JP2011017281A

JP2011017281A - 作業車両の制御装置

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Publication number: JP2011017281A
Application number: JP2009162237A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Takamura; 昌幸高村
Original assignee: Komatsu Utility Co Ltd
Current assignee: Komatsu Utility Co Ltd
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-01-27

Abstract

【課題】低負荷（無負荷）時に、燃費が低くエンジン効率が高い領域でエンジンを稼動できるようにすることを課題とする。
【解決手段】低負荷のときの最大エンジン回転速度Ｎlimが高負荷のときの最大エンジン回転速度よりも低く設定される。高負荷のときのポンプ容量ｑが低負荷のときのポンプ容量ｑよりも低く設定される。これら最大エンジン回転速度およびポンプ容量ｑは、トルク線図上の最大トルク線Ｒを越えることなくトルク線図上の燃料消費率が低い領域でマッチングが行われるように、設定されている。そして、現在の作業機負荷ＰLに対応する設定最大エンジン回転速度によって、現在のアクセル操作量Ｓａに対応するエンジン回転速度Ｎを制限しつつ、現在のアクセル操作量Ｓａに対応するエンジン回転速度Ｎが得られ、現在の作業機負荷ＰLに対応するポンプ容量ｑが得られるようにエンジン調整手段およびポンプ調整手段が制御される。
【選択図】図３

Description

本発明は、フォークリフト等の作業車両の制御装置に関し、特にエンジンおよび油圧ポンプを制御する装置に関するものである。

作業車両としてのフォークリフトには、作業機としてのマストおよびフォークが設けられている。作業機操作レバーの操作に応じて作業機が駆動されマストがチルトされたりフォークがリフトされたりして、フォークに載せられた積荷の位置、姿勢を所望の位置、姿勢に変化させることができる。

フォークリフトは、フォーク上に積荷を載せている負荷時と積荷を載せていない無負荷時とで、作業機にかかる負荷の大きさの差が大きい。しかしながら、負荷の差が大きい場合であってもオペレータに操作感覚の違いを感じさせないこと、つまり負荷時と無負荷時で作業機の作動速度を同一にすることが、操作性を高める上で必要となる。

従来にあっては、フォークリフトは、エンジンによって固定容量型の油圧ポンプを駆動して油圧ポンプから作動油を作業機に供給して作業機を駆動する構成がとられていた。この場合、負荷時と無負荷時で、固定容量型油圧ポンプの容量は同じである。このため負荷時と無負荷時とで、同一の流量の作動油を作業機に供給して同一の作動速度で作業機を駆動するには、負荷時と無負荷とでエンジン回転速度を同等にすることが必要となる（作動油供給流量＝ポンプ容量×エンジン回転速度）。たとえばアクセルペダルの開度が同一（たとえばアクセルペダルが最大踏み込み操作量）であれば、負荷時と無負荷時でエンジンは同じ回転速度で回転する。

フォークリフトにおいて、作業機に作動油を供給する油圧ポンプに可変容量型を使用するという発明は、下記の特許文献１に記載されている。

特開２００５-１０６１２４号公報

図２（ａ）は、エンジンのトルク線図を示しており、横軸にエンジン回転速度Ｎ（ｒＶｍ；ｒｅｖ／ｍｉｎ）をとり、縦軸にトルクＴ（Ｎ・ｍ）をとっている。

図２（ａ）において、最大トルク線Ｒで規定される領域がエンジンが出し得る最大性能を示す。

負荷が大きくなるにつれて、エンジンの出力馬力とポンプ吸収馬力とが釣り合うマッチング点が高馬力側に移動する。

エンジンの出力の制御はシリンダ内へ噴射する燃料量を調整することで行われる。この調整は、エンジンの燃料噴射ポンプに付設したガバナを制御することで行なわれる。アクセルペダルの踏み込み量に応じて目標エンジン回転速度が定まる。ガバナは、目標エンジン回転速度が維持されるように、負荷に応じてエンジン回転数Ｎと燃料噴射量（トルクＴ）を調整する。ガバナは、目標回転速度と実際のエンジン回転速度との差がなくなるように燃料噴射量を増減する。
たとえば作業機が高負荷のときにアクセルペダルを全開にすると、図２（ａ）に示す最高速レギュレーションラインＬ１（エンジン回転速度ＮHI）上の定格点付近の高トルク点Ｖ1でマッチングする。高負荷のときの等馬力曲線は図２（ａ）上、ＶＬ1となる。

これに対して低負荷（無負荷）のときにアクセルペダルを全開にすると、高負荷時と同じく最高速レギュレーションラインＬ１（エンジン回転速度はＮHIにほぼ等しい）上にあってマッチング点Ｖ1よりも低い低トルク点Ｖ2でマッチングする。低負荷のときの等馬力曲線は図２（ａ）上、ＶＬ2となる。

ここで、図２（ａ）のトルク線図上に、等燃費曲線を描くと破線Ｍで示すごとくなる。なお、本明細書において、燃費（燃料消費率）とは、１時間、エンジン出力１ｋＷ当たりの燃料の消費量のことをいい、エンジンの効率の一指標である。

図２（ａ）に示すように、等燃費曲線Ｍの谷となるＭ１で燃費が最小（エンジン効率最大）となり、燃費最小点Ｍ1から外側に向かうにつれて燃費が大きく（エンジン効率が低く）なる。

図２（ａ）から明かなように、低負荷時には、等燃費曲線Ｍ上の燃費最小点Ｍ1から遠ざかり、燃費が大きく、エンジン効率が低いマッチング点Ｖ2でエンジンが稼動することがわかる。

このように、従来にあっては、低負荷（無負荷）時には、燃費が悪くエンジン効率が悪い条件でエンジンを稼動させることとなっていた。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、従来と同様に負荷の大きさにかかわらずに作業機を同一の速度で駆動できるようにしながらも、低負荷（無負荷）時に、燃費が低くエンジン効率が高い領域でエンジンを稼動できるようにすることを課題とするものである。

そこで、第１発明では、
エンジンによって駆動され作業機に作動油を供給する可変容量型油圧ポンプが備えられ、エンジン回転速度の軸とトルクの軸を持つエンジンのトルク線図上で、マッチングが行われるようにエンジンおよび可変容量型油圧ポンプを制御する作業車両の制御装置において、
エンジンの回転速度および出力トルクを調整するエンジン調整手段と、
可変容量型油圧ポンプの容量を調整するポンプ調整手段と、
作業機の負荷を検出する作業機負荷検出手段と、
アクセル操作手段と、
トルク線図上の最大トルク線を越えることなくトルク線図上の燃料消費率が低い領域でマッチングが行われるように、低負荷のときの最大エンジン回転速度が高負荷のときの最大エンジン回転速度よりも低く設定されるとともに、高負荷のときのポンプ容量が低負荷のときのポンプ容量よりも低く設定され、
アクセル操作手段のアクセル操作量と、作業機負荷検出手段の検出作業機負荷を入力し、現在の作業機負荷に対応する設定最大エンジン回転速度によって、現在のアクセル操作量に対応するエンジン回転速度を制限しつつ、現在のアクセル操作量に対応するエンジン回転速度が得られ、現在の作業機負荷に対応するポンプ容量が得られるようにエンジン調整手段およびポンプ調整手段を制御する制御手段と
が備えられたことを特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
可変容量型油圧ポンプから作業機に供給される作動油の流量を制御する操作弁と、
操作弁の開口を操作する操作弁操作手段と
が備えられ、
制御手段では、
操作弁操作手段の操作弁操作量に対応して、操作弁操作量が小さくなるほど最大エンジン回転速度が小さくなるように最大エンジン回転速度が設定され、
制御手段は、
操作弁操作手段の操作弁操作量を入力し、現在の操作弁操作量に対応する設定最大エンジン回転速度によって、現在のアクセル操作量に対応するエンジン回転速度を制限しつつ、現在のアクセル操作量に対応するエンジン回転速度が得られるようにエンジン調整手段を制御するものであること
を特徴とする。

第３発明は、第２発明において、
最大エンジン回転速度およびポンプ容量は、負荷の大きさによらずに、ポンプ吐出流量が一定若しくは略一定若しくは高負荷時の方が低負荷時よりも低くなるように設定されていること
を特徴とする。

第１発明によれば、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、低負荷のときの最大エンジン回転速度Ｎlimが高負荷のときの最大エンジン回転速度Ｎlimよりも低く設定される。高負荷のときのポンプ容量ｑが低負荷のときのポンプ容量ｑよりも低く設定される。これら最大エンジン回転速度Ｎlimおよびポンプ容量ｑは、トルク線図上の最大トルク線Ｒを越えることなくトルク線図上の燃料消費率が低い領域でマッチングが行われるように、設定されている。そして、現在の作業機負荷ＰLに対応する設定最大エンジン回転速度Ｎlimによって、現在のアクセル操作量Ｓａに対応するエンジン回転速度Ｎを制限しつつ、現在のアクセル操作量Ｓａに対応するエンジン回転速度Ｎが得られ、現在の作業機負荷ＰLに対応するポンプ容量ｑが得られるようにエンジン調整手段およびポンプ調整手段が制御される。

このため、図２（ｂ）に示すように、作業機負荷ＰLが低負荷のときには等馬力曲線ＶＬ2上において、従来のマッチング点Ｖ2から、エンジン回転速度Ｎが低く高トルクのマッチング点Ｖ3に移行する。これによりエンジンからみると低負荷時には従来よりも高トルク、低回転域で油圧ポンプを駆動することになる。よって低負荷時には、従来よりも等燃費曲線Ｍ上で燃費最小点Ｍ1に近づき、燃料消費率が低い領域でエンジンが稼動することになる。この結果、燃費が小さくなり、エンジン効率が高くなる。

このように本発明によれば、低負荷（無負荷）時に従来よりも燃費が低くエンジン効率が高い条件でエンジンを稼動させることができる。

一方、高負荷のときには、エンジン回転速度Ｎは従来と同様に高いままであり、ポンプ容量ｑは低負荷のときよりも低く設定される（図３（ａ）、（ｂ））。このため、高負荷のときには等馬力曲線ＶＬ1上において、従来のマッチング点Ｖ1から、エンジン回転速度Ｎが低く高トルクの領域に移行することが抑制される。これによりマッチング点が最大トルク線Ｒを超えることが抑制され、高負荷時におけるエンストを防止することができる。

さらに、本発明では、低負荷のときの最大エンジン回転速度Ｎlimが高負荷のときの最大エンジン回転速度Ｎlimよりも低く設定されている。また高負荷のときのポンプ容量ｑが低負荷のときのポンプ容量ｑよりも低く設定されている。これにより高負荷時と低負荷時で可変容量型油圧ポンプの吐出流量Ｑが同等若しくは略同等となる（図３（ａ）、（ｂ）において、Ｑ＝Ｎlim×ｑが高負荷時と低負荷時とで同一若しくは略同一となる）。

このため従来と同様に、負荷時と無負荷時とで作業機の作動速度を同一にすることができる。これにより負荷の差が大きい場合であってもオペレータに操作感覚の違いを感じさせないようにすることができ、従来と同様に高い操作性を維持することができる。

第２発明によれば、図４に示すように操作弁操作手段の操作弁操作量Ｓｔに対応して、操作弁操作量Ｓｔが小さくなるほど最大エンジン回転速度Ｎlimが小さくなるように最大エンジン回転速度Ｎlimが設定される。そして、現在の操作弁操作量Ｓｔに対応する設定最大エンジン回転速度Ｎlimによって、現在のアクセル操作量Ｓａに対応するエンジン回転速度Ｎを制限しつつ、現在のアクセル操作量Ｓａに対応するエンジン回転速度Ｎが得られるようにエンジン調整手段が制御される。なお、ポンプ容量ｑは、操作弁操作手段の操作弁操作量Ｓｔの大きさによらずに、負荷ＰLで定まる一定値となる（図５（ｂ））。

このため、図５（ａ）に示すように、操作弁操作手段の操作弁操作量Ｓｔが大きくなるほど最大エンジン回転速度Ｎlimが徐々に上昇するが、図５（ｂ）に示すようにポンプ容量ｑは操作弁操作量Ｓt如何にかかわらず一定値のままとなる。このため操作弁操作量Ｓtを徐々に大きくしていくと、図２（ｂ）のトルク線図上、ＬＮ1で示すごとく、ポンプ容量ｑが一定値を保持したままエンジン回転速度Ｎが徐々に増加することとなり、等燃費曲線Ｍ上、燃費最小点Ｍ1に近い、燃料消費率が低い領域を通ってマッチング点を移動させることができる。この結果、燃費が小さくなり、エンジン効率が高い領域で操作弁を操作することができる。

本発明によれば、油圧システムにロードセンシング制御装置が組み込まれていない場合、油圧システムにロードセンシング制御装置が組み込まれている場合のいずれの場合にもロードセンシング制御に合致した制御が行なわれる。

（油圧システムにロードセンシング制御装置が組み込まれていない場合）
さて、一般的に、可変容量型油圧ポンプから作業機に供給される作動油の流量を、操作弁操作手段の操作により調整しようとする場合、操作弁操作手段の操作上の操作感覚を向上させるためにロードセンシング制御が行なわれる。

すなわち、作業機の負荷圧をＰL、可変容量型油圧ポンプの吐出圧をＰpとしたとき、つぎの公式が成立する。

Ｑ＝ｋ・Ａ√（ＰL−Ｐp）＝ｋ・Ａ√（ΔＰ）
上記式において、Ｑは、作業機に供給される作動油の流量（ｌ／ｍｉｎ）、ｋは、定数、Ａは、操作弁の開口量（開口面積）、ΔＰは、負荷圧ＰLと吐出圧をＰpとの差圧である。

ロードセンシング制御では、上記式において、負荷の大きさによらずに、ポンプ吐出流量Ｑが一定若しくは略一定となるように、つまり差圧ΔＰが一定と若しくは略一定となるように可変容量型油圧ポンプの容量ｑを調整するという制御のことである。これにより負荷の大きさによって作業機の作動速度に違いが生じて操作感覚上違和感が生じるということがなくなる。

よって、油圧システムにロードセンシング制御装置が組み込まれていない場合に、ロードセンシング制御と同等の制御を実現するには、上記式に示すように、差圧ΔＰを一定とし、操作弁の開口量Ａが同じであれば、流量Ｑを負荷圧ＰLの大きさによらずに一定にする関係が成立してればよい。また、操作弁の開口量Ａの増加に比例して流量Ｑが増加するという、開口量Ａと流量Ｑの関係が成立していればよい。

本発明では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、負荷圧ＰLの大きさ如何にかかわらず、最大エンジン回転速度Ｎlim、ポンプ容量ｑの積Ｎlim×ｑ、つまり流量Ｑが一定若しくは略一定に設定されている（第３発明）。また図５（ａ）、（ｂ）に示すように、操作弁操作手段の操作量Ｓｔ、つまり操作弁の開口量Ａの増加に比例して流量Ｑ（＝Ｎlim×ｑ）が増加する（第３発明）。よって、ロードセンシング制御と同等の制御が実現されている。なお、操作性を更に向上させるために、高負荷時の方が低負荷時よりも若干流量Ｑを低く設定することが望ましい。これは一般的に無負荷または低い負荷のときには、早く作業機２を素操作することが望ましく、高負荷であるときはゆっくりと作業機２を操作することが望ましいからである。

（油圧システムにロードセンシング制御装置が組み込まれている場合）
油圧システムにロードセンシング制御装置が組み込まれている場合に、操作弁操作手段をハーフ操作すると、操作弁の開口が絞られて、絞り前後の差圧ΔＰは、設定差圧よりも大きくなり、ロードセンシング制御により差圧ΔＰが設定差圧一定になるように、つまり流量Ｑが一定になるように制御される。この結果、エンジン回転速度Ｎが大きくなると、ポンプ容量ｑが小さくなる。これは等燃費曲線Ｍ上、燃料消費率が高い領域でエンジンが稼動することを意味する。そこで、等燃費曲線Ｍ上、燃料消費率が低く燃費最小点Ｍ1により近い領域でエンジンが稼動するように、本発明の制御では、低負荷時にポンプ容量ｑが最大値ｑmaxとなるように（トルク最大となるように）、エンジン回転速度Ｎを定めるようにしている（図３（ａ）、（ｂ））。こうしてロードセンシング制御が組み込まれた油圧システムにおいても、燃費が小さい、エンジン効率が高い領域で操作弁を操作することができる。

図１は、実施例の作業車両に搭載される装置の構成を示した図である。図２（ａ）、（ｂ）はトルク線図を示した図であり、図２（ａ）は、従来技術に対応する図で、図２（ｂ）は、実施例と比較例に対応する図である。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ負荷圧と最大エンジン回転速度との関係、負荷圧とポンプ容量との関係を示した図である。図４は、操作弁操作量と最大エンジン回転速度との関係を負荷圧に応じて示した図である。図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ操作弁操作量と最大エンジン回転速度との関係、操作弁操作量とポンプ容量との関係を示した図である。図６は、図５（ａ）、（ｂ）に対応する図で、比較例を示した図である。

以下、図面を参照して本発明に係る作業車両の制御装置の実施の形態について説明する。

図１は、実施例の作業車両に搭載される装置の構成を示している。

作業車両１は、フォークリフトを想定している。作業車両１には、作業機２としてのマストおよびフォークが設けられている。

可変容量型油圧ポンプ３は、エンジン４によって駆動され、作業機２に作動油を供給する。具体的には、作業機２を駆動する油圧シリンダに作動油が供給される。

図２（ｂ）は、図２（ａ）と同様に、エンジン４のトルク線図を示しており、横軸にエンジン回転速度Ｎ（ｒＶｍ；ｒｅｖ／ｍｉｎ）をとり、縦軸にトルクＴ（Ｎ・ｍ）をとっている。図２（ｂ）のトルク線図上に、等燃費曲線を描くと破線Ｍで示すごとくなる。

図２（ｂ）において、負荷が大きくなるにつれて、エンジン４の出力馬力と可変容量型油圧ポンプ３の吸収馬力とが釣り合うマッチング点が高馬力側に移動する。最大トルク線Ｒで規定される領域がエンジンが出し得る最大性能を示す。

エンジン４の出力の制御はシリンダ内へ噴射する燃料量を調整することで行われる。この調整は、エンジン４に燃料を噴射する燃料噴射ポンプ５によって行われる。具体的には、燃料噴射ポンプ５に付設したガバナ５ａを制御することで、燃料噴射量の調整が行なわれる。

アクセルペダル６は、運転席に設けられている。アクセルペダル６による踏み込み操作量であるアクセル操作量Ｓａは、アクセル操作量センサ６ａにて検出される。アクセル操作量センサ６ａで検出されるアクセル操作量Ｓａは、コントローラ７に入力される。

アクセルペダル６の踏み込み量に応じて目標エンジン回転速度が定まる。ガバナ５ａは、目標エンジン回転速度が維持されるように、負荷に応じてエンジン回転数Ｎと燃料噴射量（トルクＴ）を調整する。ガバナ５ａは、目標回転速度と実際のエンジン回転速度との差がなくなるように燃料噴射量を増減する。燃料噴射ポンプ５およびガバナ５ａは、エンジン４の回転速度Ｎおよび出力トルクＴを調整するエンジン調整手段を構成する。

コントローラ７は、燃料噴射ポンプ５およびガバナ５ａに制御指令を出力する。
可変容量型油圧ポンプ３の容量ｑ、つまりポンプ１回転当たりの吐出量（ｃｃ／ｒｅｖ）は、レギュレータ８によって調整される。レギュレータ８は、可変容量型油圧ポンプ３の容量ｑを調整するポンプ調整手段を構成する。

コントローラ７は、レギュレータ８に制御指令を出力する。

可変容量型油圧ポンプ３と作業機２との間の油路９には、操作弁１０が設けられている。操作弁１０は、可変容量型油圧ポンプ３から作業機２に供給される作動油の流量および作動油の方向を制御する。

操作弁１０と作業機２との間の油路９には、負荷圧センサ１２が設けられている。負荷圧センサ１２では、作業機２の負荷圧ＰL、具体的には作業機油圧シリンダ内の油室内の作動油の圧力ＰLが検出される。負荷圧センサ１２で検出される負荷圧ＰLは、コントローラ７に入力される。負荷圧センサ１２は、作業機負荷検出手段を構成する。

操作弁９の開口は、作業機操作レバー１３によって操作される。作業機操作レバー１３は、運転席に設けられている。作業機操作レバー１３の操作弁操作量Ｓｔが大きくなるほど、操作弁９の開口量Ａが増加する。

作業機操作レバー１３は、運転席に設けられている。作業機操作レバー１３による操作弁操作量Ｓｔは、操作弁操作量センサ１３ａにて検出される。操作弁操作量センサ１３ａで検出される操作弁操作量Ｓｔは、コントローラ７に入力される。

コントローラ７には、図３、図４、図５に示す内容が記憶されている。

図３（ａ）は、負荷圧ＰLと最大エンジン回転速度Ｎlimとの関係を示している。図３（ａ）は、作業機操作レバー１３がフルレバー位置まで操作されたとき、つまり操作弁操作量Ｓｔが最大ストロークとなったときの関係を代表して示している。

最大エンジン回転速度Ｎlimは、対応する負荷圧ＰLの値のときにエンジン４が出し得る回転速度の上限値（リミット値）のことであり、そのときのアクセル操作量Ｓａに対応する回転速度はこの最大回転速度以下に制限される。最大エンジン回転速度Ｎlimは、負荷圧ＰLが無負荷に相当する圧力となっているとき所定の低回転速度Ｎminをとり、以後負荷圧ＰLの上昇に伴い徐々に増加して最大値ＮHi（ハイアイドル回転速度）をとる。そして負荷圧ＰLがリリーフ圧に達すると、最小値ＮLi（ローアイドル回転速度）をとる。

図３（ｂ）は、負荷圧ＰLとポンプ容量ｑとの関係を示している。図３（ｂ）は、作業機操作レバー１３がフルレバー位置まで操作されたとき、つまり操作弁操作量Ｓｔが最大ストロークとなったときの関係を代表して示している。ポンプ容量ｑは、対応する負荷圧ＰLの値のときの可変容量型油圧ポンプ３の容量のことである。ポンプ容量ｑは、負荷圧ＰLが無負荷に相当する圧力となっているとき最大容量ｑMaxをとり、以後負荷圧ＰLの上昇に伴い徐々に減少して所定の低容量ｑ0に達する。そして負荷圧ＰLがリリーフ圧に達すると、最小容量ｑMin、つまりほぼ０の値をとる。

このようにコントローラ７では、低負荷のときの最大エンジン回転速度Ｎlimが高負荷のときの最大エンジン回転速度Ｎlimよりも低くなるように設定されている。また高負荷のときのポンプ容量ｑが低負荷のときのポンプ容量ｑよりも低くなるように設定されている。

これら最大エンジン回転速度Ｎlimおよびポンプ容量ｑは、図２（ｂ）に示すトルク線図上の最大トルク線Ｒを越えることなくトルク線図上の燃料消費率が低い領域、つまり等燃費曲線Ｍ上、燃費最小点Ｍ1に近い、燃料消費率が低い領域でマッチングが行われるように設定されている。さらに、最大エンジン回転速度Ｎlimおよびポンプ容量ｑは、高負荷時と低負荷時とで可変容量型油圧ポンプ３の吐出流量Ｑが同等若しくは略同等となるように、設定されている。すなわち図３（ａ）、（ｂ）において、流量Ｑ＝Ｎlim×ｑが高負荷時と低負荷時とで同一若しくは略同一となるように最大エンジン回転速度Ｎlimおよびポンプ容量ｑが定められている。

コントローラ７は、現在の負荷圧ＰLに対応する設定最大エンジン回転速度Ｎlimによって、現在のアクセル操作量Ｓａに対応するエンジン回転速度Ｎを制限しつつ、現在のアクセル操作量Ｓａに対応するエンジン回転速度Ｎが得られ、現在の負荷圧ＰLに対応するポンプ容量ｑが得られるように燃料噴射ポンプ５およびガバナ５ａ並びにレギュレータ８を制御する。

また、コントローラ７には、図４に示すように、操作弁操作レバー１３の操作弁操作量Ｓｔに対応して、最大エンジン回転速度Ｎlimが設定されている。すなわち、操作弁操作レバー１３の操作弁操作量Ｓｔに対応して、操作弁操作量Ｓｔが小さくなるほど最大エンジン回転速度Ｎlimが小さくなるように最大エンジン回転速度Ｎlimが設定されている。ただし、その特性ＬＳは、負荷圧ＰLの大きさによって変動する。負荷圧ＰLが小さくなるほど最大エンジン回転速度Ｎlimが小さくなり、特性ＬＳの傾きが図４中で小さくなる。負荷圧ＰLに応じた特性ＬＳの変化は、図３（ａ）に示される関係にしたがう。図３（ａ）は、作業機操作レバー１３がフルレバー位置まで操作されたとき、つまり操作弁操作量Ｓｔが最大ストロークとなったときの関係を代表して示したものである。

負荷圧ＰLを固定したときの操作弁操作量Ｓｔと最大エンジン回転速度Ｎlimの関係を、図５（ａ）に示している。

一方、図５（ｂ）に示すように、ポンプ容量ｑは、操作弁操作レバー１３の操作弁操作量Ｓｔの大きさによらずに、負荷で定まる一定値のままとなる特性ＬＰを呈する。ただし、負荷圧ＰLに応じた特性ＬＰの変化は、図３（ｂ）に示される関係にしたがう。図３（ｂ）は、作業機操作レバー１３がフルレバー位置まで操作されたとき、つまり操作弁操作量Ｓｔが最大ストロークとなったときの関係を代表して示したものである。

コントローラ７は、現在の操作弁操作量Ｓｔに対応する設定最大エンジン回転速度Ｎlimによって、現在のアクセル操作量Ｓａに対応するエンジン回転速度Ｎを制限しつつ、現在のアクセル操作量Ｓａに対応するエンジン回転速度Ｎが得られるように燃料噴射ポンプ５およびガバナ５ａを制御する。

本実施例によれば、油圧システムにロードセンシング制御装置が組み込まれていない場合、油圧システムにロードセンシング制御装置が組み込まれている場合のいずれの場合にもロードセンシング制御に合致した制御が行なわれる。

（油圧システムにロードセンシング制御装置が組み込まれていない場合）
可変容量型油圧ポンプ３から作業機２に供給される作動油の流量Ｑを、操作弁操作レバー１３の操作により調整しようとする場合、操作弁操作レバー１３の操作上の操作感覚を向上させるために一般的にロードセンシング制御が行なわれる。

本実施例では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、負荷圧ＰLの大きさ如何にかかわらず、最大エンジン回転速度Ｎlim、ポンプ容量ｑの積Ｎlim×ｑ、つまり流量Ｑが一定若しくは略一定に設定されている。また図５（ａ）、（ｂ）に示すように、操作弁操作手段の操作量Ｓｔ、つまり操作弁の開口量Ａの増加に比例して流量Ｑ（＝Ｎlim×ｑ）が増加する。よって、ロードセンシング制御と同等の制御が実現されている。

（油圧システムにロードセンシング制御装置が組み込まれている場合）
油圧システムにロードセンシング制御装置が組み込まれている場合に、操作弁操作手段をハーフ操作すると、操作弁の開口が絞られて、絞り前後の差圧ΔＰは、設定差圧よりも大きくなり、ロードセンシング制御により差圧ΔＰが設定差圧一定になるように、つまり流量Ｑが一定になるように制御される。この結果、エンジン回転速度Ｎが大きくなると、ポンプ容量ｑが小さくなる。これは等燃費曲線Ｍ上、燃料消費率が高い領域でエンジンが稼動することを意味する。そこで、等燃費曲線Ｍ上、燃料消費率が低く燃費最小点Ｍ1により近い領域でエンジンが稼動するように、本実施例の制御では、低負荷時にポンプ容量ｑが最大値ｑmaxとなるように（トルク最大となるように）、エンジン回転速度Ｎを定めるようにしている（図３（ａ）、（ｂ））。こうしてロードセンシング制御が組み込まれた油圧システムにおいても、燃費が小さい、エンジン効率が高い領域で操作弁を操作することができる。

以下、コントローラ７で行われる処理について更に詳細に説明する。

コントローラ７には、負荷圧ＰLと操作弁操作量Ｓｔが入力される。そして、現在の負荷圧ＰLと現在の操作弁操作量Ｓｔに対応する最大エンジン回転速度Ｎlimおよびポンプ容量ｑが図３（ａ）、（ｂ）、図４に示す関係に基づき求められる。

コントローラ７には、アクセル操作量Ｓａが入力される。そして、アクセル操作量Ｓａに対応する目標エンジン回転速度Ｎが求められる。

つぎに、最大エンジン回転速度Ｎlimと目標エンジン回転速度Ｎを対比し、いずれか小さい方を選択する。すなわち、最大エンジン回転速度Ｎlimによって制限された目標エンジン回転速度Ｎを算出する。

つぎにポンプ容量ｑを得るために必要な制御指令を生成してレギュレータ８に制御指令として出力する。また最大エンジン回転速度Ｎlimによって制限された目標エンジン回転速度Ｎを得るために必要な制御指令を生成して燃料噴射ポンプ５およびガバナ５ａに出力する。

（低負荷（無負荷を含む）の場合）
たとえば、アクセルペダル６が最大に踏み込まれアクセル操作量Ｓａが最大となっており、作業機操作レバー１３がフルストロークまで操作され操作弁操作量Ｓｔが最大となっているときには、エンジン４は、現在の低負荷圧ＰLに応じて図３（ａ）に示す低エンジン回転速度Ｎminで回転する。同様に可変容量型油圧ポンプ３は、現在の負荷圧ＰLに応じて図３（ｂ）に示す大容量ｑmaxで作動油を吐出する。

よってエンジン出力馬力とポンプ吸収馬力は、図２（ｂ）に示すごとくトルク線図上でマッチングする。すなわち、図２（ｂ）に示すように、負荷圧ＰLが低圧のときには等馬力曲線ＶＬ2上において、従来のマッチング点Ｖ2から、エンジン回転速度Ｎが低く（Ｎmin）高トルク（ｑmax）のマッチング点Ｖ3に移行する。これによりエンジン４からみると低負荷時には従来よりも高トルク、低回転域で可変容量型油圧ポンプ３を駆動することになる。よって低負荷時には、従来よりも等燃費曲線Ｍ上で燃費最小点Ｍ１に近づき、燃料消費率が低い領域でエンジン４が稼動することになる。この結果、燃費が小さくなり、エンジン効率が高くなる。

このように本実施例によれば、低負荷（無負荷）時に従来よりも燃費が低くエンジン効率が高い条件でエンジン４を稼動させることができる。

（高負荷の場合）
一方、高負荷のときには、エンジン回転速度Ｎは従来と同様に高い回転速度ＮHiのままであり、低負荷のときの値Ｎminよりも高い回転速度ＮHiで回転する。また、ポンプ容量ｑは、低負荷のときの値ｑmaxよりも低い値ｑ0に設定され、その低容量ｑ0で駆動される。このため、高負荷のときには等馬力曲線ＶＬ1上において、従来のマッチング点Ｖ1から、エンジン回転速度Ｎが低く高トルクの領域に移行することが抑制され、最大トルク線Ｒの範囲内の点でマッチングする。これによりマッチング点が最大トルク線Ｒを超えることが抑制され、高負荷時におけるエンストを防止することができる。

さらに、本実施例では、高負荷時と低負荷時とで可変容量型油圧ポンプ３の吐出流量Ｑが同等若しくは略同等となるように、最大エンジン回転速度Ｎlim、ポンプ容量ｑが定められている（図３（ａ）、（ｂ）において、Ｑ＝Ｎlim×ｑが高負荷時と低負荷時とで同一若しくは略同一となっている）。よって、高負荷時と低負荷時とで流量Ｑを同一とするが、更に操作性を向上させるためには、高負荷時の方が低負荷時よりも若干流量Ｑを低く設定することが望ましい。これは一般的に無負荷または低い負荷のときには、早く作業機２を操作することが望ましく、高負荷であるときはゆっくりと作業機２を操作することが望ましいからである。

このため従来と同様に、負荷時と無負荷時で作業機２の作動速度を同一にすることができる。これにより負荷の差が大きい場合であってもオペレータに操作感覚の違いを感じさせないようにすることができ、従来と同様に高い操作性を維持することができる。

（作業機操作レバー１３が中立位置から操作された場合）
作業機操作レバー１３が中立位置からハーフ操作を経てフル操作される場合は、図４に示すごとく、その操作弁操作量Ｓｔの大きさに応じて、同図４に示す特性ＬＳにしたがって最大エンジン回転速度Ｎlimが変化する。この結果、たとえば、アクセルペダル６が最大に踏み込まれアクセル操作量Ｓａが最大となっているときには、エンジン４は、作業機操作レバー１３の操作弁操作量Ｓｔが増加するに応じて図５（ａ）に示すごとく最大エンジン回転速度Ｎlimが上昇する。一方、可変容量型油圧ポンプ３は、作業機操作レバー１３の操作弁操作量Ｓｔ如何にかかわらず図５（ｂ）に示す特性ＬＰにしたがい一定のポンプ容量ｑで作動油を吐出する。

このため作業機操作レバー１３を中立位置から操作して操作弁操作量Ｓtを徐々に大きくしていくと、図２（ｂ）のトルク線図上、ＬＮ1で示すごとく、ポンプ容量ｑが一定値を保持したままエンジン回転数Ｎが徐々に増加することとなり、等燃費曲線Ｍ上、燃費最小点Ｍに近い、燃料消費率が低い領域を通ってマッチング点を移動させることができる。この結果、燃費が小さくなり、エンジン効率が高い領域で操作弁を操作することができる。

ここで、本実施例の作用効果と対比するために、比較例を図６に掲げる。図６は、本発明の制御なしで、ロードセンシング制御を行なった場合を示している。図６は、図５と同様にアクセルペダル６が最大に踏み込まれアクセル操作量Ｓａが最大となっているときのエンジン回転速度Ｎ、ポンプ容量ｑを、操作弁操作量Ｓｔの変化に対応させて示したものである。

図６（ａ）に示すように、アクセルペダル６が最大に踏み込まれアクセル操作量Ｓａが最大となっているときには、エンジン回転数Ｎは、操作弁操作量Ｓｔ如何にかかわらず一定値をとる。一方、操作弁操作量Ｓｔが小さいときには負荷圧ＰLが小さく差圧ΔＰを一定値にするためにポンプ容量ｑは小さくなる。また操作弁操作量Ｓｔが大きいときには負荷圧ＰLが大きく差圧ΔＰを一定値にするためにポンプ容量ｑは大きくなる。このため図６（ｂ）に示すようにポンプ容量ｑは、操作弁操作レバー１３の操作弁操作量Ｓｔが増加するに伴い、大きくなる特性を呈する。

このため比較例の場合、作業機操作レバー１３を中立位置から操作して操作弁操作量Ｓtを徐々に大きくしていくと、図２（ｂ）のトルク線図上、ＬＮ2で示すごとく、エンジン回転数Ｎが一定値を保持したままポンプ容量ｑが徐々に増加することとなり、等燃費曲線Ｍ上、燃費最小点Ｍ1に遠ざかっている位置から徐々に燃費最小点Ｍ1が近づくこととなり、燃料消費率が高い領域を通ってマッチング点が移動することになる。この結果、本実施例と比べて燃費が大きくなりエンジン効率が低い領域で操作弁を操作することになる。

このように比較例との対比でもわかるように本実施例によれば、燃費が小さくなりエンジン効率が高い領域でエンジン４を稼動させることができる。

１作業車両、２作業機、３可変容量型油圧ポンプ、４エンジン、５燃料噴射ポンプ、５ａガバナ、６アクセルペダル、７コントローラ、８レギュレータ、１０操作弁、１２負荷圧センサ、１３作業機操作レバー

Claims

エンジンによって駆動され作業機に作動油を供給する可変容量型油圧ポンプが備えられ、エンジン回転速度の軸とトルクの軸を持つエンジンのトルク線図上で、マッチングが行われるようにエンジンおよび可変容量型油圧ポンプを制御する作業車両の制御装置において、
エンジンの回転速度および出力トルクを調整するエンジン調整手段と、
可変容量型油圧ポンプの容量を調整するポンプ調整手段と、
作業機の負荷を検出する作業機負荷検出手段と、
アクセル操作手段と、
トルク線図上の最大トルク線を越えることなくトルク線図上の燃料消費率が低い領域でマッチングが行われるように、低負荷のときの最大エンジン回転速度が高負荷のときの最大エンジン回転速度よりも低く設定されるとともに、高負荷のときのポンプ容量が低負荷のときのポンプ容量よりも低く設定され、
アクセル操作手段のアクセル操作量と、作業機負荷検出手段の検出作業機負荷を入力し、現在の作業機負荷に対応する設定最大エンジン回転速度によって、現在のアクセル操作量に対応するエンジン回転速度を制限しつつ、現在のアクセル操作量に対応するエンジン回転速度が得られ、現在の作業機負荷に対応するポンプ容量が得られるようにエンジン調整手段およびポンプ調整手段を制御する制御手段と
が備えられたことを特徴とする作業車両の制御装置。
可変容量型油圧ポンプから作業機に供給される作動油の流量を制御する操作弁と、
操作弁の開口を操作する操作弁操作手段と
が備えられ、
制御手段では、
操作弁操作手段の操作弁操作量に対応して、操作弁操作量が小さくなるほど最大エンジン回転速度が小さくなるように最大エンジン回転速度が設定され、
制御手段は、
操作弁操作手段の操作弁操作量を入力し、現在の操作弁操作量に対応する設定最大エンジン回転速度によって、現在のアクセル操作量に対応するエンジン回転速度を制限しつつ、現在のアクセル操作量に対応するエンジン回転速度が得られるようにエンジン調整手段を制御するものであること
を特徴とする請求項１記載の作業車両の制御装置。
最大エンジン回転速度およびポンプ容量は、負荷の大きさによらずに、ポンプ吐出流量が一定若しくは略一定若しくは高負荷時の方が低負荷時よりも低くなるように設定されていること
を特徴とする請求項２記載の作業車両の制御装置。