JP2014169675A - 建設機械の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンの速やかな立ち上がりとその間のアクチュエータ動作を両立させる。
【解決手段】オートデセル機能を備えたショベルにおいて、デセル復帰制御時に、エンジン回転数設定器１０の設定や作業モード選択スイッチ１１で選択された作業モード等によって決まるエンジン２の無負荷回転数から目標ポンプトルクを求め、この目標ポンプトルクに、過給圧に応じた係数を乗じて修正目標ポンプトルクを求め、これをＰＱ制御のためのポンプトルク指令として出力するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明はショベル等の建設機械において、エンジン回転数が低回転数から目標回転数まで速やかに立ち上がるようにポンプトルクを制御する制御装置に関するものである。
ショベルを例にとって背景技術を説明する。
ショベルにおいて、エンジンの無負荷回転数は、アクセルポテンショと呼ばれるエンジン回転数設定器の設定や、選択された作業モード等によって決まり(決定要素が複数ある場合は低位選択)、これを目標エンジン回転数として燃料噴射量が制御される。
一方、オートデセル機能を備えたショベルでは、予め設定されたデセル条件(たとえばレバー操作が無くなって一定時間が経過したこと)が成立したときに、エンジン回転数を設定回転数(デセル回転数)に落とすオートデセル制御を行い、デセル条件が不成立となったとき(たとえばレバー操作があったとき)に、エンジン回転数を目標回転数に向けて立ち上げるデセル復帰制御を行う。
この場合、デセル復帰時にアクチュエータが操作されると、ポンプ負荷によってエンジン回転数の立ち上がりがスムーズに行われず、目標回転数への到達が遅くなるという問題があった。
この問題の解決策として、特許文献１に示されているように、エンジンの立ち上がり時に油圧ポンプの吸収トルク(ポンプトルク)を最小トルクに抑えることにより、エンジン負荷を小さくしてエンジン回転数の立ち上がりを早くする技術が公知である。
特開平５−３１２０８２号公報
しかし、公知技術によると、ポンプトルクを最小に抑えるため、エンジン回転数が完全に立ち上がるまでの間、アクチュエータ動作、つまりショベル作業を実質的に行うことができないという問題が生じていた。
この問題はデセル復帰時に限らず、エンジン起動時を含めてエンジンを低回転数から目標回転数まで上昇させる場合に一様にあった。
そこで本発明は、エンジン回転数の速やかな立ち上がりと、その間のアクチュエータ動作を両立させることができる建設機械の制御装置を提供するものである。
上記課題を解決する手段として、本発明においては、過給機付きのエンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプからの吐出油により駆動される油圧アクチュエータと、上記過給機の過給圧を検出する過給圧検出手段制御手段を具備し、上記制御手段は、上記エンジンの回転数が低回転数から目標回転数に達するまでの間、予め設定されたエンジン無負荷回転数／目標ポンプトルクのマップから目標ポンプトルクを求めるとともに、上記目標ポンプトルクを、上記過給圧検出手段によって検出される過給圧に応じて、低過給圧側で小さくなる方向に修正し、ポンプトルクをこの修正目標ポンプトルクに制限するように構成したものである。
この構成によれば、エンジン回転数が低回転数から目標回転数に向けて立ち上がるときに、ポンプトルクを制限することによってエンジン回転数を目標回転数まで速やかに上昇させることができる。
この場合、エンジンが完全に立ち上がるまでポンプトルクを最小に抑えるではなく、エンジントルクの指標となる過給圧の上昇に応じてポンプトルクの制限度合いを緩めていくため、エンジン回転数を確実に立ち上げながら一定レベルでのアクチュエータ動作も確保することができる。
ここで、オートデセル機能を備えた建設機械、すなわち、予め設定したデセル条件が成立したときに、エンジン回転数を設定回転数に低下させるオートデセル制御と、上記オートデセル制御開始後、上記デセル条件が不成立となったときに、エンジン回転数を目標エンジン回転数に向けて上昇させるデセル復帰制御を行う建設機械においては、上記デセル復帰制御時に、上記ポンプトルクを上記修正目標ポンプトルクに制限するように構成される(請求項２)。
こうすれば、速やかにデセル復帰させながら、その間のアクチュエータ動作を確保することができる。
本発明によると、エンジンの速やかな立ち上がりとその間のアクチュエータ動作を両立させることができる。
本発明の実施形態に係る制御装置のブロック構成図である。 同装置の作用を説明するためのフローチャートである。 エンジン無負荷回転数と目標ポンプトルクの関係を示す表である。 エンジン回転数と過給圧の関係を示すグラフである。 過給圧とポンプトルク係数の関係を示すグラフである。
図１に実施形態に係る制御装置の構成を示す。
過給機(ターボチャージャー)１を備えたエンジン２によって油圧ポンプ３が駆動され、この油圧ポンプ３からの吐出油がコントロールバルブ４経由で油圧アクチュエータ５(一つのみを示す)に送られて油圧アクチュエータ５が作動する。６はコントロールバルブ４を切換操作する操作手段としてのリモコン弁である。
油圧ポンプ３は、レギュレータ７によって傾転が可変制御される可変容量型として構成され、制御手段としてのコントローラ８からのトルク指令(傾転指令)に基づく比例弁９の作動によってレギュレータ７が傾転制御を行う。
すなわち、コントローラ８からのポンプトルク指令に基づいて、油圧ポンプ３の吸収トルク(ポンプトルク)がエンジントルクを超えないように、ポンプ圧との関係においてポンプ傾転(ポンプ流量)を制御するＰＱ制御が行われる。
また、エンジン２の無負荷回転数を決める複数の要素(図ではエンジン回転数設定器１０と、作業モード選択スイッチ１１を示す)が設けられ、コントローラ８において、これらとリモコン弁６の操作量によって決まるエンジン無負荷回転数の低位選択値が目標エンジン回転数として決定される。
以下、リモコン弁６の操作を「レバー操作」、その操作量を「レバー操作量」という。
この決定された目標エンジン回転数は、コントローラ８からエンジン２(図示しないガバナ制御部)に送られ、エンジン回転数が、この目標回転数に向けて制御される。
また、コントローラ８は、予め設定したデセル条件が成立したとき、たとえばレバー操作が設定時間継続して無いときに、エンジン回転数を予め設定した低回転数(デセル回転数)に落とすオートデセル制御と、デセル条件が成立しなくなったときにエンジン回転数を目標回転数に復帰させるデセル復帰制御を行う。
一方、検出手段として、過給機１の過給圧(ブースト圧)を検出する過給圧センサ１２と、油圧ポンプ３の吐出圧(ポンプ圧)を検出するポンプ圧センサ１３と、レバー操作の有無と操作量をリモコン弁パイロット圧によって検出する操作検出手段としてのパイロット圧センサ１４が設けられ、これら各センサ１２〜１４からの信号がコントローラ８に入力される。
ここで、コントローラ８は、デセル復帰制御時に、エンジン回転数がデセル回転数から目標回転数に達するまでの間、
(ｉ) エンジン無負荷回転数(目標回転数)／目標ポンプトルクのマップから目標ポンプトルクを求める目標ポンプトルク演算処理、
(ｉｉ) 演算された目標ポンプトルクを、エンジン過給圧に応じて、低過給圧側で小さくなる方向に修正し、ポンプトルクをこの修正目標ポンプトルクに制限する目標ポンプトルク修正処理
を行う。
この点を詳述する。
図２は上記(ｉ)の目標ポンプトルク演算処理を行うためのエンジン無負荷回転数／目標ポンプトルクのマップを表形式で表す。この表中の「Ｈモード」「Ｓモード」「Ｅモード」はそれぞれ重作業モード、標準作業モード、エコ作業モードを表し、複数の要素で決まるエンジン無負荷回転数(低位選択値)に応じて目標ポンプトルクが求められる。
図４はエンジン回転数とエンジン２の過給圧の関係を示し、エンジン回転数の増加に応じて過給圧が上昇し、エンジントルクも増加する。すなわち、過給圧はエンジン２が出せるトルクの指標となる。
そこで、図５に示すように予め過給圧／ポンプトルク係数の特性を設定しておき、これに基づき、上記(ｉ)で求めた目標ポンプトルクに、過給圧で決まる係数を乗じて修正目標ポンプトルクを演算する。
図５中の「BstA」はポンプトルク係数の変化を開始させる過給圧、「BstB」は同変化を終了させる過給圧、Ｋ１はポンプトルク係数の最小値、Ｋ２は同、最大値である。
そして、この修正目標ポンプトルクをＰＱ制御のためのポンプトルク指令として図１中の比例弁９に出力する。
図２は上記作用を示すフローチャートで、デセル復帰制御の開始とともに、ステップＳ１で上記(ｉ)の目標ポンプトルク演算処理が行われた後、ステップＳ２で上記(ｉｉ)の過給圧に応じた目標ポンプトルク修正処理が行われ、ステップＳ３でＰＱ制御のためのシルク指令が出力される。
このように、エンジン回転数がオートデセル制御による低回転数(デセル回転数)から目標回転数に向けて立ち上がるときに、ポンプトルクを制限するため、エンジン回転数を目標回転数まで速やかに上昇させることができる。
この場合、エンジン回転数が立ち上がるまでポンプトルクを最小に抑えるではなく、エンジントルクの指標となる過給圧の上昇に応じてポンプトルクの制限度合いを緩めていくため、エンジン回転数を確実に立ち上げながら必要最小限のポンプトルクを保ち、一定レベルでのアクチュエータ動作も確保することができる。
これにより、エンジンの速やか立ち上がり(デセル復帰)と、その間のアクチュエータ動作を両立させることができる。
ところで、上記実施形態ではオートデセル機能を備えたショベルでのデセル復帰時を対象としたが、本発明はエンジンを低回転数から立ち上げるときにも上記同様に適用することができる。
また、対象機械はショベルに限らず、たとえばショベルを転用して構成される解体機や破砕機等、他の建設機械にも広く適用することができる。
１ 過給機
２ エンジン
３ 油圧ポンプ
４ コントロールバルブ
５ 油圧アクチュエータ
６ 操作手段としてのリモコン弁
７ レギュレータ
８ コントローラ
１０ エンジン回転数設定器
１１ 作業モード選択スイッチ
１２ 過給圧センサ
１３ ポンプ圧センサ
１４ パイロット圧センサ

Claims (2)

  1. 過給機付きのエンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプからの吐出油により駆動される油圧アクチュエータと、上記過給機の過給圧を検出する過給圧検出手段制御手段を具備し、上記制御手段は、上記エンジンの回転数が低回転数から目標回転数に達するまでの間、予め設定されたエンジン無負荷回転数／目標ポンプトルクのマップから目標ポンプトルクを求めるとともに、上記目標ポンプトルクを、上記過給圧検出手段によって検出される過給圧に応じて、低過給圧側で小さくなる方向に修正し、ポンプトルクをこの修正目標ポンプトルクに制限するように構成したことを特徴とする建設機械の制御装置。
  2. 上記制御手段は、予め設定したデセル条件が成立したときに、エンジン回転数を設定回転数に低下させるオートデセル制御と、上記オートデセル制御開始後、上記デセル条件が不成立となったときに、エンジン回転数を目標エンジン回転数に向けて上昇させるデセル復帰制御を行い、上記デセル復帰制御時に、上記ポンプトルクを上記修正目標ポンプトルクに制限するように構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の制御装置。
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