JP2010048208A - 作業機械のエンジン回転制御装置およびエンジン回転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりもさらに無駄な燃料消費を低減させることができるエンジン回転制御装置を提供する。
【解決手段】油圧アクチュエータ１２への作動油の供給を制御する制御弁１４と、制御弁１４を操作する操作レバー１６Ａと、該操作レバーの動きを検知する検知手段１８、２０と、該検知手段によって検知された操作レバー１６Ａの動きが操作レバー１６Ａの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当するかどうかを判断する判断手段２２Ａと、油圧ポンプ３４を駆動するエンジン２４の回転速度を制御するエンジンコントローラ２６と、を備え、判断手段２２Ａが操作レバー１６Ａの動きが操作レバー１６Ａの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当すると判断すると、エンジンコントローラ２６がエンジン２４の回転速度を、最終的な低下量γよりも小さな低下量Δγだけ低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械等の作業機械（例えば油圧ショベル）のエンジン回転制御装置およびエンジン回転制御方法に関する。

図３は従来の油圧ショベルのエンジン回転制御装置１００の一例についてのブロック構成図である。

通常油圧ショベルにおいては、車両と異なり、リモコン弁１６の操作レバー１６Ａの操作の有無にかかわらず（油圧アクチュエータ１２が実際に動作しているかどうかにかかわらず）、エンジン２４はスロットルボリューム４８で選択された回転速度で回り続け、燃料を消費している。

これに対し、特許文献１には、無駄な燃料消費を低減させるための技術（オートアイドル）が開示されている。この技術では、リモコン弁１６の操作レバー１６Ａが中立になったことを圧力センサ２０で検出し、操作レバー１６Ａが中立になってから所定時間（例えば３．５秒）経過するまで操作レバー１６Ａの操作がなされなければ、コントローラ２２からエンジンコントローラ２６に信号を送信し、エンジン２４の回転速度をアイドル回転速度レベルまで低下させる。

特開平１０−１２２００３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術でも、無駄な燃料消費の低減が不十分である。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、従来よりもさらに無駄な燃料消費を低減させることができるエンジン回転制御装置およびエンジン回転制御方法を提供することを課題とする。

本発明は、油圧ポンプからの作動油によって油圧アクチュエータが駆動される作業機械のエンジン回転制御装置において、前記油圧アクチュエータへの作動油の供給を制御する制御弁と、該制御弁を操作する操作レバーと、該操作レバーの動きを検知する検知手段と、該検知手段によって検知された前記操作レバーの動きが該操作レバーの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当するかどうかを判断する判断手段と、前記油圧ポンプを駆動するエンジンの回転速度を制御するエンジンコントローラと、を備え、前記判断手段が前記操作レバーの動きが該操作レバーの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当すると判断すると、前記エンジンコントローラが前記エンジンの回転速度を、最終的な低下量よりも小さな低下量だけ低下させることにより、上記課題を解決したものである。

ここで、最終的な低下量とは、前記操作レバーが該操作レバーの中立位置に完全に戻ったときになされるエンジン回転速度の低下量のことであり、例えば、最終的にアイドル回転速度レベルまで低下させる場合には、戻し直前の回転速度とアイドル回転速度との差に相当する低下量のことである。

本発明では、操作レバーが中立位置の方向に向かって戻され始めた時点でエンジンの回転速度の低下を開始する。このため、操作レバーが中立位置に到達してからエンジンの回転速度の低下を開始する従来のオートアイドルの場合よりも、さらに燃料消費を低減させることができる。この低下量は、最終的な低下量よりも小さな低下量に止めてある。そのため、後述するような早めに低下させることによって生じる恐れのある不具合が発生することがない。

なお、前記操作レバーが、前記制御弁に供給されるパイロット圧を介して前記制御弁を操作している場合には、前記判断手段は、前記制御弁に供給されるパイロット圧の低下速度が所定の値以上となった場合に、前記操作レバーの動きが該操作レバーの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当すると判断することができる。

また、前記制御弁の下流のタンクに通じる油路にネガコン絞りが設けられている場合、前記判断手段は、前記ネガコン絞りの上流側の圧力であるネガコン圧の上昇速度が所定の値以上となった場合に、前記操作レバーの動きが該操作レバーの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当すると判断することができる。

本発明は見方を変えると、油圧アクチュエータの制御弁を操作する操作レバーが中立位置になっているときに、エンジン回転速度を所定量低下させる作業機械のエンジン回転制御方法において、操作レバーが中立位置の方向に向かって戻され始めたことを検出する手順と、操作レバーが中立位置の方向に向かって戻され始めたことを検出したときに、作業機械のエンジン回転速度を前記所定量より小さい範囲で低下させる手順と、を有することを特徴とする作業機械のエンジン回転制御方法と捉えることもできる。

本発明によれば、不具合を発生させることなく、従来よりもさらに無駄な燃料消費を低減させることができる。

以下図面に基づいて、本発明に係る作業機械のエンジン回転制御装置の好適な実施形態の例について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るエンジン回転制御装置を示すブロック構成図である。

このエンジン回転制御装置１０は、油圧アクチュエータ１２への作動油（圧油）の供給を制御する制御弁１４と、制御弁１４を操作する操作レバー１６Ａと、操作レバー１６Ａの動きを検知する手段に相当する圧力センサ１８、２０と、圧力センサ（検知手段）１８、２０によって検知された操作レバー１６Ａの動きが操作レバー１６Ａの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当するかどうかを判断する判断機構２２Ａと、エンジン２４の回転速度を制御するエンジンコントローラ２６と、を備える。

本実施形態に係るエンジン回転制御装置１０はネガティブコントロールシステムを採用しており、ネガコン絞り２８が制御弁１４の下流のタンク３０に通じる油路３２に設けられている。ネガコン絞り２８によるネガコン圧は圧力センサ（検知手段）１８によって検出され、検出された圧力データは、電気信号線４２を介してコントローラ２２に伝達される。油圧ポンプ３４は可変容量型の油圧ポンプであり、レギュレータ３８によって吐出量を制御される。

オペレータによって操作されたスロットルボリューム４８のデータは、電気信号線４０を介してコントローラ２２に伝達される。

コントローラ２２は、スロットルボリューム４８のデータに基づき、電気信号線４４を介してエンジンコントローラ２６に指令を発し、エンジン２４の回転速度が、スロットルボリューム４８に対応する回転速度となるようにエンジンコントローラ２６にエンジン２４の回転速度を制御させる。

油圧アクチュエータ１２は、油圧ポンプ３４から供給を受けた作動油（圧油）の圧力と流量を直線運動や回転運動に変換する部位であり、例えば油圧ショベルの場合、油圧シリンダ（ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ）や上部旋回体を旋回させるための油圧モータがある。本実施形態では、油圧アクチュエータ１２として図示せぬブームを上下に駆動するブームシリンダを取り上げて説明するが、他の油圧シリンダや油圧モータを油圧アクチュエータ１２に用いた場合にも本実施形態を適用することができる。

制御弁１４は３位置６ポートの切換弁であり、リモコン弁１６の操作レバー１６Ａによって位置を切り換えられ、油圧アクチュエータ１２に供給される油圧ポンプ３４からの作動油（圧油）の方向、圧力、流量を制御する。

図１において、リモコン弁１６の操作レバー１６Ａを図の右側に倒す操作をすると、パイロット油路３６Ａを介して制御弁１４のパイロットポート１４Ａにパイロット圧が供給されて、制御弁１４のスプールは右方向に移動し、位置Ａに切り換えられる。制御弁１４のスプールが位置Ａに切り換えられると、油圧アクチュエータ（ブームシリンダ）１２のボトム側１２Ａに作動油（圧油）が供給されて、ブームが上昇する。リモコン弁１６の操作レバー１６Ａを図の左側に倒す操作をすると、パイロット油路３６Ｂを介して制御弁１４のパイロットポート１４Ｂにパイロット圧が供給されて、制御弁１４のスプールは左方向に移動し、位置Ｃに切り換えられる。制御弁１４のスプールが位置Ｃに切り換えられると、油圧アクチュエータ（ブームシリンダ）１２のトップ側１２Ｂに作動油（圧油）が供給されて、ブームが降下する。リモコン弁１６の操作レバー１６Ａを中立位置にすると、制御弁１４にはパイロット圧は供給されず、制御弁１４の両端に設けられたばね１４Ｃ、１４Ｄの付勢力によって、制御弁１４のスプールは位置Ｂとなり、アクチュエータ（ブームシリンダ）１２への作動油（圧油）の流れが停止し、ブームは停止する。

パイロット油路３６Ａとパイロット油路３６Ｂとの間にはシャトル弁３７が設けられており、シャトル弁３７の一方の入力ポートにはパイロット油路３６Ａが連結されており、シャトル弁３７のもう一方の入力ポートにはパイロット油路３６Ｂが連結されている。シャトル弁３７の出力ポートには圧力センサ２０が連結されたパイロット油路３６Ｃが連結されており、圧力センサ２０にはパイロット油路３６Ａの圧力とパイロット油路３６Ｂの圧力のうち、高い方の圧力が入力され、圧力センサ２０は高い方の圧力を検出する。したがって、圧力センサ２０は、パイロット圧の低下がパイロット油路３６Ａ、３６Ｂのどちらで起こった場合でも、パイロット圧の低下を検出することができ、操作レバー１６Ａが中立位置の方向に向かってどちらの方向から戻され始めたかにかかわらず、その戻され始めた動きを検出することができる。圧力センサ２０によって検出された圧力データは、電気信号線４０を介してコントローラ２２に伝達される。

コントローラ２２の判断機構２２Ａは、圧力センサ１８、２０から伝達された圧力データに基づき演算処理を行う。そして、その演算結果に基づき、操作レバー１６Ａの動きが該操作レバー１６Ａの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当するかどうかを判断する。判断機構２２Ａが、操作レバー１６Ａの動きが該操作レバー１６Ａの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当すると判断すると、コントローラ２２は、電気信号線４４を介してエンジンコントローラ２６に指令を発し、エンジン２４の回転速度を最終的な低下量よりも小さな低下量だけ低下させる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

オペレータが操作レバー１６Ａを中立位置に戻し始めると、図２に示すタイムチャートのＡ部に示すように、パイロット油路３６Ａ（３６Ｂ）のパイロット圧が低下する。このパイロット圧の低下は圧力センサ（検知手段）２０によって検知することができる。圧力センサ（検知手段）２０によって検知されたパイロット圧情報は、電気信号線４０を介してコントローラ２２に伝達される。なお、図２において、破線Ｔは、オペレータが操作レバー１６Ａを中立位置に戻し始めた時点を示す。

また、オペレータが操作レバー１６Ａを中立位置に戻し始めると、図２に示すタイムチャートのＢ部に示すように、ネガコン絞り２８の上流側の圧力であるネガコン圧が上昇する。このネガコン圧の上昇は圧力センサ（検知手段）１８によって検知することができる。圧力センサ（検知手段）１８によって検知されたネガコン圧情報は、電気信号線４２を介してコントローラ２２に伝達される。

コントローラ２２の判断機構２２Ａでは、伝達されたパイロット圧情報に基づきパイロット圧の低下速度（図２（Ｃ）において直線ａの傾きの絶対値（−ΔＰｐ／Δｔ））を演算する。また、伝達されたネガコン圧情報に基づきネガコン圧の上昇速度（図２（Ｂ）において直線ｂの傾きの絶対値（ΔＰｎ／Δｔ））を演算する。そして、パイロット圧の低下速度およびネガコン圧の上昇速度をそれぞれ基準となる値β、αと比較し、どちらかがそれぞれの基準となる値を上回っていたら、判断機構２２Ａは、操作レバー１６Ａの動きが該操作レバー１６Ａの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当すると判断する。

ここで、図２におけるパイロット圧およびネガコン圧のタイムチャートは折れ線で描いているが、厳密には曲線である。このため、判断機構２２Ａは、実際には例えば、図３のパイロット圧およびネガコン圧のタイムチャート曲線の傾きを所定の時間間隔の傾きとして求めていく。そして、基準となる値を上回った演算結果が得られた時点で、判断機構２２Ａは、操作レバー１６Ａの動きが該操作レバー１６Ａの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当すると判断する。傾きを求める所定の時間間隔は、オペレータが操作中にたまたま操作レバー１６Ａをわずかな時間だけ中立位置の方向に向かって移動させてしまったような場合を傾きの計算に含めないような時間間隔とするのがよい。

判断機構２２Ａが、操作レバー１６Ａの動きが該操作レバー１６Ａの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当すると判断したら、コントローラ２２は電気信号線４４を介してエンジンコントローラ２６にその旨の電気信号を送る。該電気信号を受け取ったエンジンコントローラ２６は、エンジン２４の回転速度を最終的な低下量γよりも小さな所定の値Δγ（ｒｐｍ）だけ低下させるための電気信号を、電気信号線４６を介してエンジン３０に送る。これにより、図２（Ａ）に示すように、本実施形態では、操作レバー１６Ａが中立位置の方向に向かって戻され始めた時点でエンジン２４の回転速度の低下を開始する。このため、本実施形態では、操作レバー１６Ａが中立位置に到達してからエンジン２４の回転速度の低下を開始する従来のオートアイドルの場合よりも、さらに燃料消費を低減させることができる。

一方、本実施形態では、操作レバー１６Ａが中立位置の方向に向かって戻され始めた時点でエンジン２４の回転速度の低下を開始するので、作業継続中であっても操作レバー１６Ａが中立位置の方向に向かって戻された場合にはエンジン２４の回転速度はΔγ（ｒｐｍ）だけ低下する。エンジン２４の回転速度がいったん低下すると、即座にエンジン２４の回転速度がもとの回転速度に復帰せず、油圧アクチュエータ１２を作動させるために操作レバー１６Ａを操作しても、油圧ポンプ３４の吐出量が操作レバー１６Ａの操作量に応じた値とならないことが懸念される。また、いったん低下したエンジン２４の回転速度がもとの回転速度に復帰する際には、エンジン２４の回転速度の変化による騒音やエンジン２４自体への悪影響も懸念される。

しかし、エンジン２４の回転速度の低下量Δγ（ｒｐｍ）を、最終的な低下量γよりも小さな低下量とすれば、いったんエンジン２４の回転速度をΔγ（ｒｐｍ）だけ低下させても、油圧アクチュエータ１２を再作動させるときに支障なくもとの回転速度（スロットルボリューム４８で設定された回転速度）に復帰し、作業効率を落とさないようにすることができる。また、Δγ（ｒｐｍ）だけ低下したエンジン２４の回転速度がもとの回転速度に復帰する際の騒音やエンジン２４自体への悪影響も問題とならないほどわずかとすることができる。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本実施形態は、従来の油圧ショベルのエンジン回転制御装置からの大きな改造・改良が不要であり、低コストに本実施形態を実現することができる。

また、本実施形態は、ネガティブコントロールシステムの構成に本発明を適用した実施形態であるが、ポジティブコントロールシステムの構成やロードセンシングシステムの構成に対しても、例えばパイロット油路３６Ａ、３６Ｂのパイロット圧の低下速度を検知するように構成することにより本発明を適用することができる。

また、本実施形態では、パイロット圧の低下速度およびネガコン圧の上昇速度の両方を演算により求め、それぞれ基準となる値β、αと比較するようにしたが、パイロット圧の低下速度またはネガコン圧の上昇速度のどちらかを演算により求め、基準となる値β、αと比較するようにしてもよい。

また、本実施形態では、操作レバー１６Ａの動きを検知する検知手段として、パイロット圧、ネガコン圧を検出する圧力センサ２０、１８を用いたが、本発明では特にこれに限定されるものではなく、例えば操作レバー１６Ａの動きを検知する検知手段に操作レバー１６Ａの動きを直接検出するポテンショ等を用いてエンジン回転制御装置を構成してもよい。

建設機械等の作業機械（例えば油圧ショベル）に好適に用いることができる。

本発明の実施形態に係るエンジン回転制御装置を示すブロック構成図 本実施形態におけるエンジン回転速度、ネガコン圧、パイロット圧のタイムチャート 従来の油圧ショベルのエンジン回転制御装置の一例についてのブロック構成図

符号の説明

１０…エンジン回転制御装置
１２…油圧アクチュエータ
１４…制御弁
１６…リモコン弁
１６Ａ…操作レバー
１８、２０…圧力センサ（検知手段）
２２…コントローラ
２２Ａ…判断機構
２４…エンジン
２６…エンジンコントローラ
２８…ネガコン絞り
３０…タンク
３２…油路
３４…油圧ポンプ
３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ…パイロット油路
３８…レギュレータ
４０、４２、４４、４６、５０…電気信号線
４８…スロットルボリューム

Claims (4)

1. 油圧ポンプからの作動油によって油圧アクチュエータが駆動される作業機械のエンジン回転制御装置において、
   前記油圧アクチュエータへの作動油の供給を制御する制御弁と、
   該制御弁を操作する操作レバーと、
   該操作レバーの動きを検知する検知手段と、
   該検知手段によって検知された前記操作レバーの動きが該操作レバーの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当するかどうかを判断する判断手段と、
   前記油圧ポンプを駆動するエンジンの回転速度を制御するエンジンコントローラと、を備え、
   前記判断手段が前記操作レバーの動きが該操作レバーの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当すると判断すると、前記エンジンコントローラが前記エンジンの回転速度を、最終的な低下量よりも小さな低下量だけ低下させることを特徴とする作業機械のエンジン回転制御装置。
2. 請求項１において、
   前記操作レバーは前記制御弁に供給されるパイロット圧を介して前記制御弁を操作しており、
   前記判断手段は、前記制御弁に供給されるパイロット圧の低下速度が所定の値以上となった場合に、前記操作レバーの動きが該操作レバーの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当すると判断することを特徴とする作業機械のエンジン回転制御装置。
3. 請求項１において、
   前記制御弁の下流のタンクに通じる油路にネガコン絞りが設けられており、
   前記判断手段は、前記ネガコン絞りの上流側の圧力であるネガコン圧の上昇速度が所定の値以上となった場合に、前記操作レバーの動きが該操作レバーの中立位置の方向に向かって戻され始めた動きに該当すると判断することを特徴とする作業機械のエンジン回転制御装置。
4. 油圧アクチュエータの制御弁を操作する操作レバーが中立位置になっているときに、エンジン回転速度を所定量低下させる作業機械のエンジン回転制御方法において、
   操作レバーが中立位置の方向に向かって戻され始めたことを検出する手順と、操作レバーが中立位置の方向に向かって戻され始めたことを検出したときに、作業機械のエンジン回転速度を前記所定量より小さい範囲で低下させる手順と、を有することを特徴とする作業機械のエンジン回転制御方法。

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