压泵的负载，根据该求出的液压泵的负载推定发动机的要求负载，按照该要求负载确定燃料喷射量。在专利文献1的前馈控制中，尤其以使发动机的喷射增加量与发动机的要求负载成比例的方式设定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-125949号
发明内容
发明要解决的问题
然而，根据专利文献1中记载的前馈控制，由于以使燃料喷射增加量与要求负载成比例的方式设定，因此能够抑制一定程度的转速变动，但相对于要求负载的必要的燃料喷射量的确定精度欠缺。另外，建筑机械的发动机状态根据温度、燃料、操作而时刻发生变化，也不能应对这种状态变化，能抑制的转速变动也存在限度。
因此，本发明的目的在于提供一种建筑机械的发动机控制装置，其能够更准确地求出实现发动机的目标转速所必须的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的变动，燃料消耗量和操作性优异。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明如下构成。
根据本发明的一方式，提供一种建筑机械的发动机控制装置，其利用发动机驱动建筑机械的液压泵，并具有：存储单元，其存储表示发动机的要求转矩、实际转速、及适当燃料喷射量的相关关系的喷射量确定用图；喷射量确定单元，其基于喷射量确定用图，并根据要求转矩及实际转速而确定发动机的燃料喷射量；转速偏差计算单元，其计算从目标转速减去实际转速而得到的转速偏差；以及喷射量修正单元，其以使转速偏差接近0的方式修正由喷射量确定单元确定的燃料喷射量。
发明效果
根据本发明的建筑机械的发动机控制装置，能够更准确地求出实现发动机的目标转速所需的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的变动，提高燃料消耗量和操作性。
附图说明
本发明的这些方式和特征通过与附图涉及的优选实施方式关联的如下叙述而明确。
图1是示出实施方式中的建筑机械的概要结构的框图。
图2是用于确定发动机的燃料喷射量的框线图。
图3是示出修正前的喷射量确定用图的图。
图4是示出用于修正喷射量确定用图的处理流程的图。
图5是示出用于计算平均转速偏差的采样的一例的图。
图6是示出修正后的喷射量确定用图的图。
具体实施方式
根据本发明的第一方式，提供一种建筑机械的发动机控制装置，其利用发动机驱动建筑机械的液压泵，并具有：存储单元，其存储表示发动机的要求转矩、实际转速、及适当燃料喷射量的相关关系的喷射量确定用图；喷射量确定单元，其基于喷射量确定用图，并根据要求转矩及实际转速而确定发动机的燃料喷射量；转速偏差计算单元，其计算从目标转速减去实际转速而得到的转速偏差；以及，喷射量修正单元，其以使转速偏差接近0的方式修正由喷射量确定单元确定的燃料喷射量。如此，以使目标转速与实际转速之差即转速偏差接近0的方式修正喷射量确定用图。由此，能够更准确地求出实现发动机的目标转速所需的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的变动，提高燃料消耗量和操作性。
根据本发明的第二方式，提供第一方式所述的建筑机械的发动机控制装置，其中，喷射量修正单元修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量。如此，通过修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量，从而能够用简易的方法修正燃料喷射量。
根据本发明的第三方式，提供第二方式所述的建筑机械的发动机控制装置，其中，进一步具备计算转速偏差的平均即平均转速偏差的平均转速偏差计算单元，喷射量修正单元以使平均转速偏差接近0的方式修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量。如此，以使多个转速偏差的平均即平均转速偏差接近0的方式修正喷射量确定用图。由此，能够更准确地求出实现发动机的目标转速所需的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的变动，提高燃料消耗量和操作性。
根据本发明的第四方式，提供第三方式所述的建筑机械的发动机控制装置，其中，平均转速偏差计算单元基于对应的实际转速，将由转速偏差计算单元计算出的转速偏差分类为实际转速的多个范围，当分类后的转速偏差的数达到规定的数时，计算该范围内的平均转速偏差，喷射量修正单元基于每个该范围的平均转速偏差，修正与该范围的实际转速对应的适当燃料喷射量。如此，将采样的转速偏差以实际转速的范围进行分类，在该范围内的采样数达到规定的数时计算平均转速偏差，并用于修正燃料喷射量，由此，能够以更良好的精度修正燃料喷射量。由此，能够更准确地求出实现发动机的目标转速所需的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的变动，提高燃料消耗量和操作性。
根据本发明的第五方式，提供第三方式或第四方式所述的建筑机械的发动机控制装置，其中，平均转速偏差计算单元基于对应的要求转矩，将由转速偏差计算单元计算出的转速偏差分类为要求转矩的多个范围，当分类后的转速偏差的数达到规定的数时，计算该范围内的平均转速偏差，喷射量修正单元基于每个该范围的平均转速偏差，修正与该范围的要求转矩对应的适当燃料喷射量。如此，将采样的转速偏差以发动机的要求转矩的范围进行分类，在该范围内的采样数达到规定的数时计算平均转速偏差，并用于修正燃料喷射量，由此，能够以更良好的精度修正燃料喷射量。由此，能够更准确地求出实现发动机的目标转速所需的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的改变，提高燃料消耗量和操作性。
根据本发明的第六方式，提供第三方式～第五方式中任一项所述的建筑机械的发动机控制装置，其中，喷射量确定用图是表示要求转矩、实际转速、发动机水温、及适当燃料喷射量的相关关系的喷射量确定用图，喷射量确定单元基于喷射量确定用图，并根据要求转矩、实际转速及发动机水温而确定发动机的燃料喷射量，平均转速偏差计算单元基于对应的发动机水温，将由转速偏差计算单元计算出的转速偏差分类为发动机水温的多个范围，当分类后的转速偏差的数达到规定的数时，计算该范围内的平均转速偏差，喷射量修正单元基于每个该范围的平均转速偏差，修正与该范围的发动机水温对应的适当燃料喷射量。由此，能够更准确地求出实现发动机的目标转速所需的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的变动，提高燃料消耗量和操作性。
根据本发明的第七方式，提供第一方式～第六方式中任一项所述的建筑机械的发动机控制装置，其中，进一步具有反馈控制单元，该反馈控制单元基于由转速偏差计算单元计算出的转速偏差，对由喷射量确定单元确定的燃料喷射量进行反馈控制。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
实施方式
图1示出本实施方式的建筑机械1的概要结构。
建筑机械1具备：液压泵2、发动机3、发动机控制单元(ECU)4、及控制装置5。通过发动机3的输出来驱动液压泵2，由此进行建筑机械1的各种操作。发动机3的控制通过ECU4进行。控制装置5是整个建筑机械1的控制器，进行包括液压泵2及ECU4在内的整个装置结构的控制。在这种结构中，从ECU4向发动机3输出的燃料喷射量由控制装置5确定。
本实施方式中的控制装置5在确定发动机3的燃料喷射量时，进行使用喷射量确定用图确定燃料喷射量的前馈控制。特别是为了使发动机3的实际转速以良好的精度接近目标转速，进行基于目标转速与实际转速之差即转速偏差(平均转速偏差)修正喷射量确定用图的前馈控制。以下，使用图2对具体的前馈控制进行说明。图2是用于由控制装置5确定燃料喷射量的框线图。
如图2所示，首先，计算发动机3的要求负载(处理P1)。具体而言，将使用测定值推定的液压泵2的负载(kW)及其它负载(kW)相加，从而作为发动机3的要求负载(kW)而算出，其中，所述测定值是利用设置于建筑机械1的规定的测定设备(未图示)测定的。作为其它负载，包括与建筑机械1的各种结构相关的负载，可列举供给泵(kW)、冷却风扇的负载(kW)等。
接下来，计算发动机3的要求转矩(处理P2)。具体而言，将通过处理P1计算出的发动机3的要求负载(kW)除以发动机3的转速实际成绩即实际转速(rpm)，作为发动机3的要求转矩(Nm)而算出。发动机3的实际转速利用设置于建筑机械1的规定的测定设备(未图示)测定。
接下来，确定向发动机3输出的燃料喷射量(处理P3)。具体而言，在处理P3中，使用喷射量确定用图确定发动机3的燃料喷射量。将喷射量确定用图的一例示于图3。
如图3所示，本实施方式的喷射量确定用图是对发动机3的实际转速(rpm)及要求转矩确定了适当的燃料喷射量(mg/cyc)的图。在图3中，作为表示与发动机3的实际转速对应的适当燃料喷射量的线，示出了多条线(要求转矩线T1～要求转矩线T4)。通过对这些线之间进行线性增补，从而对发动机3的实际转速及要求转矩确定适当的燃料喷射量。另外，要求转矩线可以区别使用，即根据通过处理P2计算的要求转矩的值的范围而适用哪条线。例如，要求转矩在规定的范围内时，预先确定使用某一条要求转矩线。由此，图3所示的喷射量确定用图是示出发动机3的实际转速、要求转矩、及适当燃料喷射量的相关关系的图。
控制装置5基于图3所示的喷射量确定用图，根据通过处理P2计算的发动机3的要求转矩和另行测定的实际转速，并参照对应的适当燃料喷射量，确定发动机3的燃料喷射量。
此处，建筑机械1进行的操作根据场所而有多种多样(例如挖掘操作、平地操作等)。另外，一旦确定了操作，则在一定程度的期间大多进行类似的操作。对此，基于建筑机械1的实时的实际成绩，通过修正向发动机3输出的燃料喷射量，从而能够更准确地求出实现发动机3的目标转速所需的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的变动，提高燃料消耗量和操作性。因此，在本实施方式中，进行在处理P3中使用的喷射量确定用图的修正(处理P4)。对于具体的修正方法，使用图4、图5进行说明。
图4是示出用于修正喷射量确定用图的处理流程的图。图5是示出用于计算在喷射量确定用图的修正中使用的平均转速偏差的采样的一例的图。如图4所示，在本实施方式中，作为用于修正喷射量确定用图的信息，使用发动机3的实际转速、要求转矩、及转速偏差。转速偏差是从发动机3的目标转速减去实际转速而得到的值，是表示实际转速从目标转速偏离何种程度的指标。
使用这些信息，如图5所示进行转速偏差的采样。图5是示出被采样的转速偏差与该采样时的实际转速及要求转矩的关系的图。为了便于图示，用垂直于纸面的方向表示发动机3的要求转矩的轴。
作为采样的方法，在使发动机3进行动作时，实时地进行采样，由此随时蓄积数据。采样的间隔可以为每隔一定期间等任意的期间。
在本实施方式中，以每规定范围划分发动机3的实际转速(及要求转矩)，计算每个该范围的转速偏差的平均值(平均转速偏差)。作为喷射量确定用图的更新条件，针对每个该范围采样数成为阈值以上时进行修正。阈值可以在实际转速的每个范围可变。
将修正后的喷射量确定用图的一例示于图6。如图6所示，修正与每个规定范围的实际转速对应的适当燃料喷射量。具体而言，以使图5中示出的转速偏差接近0的方式，修正与该范围对应的适当燃料喷射量。更具体而言，平均转速偏差为正时，实际转速小于目标转速，因此，以增加对应的适当燃料喷射量的方式进行修正。该情况下，在图6的曲线中，使线的位置向上方移动。另一方面，在平均转速偏差为负的情况下，实际转速大于目标转速，因此，以减少对应的适当燃料喷射量的方式进行修正。该情况下，在图6的曲线中，使线的位置向下方移动。
当修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量时，平均转速偏差的绝对值|Δrave|越大，可以越增加修正量。对|Δrave|的修正量预先通过实验等求出。
通过如上所述的处理流程，修正结束。此外，图6所示的例子是示意性的，不与图5的曲线对应。
接下来，进行反馈控制(处理P5)。具体而言，对基于通过处理P4修正的喷射量确定用图而确定的燃料喷射量，基于转速偏差进行PID控制。由此，将最终的燃料喷射量输出到发动机3。
此外，上述中省略了说明，但控制装置5在其内部具有存储单元、喷射量确定单元、转速偏差计算单元、平均转速偏差计算单元、及喷射量修正单元。具体而言，存储单元是，关于处理P3，存储表示发动机3的要求转矩、实际转速、及适当燃料喷射量的相关关系的喷射量确定用图的单元。喷射量确定单元是，关于处理P3，基于喷射量确定用图，并根据要求转矩及实际转速而确定发动机3的燃料喷射量的单元。转速偏差计算单元是，关于处理P4，计算从目标转速减去实际转速而得到的转速偏差的单元。平均转速偏差计算单元是，关于处理P4，计算转速偏差的平均即平均转速偏差的单元。喷射量修正单元是，关于处理P4，以使(平均)转速偏差接近0的方式，修正由喷射量确定单元确定的燃料喷射量(特别是喷射量确定用图的适当燃料喷射量)的单元。更具体而言，在平均转速偏差为正时，以增加由喷射量确定单元确定的燃料喷射量的方式进行修正，在平均转速偏差为负时，以减少由喷射量确定单元确定的燃料喷射量的方式进行修正。
控制装置5可以具备例如存储器及与CPU等处理器对应的处理电路。另外，在控制装置5内，存储单元、喷射量确定单元、转速偏差计算单元、平均转速偏差计算单元、喷射量修正单元的各个单元可以由使这些要素发挥功能的集成电路构成。
如上所述，在本实施方式中，以使目标转速与实际转速之差即转速偏差接近0的方式修正向发动机3输出的燃料喷射量。由此，能够更准确地求出实现目标转速所需的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的变动，提高燃料消耗量和操作性。
尤其在本实施方式中，修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量。即，喷射量修正单元是修正喷射量确定用图的喷射量确定用图修正单元。如此，通过修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量，从而能够通过更简易的方法修正燃料喷射量。
另外，在本实施方式中，以使转速偏差的平均即平均转速偏差接近0的方式修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量。如此，通过在转速偏差中特别地使用平均转速偏差修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量，从而能够更准确地求出实现目标转速所需的燃料喷射量。由此，能够抑制实际转速相对于目标转速的变动，提高燃料消耗量和操作性。
另外，在本实施方式中，将计算出的转速偏差基于对应的实际转速分类为多个范围，且若分类后的转速偏差的数达到规定的数时，计算该范围内的平均转速偏差。此外，基于每个该范围的平均转速偏差，修正与该范围的实际转速对应的适当燃料喷射量。如此，将实际转速的范围进行分类，在该范围内的采样数达到规定的数时计算平均转速偏差，用于修正燃料喷射量，由此，能够以更良好的精度修正燃料喷射量。由此，能够更准确地求出实现目标转速所需的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的变动，提高燃料消耗量和操作性。
以上，列举上述的实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式。在本实施方式中，对为了修正发动机3的燃料喷射量而修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量的情况进行了说明，但不限于这种情况。也可以不修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量，而是将由喷射量确定用图确定的燃料喷射量乘以增益系数，由此修正发动机3的燃料喷射量。在该情况下，可以在平均转速偏差为正时，以使实际的燃料喷射量增加的方式将增益系数修正为1以上，在平均转速偏差为负时，以使实际的燃料喷射量减少的方式将增益系数修正为1以下。如此，也可以是不修正喷射量确定用图的情况。
另外，在本实施方式中，对以使平均转速偏差接近0的方式修正喷射量确定用图的情况进行了说明，但平均转速偏差可以是简单平均、加权平均等任意的平均。此外，也可以不是平均转速偏差，而是以使转速偏差自身接近0的方式修正喷射量确定用图。如此，以使包含转速偏差自身、平均转速偏差等在内的“转速偏差”接近0的方式进行修正时，能够更准确地求出实现目标转速所需的燃料喷射量，抑制实际转速相对于目标转速的变动，发挥提高燃料消耗量和操作性的效果。
另外，在本实施方式中，对由控制装置5确定燃料喷射量，并以信号的形式发送给ECU4的情况进行了说明，但不限于这种情况。例如，也可以由ECU4确定燃料喷射量，ECU4也可以称为建筑机械1的发动机控制装置的一部分。
另外，在本实施方式中，对基于发动机3的实际转速将转速偏差分类为多个范围的情况进行了说明，但不限于这种情况，也可以基于发动机3的要求转矩等其它要素进行分类。或者，也可以基于发动机3的实际转速和要求转矩这两者将转速偏差分类为多个范围。
另外，在本实施方式中，对在喷射量确定用图中，使用要求转矩和实际转速作为用于确定发动机3的适当燃料喷射量的指标的情况进行了说明，但不限于这种情况，也可以设置除了要求转矩和实际转速以外的指标。例如，也可以将用于冷却发动机3的冷却水的水温(发动机水温)追加到用于确定适当燃料喷射量的指标中。
此外，通过适当组合上述各种实施方式中的任意的实施方式，能够发挥各个实施方式所具有的效果。
只要是建筑机械的发动机控制装置就能够适用本发明。
本发明参照附图且与优选的实施方式相关联而充分地进行了记载，但对于本领域技术人员而言知道各种变形、修正。应该理解的是，这种变形、修正只要不脱离附上的权利要求书中的本发明的范围，就包含于其中。

Claims (4)

1.一种建筑机械的发动机控制装置，其利用发动机驱动建筑机械的液压泵，其特征在于，具有：
存储单元，其存储表示发动机的要求转矩、实际转速、及适当燃料喷射量的相关关系的喷射量确定用图；
喷射量确定单元，其基于喷射量确定用图，并根据要求转矩及实际转速而确定发动机的燃料喷射量；
转速偏差计算单元，其计算从目标转速减去实际转速而得到的转速偏差；
喷射量修正单元，其以使转速偏差接近0的方式修正由喷射量确定单元确定的燃料喷射量；以及
平均转速偏差计算单元，其计算转速偏差的平均即平均转速偏差，
喷射量修正单元以使平均转速偏差接近0的方式修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量，
平均转速偏差计算单元基于对应的实际转速，将由转速偏差计算单元计算出的转速偏差分类为实际转速的多个范围，当分类后的转速偏差的数达到规定的数时，计算该范围内的平均转速偏差，
喷射量修正单元基于每个该范围的平均转速偏差，修正与该范围的实际转速对应的适当燃料喷射量。
2.一种建筑机械的发动机控制装置，其利用发动机驱动建筑机械的液压泵，其特征在于，具有：
存储单元，其存储表示发动机的要求转矩、实际转速、及适当燃料喷射量的相关关系的喷射量确定用图；
喷射量确定单元，其基于喷射量确定用图，并根据要求转矩及实际转速而确定发动机的燃料喷射量；
转速偏差计算单元，其计算从目标转速减去实际转速而得到的转速偏差；
喷射量修正单元，其以使转速偏差接近0的方式修正由喷射量确定单元确定的燃料喷射量；以及
平均转速偏差计算单元，其计算转速偏差的平均即平均转速偏差，
喷射量修正单元以使平均转速偏差接近0的方式修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量，
平均转速偏差计算单元基于对应的要求转矩，将由转速偏差计算单元计算出的转速偏差分类为要求转矩的多个范围，当分类后的转速偏差的数达到规定的数时，计算该范围内的平均转速偏差，
喷射量修正单元基于每个该范围的平均转速偏差，修正与该范围的要求转矩对应的适当燃料喷射量。
3.一种建筑机械的发动机控制装置，其利用发动机驱动建筑机械的液压泵，其特征在于，具有：
存储单元，其存储表示发动机的要求转矩、实际转速、及适当燃料喷射量的相关关系的喷射量确定用图；
喷射量确定单元，其基于喷射量确定用图，并根据要求转矩及实际转速而确定发动机的燃料喷射量；
转速偏差计算单元，其计算从目标转速减去实际转速而得到的转速偏差；
喷射量修正单元，其以使转速偏差接近0的方式修正由喷射量确定单元确定的燃料喷射量；以及
平均转速偏差计算单元，其计算转速偏差的平均即平均转速偏差，
喷射量修正单元以使平均转速偏差接近0的方式修正喷射量确定用图的适当燃料喷射量，
喷射量确定用图是表示要求转矩、实际转速、发动机水温、及适当燃料喷射量的相关关系的喷射量确定用图，
喷射量确定单元基于喷射量确定用图，并根据要求转矩、实际转速及发动机水温而确定发动机的燃料喷射量，
平均转速偏差计算单元基于对应的发动机水温，将由转速偏差计算单元计算出的转速偏差分类为发动机水温的多个范围，当分类后的转速偏差的数达到规定的数时，计算该范围内的平均转速偏差，
喷射量修正单元基于每个该范围的平均转速偏差，修正与该范围的发动机水温对应的适当燃料喷射量。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的建筑机械的发动机控制装置，其特征在于，
进一步具有反馈控制单元，该反馈控制单元基于由转速偏差计算单元计算出的转速偏差，对由喷射量确定单元确定的燃料喷射量进行反馈控制。
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