JP2021050694A - エンジン制御システム、作業機械および作業機械の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の目的は、油圧負荷の上昇によるエンジンの回転数低下を速やかに抑制することができるエンジン制御システム、作業機械および作業機械の制御方法を提供することにある。
《油圧ショベルの構成》
図1は、第1の実施形態に係る作業車両の構成を示す概略図である。
油圧ショベル100は、施工現場にて稼働し、土砂などの施工対象を施工する作業車両である。油圧ショベル100は、走行体110、旋回体120、作業機130および運転室140を備える。
走行体110は、油圧ショベル100を走行可能に支持する。走行体110は、左右に設けられた2つの無限軌道111と、各無限軌道111を駆動するための2つの走行モータ112を備える。
旋回体120は、走行体110に旋回中心回りに旋回可能に支持される。
作業機130は、油圧により駆動する。作業機130は、旋回体120の前部に上下方向に駆動可能に支持される。
運転室140は、オペレータが搭乗し、油圧ショベル100の操作を行うためのスペースである。運転室140は、旋回体120の左前部に設けられる。
旋回体120は、エンジン121、油圧ポンプ122、コントロールバルブ123、旋回モータ124、燃料噴射装置125を備える。
エンジン121は、油圧ポンプ122を駆動する原動機である。エンジン121には、回転数Neを計測する回転数センサ1211が設けられる。回転数センサ1211は、例えばエンジン121のクランクシャフトの回転数を計測する。
油圧ポンプ122は、エンジン121により駆動される可変容量ポンプである。油圧ポンプ122は、コントロールバルブ123を介して各アクチュエータ(ブームシリンダ134、アームシリンダ135、バケットシリンダ136、走行モータ112、および旋回モータ124)に作動油を供給する。油圧ポンプ122には、作動油の圧力を計測する圧力センサ1221および油圧ポンプ122の容量を計測する容量センサ1222が設けられる。容量センサ1222は、例えば油圧ポンプ122の斜板の角度、斜板の移動量、または斜板を押圧するサーボピストンの移動量などを計測し、これを油圧ポンプ122の容量に換算する。
コントロールバルブ123は、油圧ポンプ122から供給される作動油の流量を制御する。
旋回モータ124は、コントロールバルブ123を介して油圧ポンプ122から供給される作動油によって駆動し、旋回体120を旋回させる。
燃料噴射装置125は、後述のエンジン制御システム143から燃料噴射量調整装置1427の操作量に基づく燃料指示を受信し、燃料指示に従った燃料噴射量の燃料を、エンジン121に噴射する。
作業機130は、ブーム131、アーム132、バケット133、ブームシリンダ134、アームシリンダ135、およびバケットシリンダ136を備える。
アーム132は、ブーム131とバケット133とを連結する。アーム132の基端部は、ブーム131の先端部にピンを介して取り付けられる。
バケット133は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を収容するための収容部とを備える。バケット133の基端部は、アーム132の先端部にピンを介して取り付けられる。
アームシリンダ135は、アーム132を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ135の基端部は、ブーム131に取り付けられる。アームシリンダ135の先端部は、アーム132に取り付けられる。
バケットシリンダ136は、バケット133を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ136の基端部は、アーム132に取り付けられる。バケットシリンダ136の先端部は、バケット133に接続されるリンク部材に取り付けられる。
図2は、第1の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。
運転室140内には、運転席141、操作装置142および、エンジン制御システム143が設けられる。
図3は、第1の実施形態に係るエンジン制御システムと油圧ショベルの動力系との関係を示す概略ブロック図である。図4は、第1の実施形態に係るエンジン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。以下、図3および図4を用いてエンジン制御システムの構成について説明する。
エンジン制御システム143は、回転数センサ1211、圧力センサ1221および容量センサ1222から計測値を取得し、エンジン121に燃料噴射量指示を出力する。
エンジン制御システム143は、プロセッサ210、メインメモリ230、ストレージ250、インタフェース270を備えるコンピュータである。
操作量取得部212は、操作装置142の燃料噴射量調整装置1427から操作量を取得する。なお、操作装置142の左操作レバー1421、右操作レバー1422、左フットペダル1423、および右フットペダル1424の操作量は、エンジン制御システム143を介さずにコントロールバルブ123に入力される。
目標トルク決定部214は、回転数センサ1211の計測値Neに基づいて、エンジン121の回転数が回転数決定部213が決定した目標値に近づくように、エンジントルクの目標値(目標トルク)を決定する。目標トルク決定部214は、例えばオールスピード制御方式のガバナ演算によってエンジントルクの目標値を決定する。
指示出力部218は、噴射量決定部217が算出した燃料噴射量を示す燃料指示を燃料噴射装置125に出力する。
図5は、第1の実施形態に係るエンジン制御システムの動作を示すフローチャートである。以下、図3〜図5を用いてエンジン制御システムの動作について説明する。
エンジン121が駆動を開始すると、エンジン制御システム143の計測値取得部211は、回転数センサ1211、圧力センサ1221、および容量センサ1222から計測値を取得する(ステップS1)。また操作量取得部212は、燃料噴射量調整装置1427の操作量を取得する(ステップS2)。
他方、エンジン121の回転数Neが回転数閾値以上である場合(ステップS5:YES)、トルク推定部215は、圧力センサ1221および容量センサ1222の計測値から油圧ポンプ122のトルク効率ntおよび吸収トルクTeを推定する(ステップS6)。油圧ポンプ122の吸収トルクTeは、例えば以下の式(1)によって求めることができる。
Te=(q×P)/(2×π×nt) ・・・(1)
qは、容量センサ1222の計測値である。Pは、圧力センサ1221の計測値である。
Tinert=2π/60×I×dNe/dt …(2)
Iは、エンジン121と油圧ポンプ122とを含む質点系の慣性モーメントである。慣性モーメントIは、予め求めておくことができる。dNe/dtは、ステップS7で算出したエンジン121の回転数の変化量dNe/dtである。なお、慣性トルクTinertは、エンジン121の回転が増加しているときに正の値を取り、エンジン121の回転が減少しているときに負の値をとる。
指示出力部218は、ステップS14で算出した燃料噴射量を示す燃料指示を燃料噴射装置125に出力する(ステップS15)。
図6は、第1の実施形態に係るエンジン制御システムの動作例を示す図である。
図6には、ある環境下における第1の実施形態に係るエンジン制御システム143の動作時におけるエンジン121の回転数Ne、慣性トルクTinert、および燃料噴射量の推移が実線で示される。以下、図6を参照しながら、第1の実施形態に係るエンジン制御システム143の作用および効果について説明する。
その後、時刻t2になると、慣性トルクTinertの値が慣性トルク閾値に係るヒステリシスの上側閾値以上となる。これ以降、エンジン制御システム143によるアシストトルクがゼロとなる。
時刻t0から時刻t1までの間は、第1の実施形態に係るエンジン制御システム143による制御も、比較例に係る制御も、アシストトルクの値はゼロであるため、同じ推移をたどる。
なお、第1の実施形態に係るエンジン制御システム143は、慣性トルクTinertに基づいて燃料噴射量を決定するが、他の実施形態においてはこれに限られず、慣性トルクTinertに代えて他の回転状態量を用いて燃料噴射量を決定してもよい。例えば、上述の式(2)に示すように慣性トルクTinertは、エンジン121と油圧ポンプ122とを含む質点系の慣性モーメントIとエンジン121の回転数の変化量dNe/dtとによって求められる。このうち慣性モーメントIは定数である。そのため、他の実施形態においては、慣性トルクTinertに代えてエンジン121の回転数の変化量dNe/dtのみを用いて燃料噴射量を決定してもよい。エンジン121の回転数の変化量dNe/dtも、回転状態量の一例といえる。
なお、他の実施形態においては、吸収トルクTeを用いずに燃料噴射量を決定してもよい。このとき、エンジン制御システム143は、例えば操作装置142の操作量に基づいて作業機130が駆動しているか否かを判定することでも、慣性トルクTinertの増大が急負荷の発生によらない場合に、燃料噴射量を増加させることを防ぐことができる。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
Claims (7)
- エンジンと、前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記エンジンによって駆動する油圧ポンプとを備える作業機械を制御するエンジン制御システムであって、
前記エンジンの回転に係る回転状態量を特定する回転状態量特定部と
前記回転状態量に基づいて前記燃料噴射装置による燃料噴射量を決定する噴射量決定部と
を備えるエンジン制御システム。 - 前記回転状態量特定部は、前記回転状態量として前記エンジンと前記油圧ポンプとからなる構造体に係る慣性トルクを特定する
請求項1に記載のエンジン制御システム。 - 前記油圧ポンプにおける吸収トルクを特定する吸収トルク特定部を備え、
前記噴射量決定部は、前記吸収トルクと前記回転状態量とに基づいて前記燃料噴射量を決定する
請求項1または請求項2に記載のエンジン制御システム。 - 燃料噴射量調整装置の操作量を取得する操作量取得部と、
前記操作量に応じた目標トルクを決定する目標トルク決定部と、
前記回転状態量が所定の閾値未満である場合に、前記目標トルクに所定のアシストトルクを加算するアシスト判定部と
を備え、
前記噴射量決定部は、前記目標トルクを前記燃料噴射量に換算する
請求項1から請求項3の何れか1項に記載のエンジン制御システム。 - 前記アシストトルクは、前記回転状態量に所定の係数を乗じた量である
請求項4に記載のエンジン制御システム。 - エンジンと、
前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、
前記エンジンによって駆動する油圧ポンプと、
請求項1から請求項5の何れか1項に記載のエンジン制御システムと
を備える作業機械。 - エンジンと、前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記エンジンによって駆動する油圧ポンプとを備える作業機械の制御方法であって、
前記エンジンの回転に係る回転状態量を特定するステップと
前記回転状態量に基づいて前記燃料噴射装置による燃料噴射量を決定するステップと
を備える作業機械の制御方法。
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