JP3538001B2 - 建設機械のエンジン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの燃料噴
射量を制御するエンジン制御装置に係わり、特に、燃料
噴射装置つきのエンジンを原動機として備えた建設機械
のエンジン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベル等の建設機械は、一般に、
複数のアクチュエータを駆動するため少なくとも１つの
油圧ポンプを備えており、この油圧ポンプを回転駆動す
る原動機としてエンジンが用いられている。このエンジ
ンは、燃料噴射装置により燃料噴射量が制御されてお
り、例えばエンジンに加わる外部負荷が大きくなって回
転数が下がると、燃料噴射量が増大し、これによりエン
ジン回転数がオペレータが設定した目標回転数となるよ
うになっている。

【０００３】このようなエンジン回転数制御に係わる公
知技術として、例えば、特開昭６３−２０８６４２号公
報がある。この公報に記載のエンジン制御装置では、燃
料噴射量を調整するコントロールラックの実開度を示す
コントロールラック開度検出信号と、エンジンの実回転
数を示すエンジン回転数検出信号とに基づき、エンジン
外部負荷を模擬的に推定する外部負荷模擬信号を発生さ
せ、この外部負荷模擬信号に応じてエンジン回転数を自
動的に設定する。これにより、外部負荷変動に見合った
回転数を確保し、可動部の摩擦による損失を少なくして
省エネ化を図れるようになっている。また、外部負荷の
変動をエンジン外乱の一種として扱うフィードフォワー
ド制御系を形成することにより、オペレータの回転数指
令に対して少ない時間遅れで追従することができるの
で、これによっても省エネ化を図れるようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のエンジ
ン制御装置では、エンジン外部負荷を、コントロールラ
ック開度検出信号とエンジン回転数検出信号とによって
推定しており、エンジンにかかる外部負荷を直接かつ正
確に検出していなかった。そのため、エンジン回転数を
外部負荷に見合った回転数とするのに限界があった。ま
た、油圧ショベル等の建設機械に用いられるエンジンの
場合、前述したようにエンジンの駆動対象は油圧ポンプ
であるが、この油圧ポンプが複数のアクチュエータを駆
動するときに吐出流量や吐出圧力が頻繁に変化するた
め、油圧ポンプの負荷すなわちエンジンの外部負荷が変
動する。このため、特にこのようなエンジンでコントロ
ールラック開度検出信号と外部負荷模擬信号とでエンジ
ン回転数制御を行った場合、油圧ポンプの負荷の変動に
追従し応答よく回転数を制御するのに限界があった。以
上のように、上記従来技術のエンジン制御装置では、外
部負荷の急激な変動にもすばやく追従して燃料噴射量を
増減しエンジン回転数の急激な変動を抑制する急負荷外
乱抑制効果に限界があり、十分な省エネ化を図るのが困
難であった。本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的は、エンジンに直接負荷
を与えるポンプの吸収トルクをエンジンの外部負荷とす
ることにより、急負荷外乱抑制効果を向上して十分な省
エネ化を図れる建設機械のエンジン制御装置を提供する
ことにある。

【０００５】（１）上記目的を達成するために、本発明
は、エンジンと、このエンジンにより回転駆動され、複
数の油圧アクチュエータを駆動する少なくとも１つの可
変容量型の油圧ポンプと、前記複数の油圧アクチュエー
タを操作する複数の操作手段とを有する建設機械に設け
られ、前記エンジンの目標回転数を設定入力するための
回転数入力手段と、前記エンジンの燃料噴射量を制御す
る噴射制御手段とを有し、かつ前記噴射制御手段が、前
記目標回転数に応じた駆動信号により駆動する、前記エ
ンジンの燃料噴射量を決定するための噴射量制御アクチ
ュエータを備えた建設機械のエンジン制御装置におい
て、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する吐出圧検出手
段と、前記操作手段の操作量に応じて算出されたポジデ
ィブ制御による目標押しのけ容積及び前記油圧ポンプの
入力トルクが前記エンジンの出力トルク以下となるよう
な入力トルク制限制御による目標押しのけ容積の最小値
と、前記吐出圧検出手段の検出値とから前記油圧ポンプ
の予想吸収トルクを算出する予想トルク演算手段とを有
し、かつ、前記噴射制御手段は、この予想トルク演算手
段で求めた前記油圧ポンプの予想吸収トルクに基づき前
記駆動信号を補正する補正手段を備えている。本発明に
おいては、回転数入力手段でエンジンの目標回転数を設
定入力すると、この目標回転数に応じた駆動信号により
噴射制御手段の噴射量制御アクチュエータが駆動し、こ
れによって燃料噴射量が決定され、この燃料噴射量に対
応した回転数でエンジンが回転する。このとき、操作手
段の操作量に応じて算出されたポジディブ制御による目
標押しのけ容積及び油圧ポンプの入力トルクがエンジン
の出力トルク以下となるような入力トルク制限制御によ
る目標押しのけ容積の最小値と、吐出圧検出手段の検出
値とから予想トルク演算手段で油圧ポンプの予想吸収ト
ルクを演算し、さらにこの求めた予想吸収トルクに基づ
き補正手段で噴射量制御アクチュエータを駆動させる駆
動信号を補正する。これにより、エンジンにかかる正確
な負荷を算出するとともにこの正確な負荷に基づき燃料
噴射量を精度よく制御できるので、エンジン回転数を負
荷に見合った値に精度よく制御することができる。ま
た、油圧ポンプの吐出流量や吐出圧力が頻繁に変化し、
油圧ポンプの負荷（すなわちエンジン負荷）が変動した
としても、この変動に追従して応答よく噴射量を制御で
きるので、エンジン回転数を応答よく制御することがで
きる。これにより、エンジン回転数の急負荷外乱抑制効
果を向上できるので、十分な省エネ化を図ることができ
る。

【０００６】

【０００７】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記エンジンの実回転数を検出する回転数検出手段をさ
らに有し、かつ、前記噴射制御手段は、前記目標回転数
と前記実回転数とに基づき前記噴射量制御アクチュエー
タの駆動信号を生成する駆動信号生成手段を備える。

【０００８】

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。本発明の第１の実施形態を図１〜
図１０により説明する。図１は、この実施形態によるエ
ンジン制御装置が備えられる建設機械の油圧駆動装置の
油圧回路図を示している。この図１において、油圧駆動
装置は、例えば油圧ショベルに備えられるものであり、
エンジン１によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ
２と、この油圧ポンプ２の吐出回路の最大圧力を決定す
るリリーフ弁３と、油圧ポンプ２から吐出された圧油に
より駆動される油圧シリンダ４，５を含む複数のアクチ
ュエータと、油圧シリンダ４，５を操作する操作レバー
装置６，８を含む複数の操作手段と、油圧ポンプ２の押
しのけ容積を制御するポンプ制御手段、例えばレギュレ
ータ９とを備えている。

【００１０】本実施形態によるエンジン制御装置は、こ
の油圧駆動装置に設けられるものであり、オペレータが
使用条件に応じてエンジン１の目標回転数Ｎrを指令値
として操作入力するアクセル操作入力部１７と、エンジ
ン１の実回転数Ｎeを検出する回転数センサ２６と、ア
クセル操作入力部１７からの目標回転数Ｎrと回転数セ
ンサ２６からの検出信号Ｎeとが入力されるエンジンコ
ントローラ２５と、エンジン１内に設けられた電子燃料
噴射装置７と、ポンプ吐出圧Ｐsを検出する圧力センサ
２４と、後述するポンプコントローラ１９の予想トルク
演算部１９ｄとから形成されている。

【００１１】電子燃料噴射装置７及びその制御系の概要
を図２に示す。この図２において、電子燃料噴射装置７
は、エンジン１の各シリンダ毎に噴射ポンプ２８と噴射
ノズル２９とガバナ機構３０とを有している。噴射ポン
プ２８は、プランジャ２８ａと、このプランジャ２８ａ
が内部を上下動するプランジャバレル２８ｂとを有して
おり、エンジン１のクランクシャフト（図示せず）に連
動して回転するカムシャフト３１が回転すると、この回
転によりカムシャフト３１に設けられたカム３２がプラ
ンジャ２８ａを押し上げ燃料を加圧し、その加圧燃料が
噴射ノズル２９に送出され、エンジン１のシリンダ内に
噴射されるようになっている。また、ガバナ機構３０
は、例えば電磁ソレノイドで形成されるガバナアクチュ
エータ３３により位置制御されるリンク機構３４を有
し、このリンク機構３４がプランジャ２８ａを回転させ
ることによりプランジャ２８ａに設けられたリードとプ
ランジャバレル２８ｂに設けられた燃料吸入ポートとの
位置関係を変化させ、プランジャ２８ａの有効圧縮スト
ロークを変化させて燃料噴射量を調整するようになって
いる。なおこのときのリンク機構３４のリンク位置はリ
ンク位置センサ３５で検出されフィードバック制御のた
めエンジンコントローラ２５に入力されている。

【００１２】また、エンジンコントローラ２５は、上記
アクセル操作入力部１７からの目標回転数Ｎr、ポンプ
コントローラ１９からのポンプ予想吸収トルクＴpr、回
転数センサ２６からのエンジン実回転数Ｎe、リンク位
置センサ３５からの検出信号（リンク位置信号）を入力
し、所定の演算処理を行い、ガバナアクチュエータ３３
に制御電流ｘを出力する。なお、このエンジンコントロ
ーラ２５の演算内容の詳細については後述する。

【００１３】ここで図１に戻り、図示の油圧駆動装置に
おいて、油圧シリンダ４，５は、例えば図示しない油圧
ショベルのブーム及びアームをそれぞれ回動するブーム
シリンダ４及びアームシリンダ５とから形成されてい
る。そして、これらブームシリンダ４及びアームシリン
ダ５を含む複数のアクチュエータに対し油圧ポンプ２か
らそれぞれ圧油が供給されるとき、その流量及び方向
が、ブーム用コントロールバルブ１０及びアーム用コン
トロールバルブ１１を含む対応するコントロールバルブ
によって制御されるようになっている。操作レバー装置
６，８は、ブーム用コントロールバルブ１０を切り換え
てブームを操作するためのブーム用操作レバー装置６
と、アーム用コントロールバルブ１１を切り換えてアー
ムを操作するためのアーム用操作レバー装置８とから形
成されている。これら操作レバー装置６，８を含む複数
の操作手段はそれぞれ、パイロット圧を発生し、対応す
るパイロット管路を介しそのパイロット圧により対応す
るコントロールバルブを切り換えるようになっている。

【００１４】すなわち、操作レバー装置６を例にとる
と、操作レバー６ａ及び減圧弁６ｂが備えられており、
操作レバー６ａをブーム上げ方向（又は下げ方向）に操
作すると、図示しない油圧源からのパイロット圧が減圧
弁６ｂでその操作量に応じて減圧され、このパイロット
圧がパイロット管路１３ａ（又は１３ｂ）を介してブー
ム用コントロールバルブ１０の駆動部１０ａ（又は１０
ｂ）に導かれ、コントロールバルブ１０が切り換えられ
る。これによりブームシリンダ４のボトム側（又はロッ
ド側）に圧油が供給され、ブームが上げ方向（下げ方
向）に回動するようになっている。また操作レバー装置
８も同様に、アーム用操作レバー装置８の操作レバー８
ａをアームクラウド方向（又はダンプ方向）に操作する
と、減圧弁８ｂからのパイロット圧がパイロット管路１
４ａ（又は１４ｂ）を介しアーム用コントロールバルブ
１１の駆動部１１ａ（又は１１ｂ）に導かれ、アームシ
リンダ５のボトム側（又はロッド側）に圧油が供給され
てアームがクラウド方向（ダンプ方向）に回動するよう
になっている。他の操作手段に関しても同様に、対応す
るパイロット管路を介して対応するコントロールバルブ
を切り換えるようになっている。そして、これら複数の
パイロット管路内の圧力は、圧力センサ２０，２１，２
２，２３を含む対応する圧力センサで検出され、ポンプ
コントローラ１９へ出力されるようになっている。

【００１５】リリーフ弁３は、ばね３ａを備えており、
油圧ポンプ２とコントロールバルブ１０，１１とを接続
する吐出回路の管路１５から分岐しタンク１６に至る管
路１８に逆止弁２７を介して設けられている。そして、
油圧ポンプ２の吐出回路の圧力がばね３ａのばね力によ
り設定されるリリーフ圧Ｐrに達すると動作し、油圧ポ
ンプ２からの圧油をタンク１６に戻すようになってい
る。

【００１６】レギュレータ９は、ポンプコントローラ１
９から出力される目標押しのけ容積ｑに応じ油圧ポンプ
２の斜板２ａの傾転角を制御し、これによって押しのけ
容積を制御するようになっている。

【００１７】なお、図１では、上記複数のアクチュエー
タのうち油圧シリンダ４，５以外のアクチュエータ、上
記複数の操作手段のうち操作レバー装置６，８以外の操
作手段、及びこれらに関連するコントロールバルブ・圧
力センサ・管路については、煩雑を防止するために図示
を省略し、一点鎖線の囲み部１２により一括して表示し
ている。

【００１８】ポンプコントローラ１９の詳細機能を図３
に示す。図３において、ポンプコントローラ１９は、操
作レバー装置６，８を含む複数の操作手段からの操作量
に応じたポジティブ制御による目標押しのけ容積ｑpを
算出するポジコン制御部１９ａと、油圧ポンプ２の吐出
圧Ｐs及び後述の最大許容トルクＴpに基づき、油圧ポン
プ２の入力トルクがエンジン１の出力トルク以下となる
ような入力トルク制限制御による目標押しのけ容積ｑh
を算出する入力トルク制限制御部１９ｂと、ポジコン制
御部１９ａ及び入力トルク制限制御部１９ｂからの目標
押しのけ容積ｑp，ｑhのうち最小値を最終的な目標押し
のけ容積ｑとして選択する最小値選択部１９ｃと、この
最小値選択部１９ｃで選択された目標押しのけ容積ｑと
油圧ポンプ２の吐出圧Ｐsとから油圧ポンプ２の予想吸
収トルクＴprを算出し、エンジンコントローラ２５に出
力する予想トルク演算部１９ｄと、アクセル操作入力部
１７からの目標回転数Ｎrに基づき最大許容トルクＴpを
算出する最大許容トルク演算部１９ｅと、目標回転数信
号Ｎr及び回転数センサ２６からのエンジンの実回転数
信号Ｎeとの差、すなわち回転数偏差ΔＮに相当するエ
ンジントルクΔＴを算出するスピードセンシング部１９
ｆと、上述した最大許容トルクＴpとΔＴとを加算し、
その結果を補正した最大許容トルクＴpoとして入力トル
ク制限制御部１９ｂへ出力する加算器１９ｇとを備えて
いる。

【００１９】ポジコン制御部１９ａは、前述した圧力セ
ンサ２０，２１，２２，２３を含む複数の圧力センサで
検出されたパイロット圧Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4…が入力さ
れている。このとき、その詳細機能を図４に示すよう
に、これらパイロット圧Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4…に応じた
目標押しのけ容積ｑ1，ｑ2，ｑ3，ｑ4…を演算部１９ａ
1，１９ａ2，１９ａ3，１９ａ4…に予め設定された図示
テーブルでそれぞれ演算し、さらにこれらのうちの最大
値を最大値選択部１９ａ5で選択して、ポジティブ制御
による目標押しのけ容積ｑpとして出力するようになっ
ている。入力トルク制限制御部１９ｂは、圧力センサ２
４で検出されたポンプ吐出圧Ｐsと、加算器１９ｇから
の補正された最大許容トルクＴpoとが入力される。そし
て、図５に示すテーブルによって、入力トルク制限制御
による目標押しのけ容積ｑhを算出する。このとき、図
示のように、最大許容トルクＴpoが小さくなるに従って
油圧ポンプ２の吐出流量の最大値が小さく制限されるよ
うになっている。なお、図中には前述したリリーフ弁３
によるリリーフ圧Ｐrを併せて示している。予想トルク
演算部１９ｄは、その詳細機能を図６に示すように、最
小値選択部１９ｃからの目標押しのけ容積ｑがモデル演
算部１９ｄ1に入力され、予め求めておいた公知のポン
プ伝達関数モデルを用い、ポンプ実押しのけ容積予想値
ｑeyを算出する。その後、乗算部１９ｄ2で、このポン
プ実押しのけ容積予想値ｑeyと、圧力センサ２４からの
ポンプ吐出圧Ｐsとを用い、下記の式（１）によりポン
プ予想吸収トルクＴprを算出する。 Ｔpr＝ｑey・Ｐs … （１） このようにして算出されたポンプ予想吸収トルクＴpr
は、エンジンコントローラ２５へ出力される。最大許容
トルク演算部１９ｅは、その詳細機能を図７に示すよう
に、アクセル操作入力部１７からの目標回転数Ｎrが高
くなるに従って最大許容トルクＴpが増大するような図
示テーブルによって最大許容トルクＴpに変換する。

【００２０】スピードセンシング部１９ｆは、図８に示
すように、回転数センサ２６により検出された実回転数
Ｎeと、アクセル操作入力部１７からの目標回転数Ｎrと
の差ΔＮを求め、この偏差ΔＮの大きさに比例するエン
ジン１のトルクΔＴをテーブルから読み込み、出力す
る。このトルクΔＴと、前述した最大許容トルクＴpと
が加算器１９ｇにより加算され、その結果が補正された
最大許容トルクＴpoとして、前述したように入力トルク
制限制御部１９ｂに入力される。これにより、アクセル
操作入力部１７から入力される目標回転数が低くなるに
従って、油圧ポンプ２の吐出流量の最大値が小さく制限
されるようになっている。

【００２１】ここで、エンジンコントローラ２５の詳細
機能を図９に示す。まず、回転数センサ２６からの実回
転数信号Ｎeとアクセル操作入力部１７からの目標回転
数信号Ｎrとを減算部２５ａに入力し、これらの偏差Δ
Ｎ＝Ｎr−Ｎeを算出する。その後この偏差ΔＮに基づき
比例積分微分演算部２５ｂで公知の比例積分微分演算を
行い、乗算部２５ｃで所定のゲインＫを乗じてガバナア
クチュエータ３３を駆動するための補正前駆動信号ｘ1
とする。この補正前駆動信号ｘ1は、基本的に、回転数
偏差ΔＮがプラス方向に増大すると燃料噴射量を増大す
るようにリンク機構３４のリンク位置を調整し、回転数
偏差ΔＮがマイナス方向に減少すると燃料噴射量を減少
するようリンク機構３４のリンク位置を調整するように
なっている。一方、ポンプコントローラ１９の予想トル
ク演算部１９ｄからの予想吸収トルクＴprを乗算部２５
ｄに入力し、この乗算部２５ｄで所定のゲインを乗じて
ガバナアクチュエータ３３の駆動信号補正値ｘ2とす
る。そして、加算部２５ｅで補正前駆動信号ｘ1に対し
てフィードフォワード要素として駆動信号補正値ｘ2を
加算し、最終的な駆動信号ｘとしてガバナアクチュエー
タ３３に出力する。

【００２２】以上において、操作レバー装置６，８を含
む複数の操作手段、パイロット管路１３ａ，１３ｂ，１
４ａ，１４ｂ，…、圧力センサ２０，２１，２２，２
３，…、ポンプコントローラ１９のポジコン制御部１９
ａ、入力トルク制限制御部１９ｂ、最小値選択部１９
ｃ、最大許容トルク演算部１９ｅ、スピードセンシング
部１９ｆ、及びレギュレータ９が油圧ポンプの吐出流量
を指令する流量指令手段を構成する。また、アクセル操
作入力部１７がエンジン１の目標回転数Ｎrを設定入力
するための回転数入力手段を構成し、回転数センサ２６
がエンジン１の実回転数Ｎeを検出する回転数検出手段
を構成する。さらに、エンジンコントローラ２５及び電
子燃料噴射装置７のガバナアクチュエータ３３・ガバナ
機構３０がエンジン１の燃料噴射量を制御する噴射制御
手段を構成し、そのうちガバナアクチュエータ３３が目
標回転数Ｎrに応じた駆動信号ｘにより駆動するエンジ
ン１の燃料噴射量を決定するための噴射量制御アクチュ
エータを構成し、エンジンコントローラ２５の減算部２
５ａ、比例積分微分演算部２５ｂ、及び乗算部２５ｃ
が、目標回転数Ｎrと実回転数Ｎeとに基づき噴射量制御
アクチュエータの駆動信号を生成する駆動信号生成手段
を構成する。また、圧力センサ２４は、油圧ポンプ２の
吐出圧力を検出する吐出圧検出手段を構成する。さらに
ポンプコントローラ１９の予想トルク演算部１９ｄが、
吐出圧検出手段の検出値と流量指令手段が指令する油圧
ポンプ２の吐出流量とから油圧ポンプ２の負荷を算出す
る負荷演算手段を構成し、エンジンコントローラ２５の
乗算部２５ｄ及び加算部２５ｅが負荷演算手段で求めた
油圧ポンプ２の負荷に基づき駆動信号を補正する補正手
段を構成する。

【００２３】以上のように構成した本実施形態において
は、アクセル操作入力部１７でエンジン１の目標回転数
Ｎrを設定入力すると、この目標回転数Ｎrと実回転数Ｎ
eとに応じた駆動信号ｘ1がエンジンコントローラ２５の
減算部２５ａ、比例積分微分演算部２５ｂ、及び乗算部
２５ｃで生成される。一方このとき、ポンプ吐出圧Ｐs
と目標押しのけ容積ｑとに基づきポンプコントローラ１
９の予想トルク演算部１９ｄで油圧ポンプ２の予想吸収
トルクＴprを演算し、このＴprを用いてエンジンコント
ローラ２５の乗算部２５ｄ及び加算部２５ｅで駆動信号
ｘ1に補正値ｘ2を加え、ｘに補正する。そして、この駆
動信号ｘに基づきガバナアクチュエータ３３が駆動して
噴射ノズル２９からの燃料噴射量が決定され、この燃料
噴射量に対応した回転数でエンジン１が回転する。これ
により、エンジン１にかかる正確な負荷を算出するとと
もにこの正確な負荷に基づき燃料噴射量を精度よく制御
できるので、エンジン１の回転数を負荷に見合った値に
精度よく制御することができる。また、油圧ポンプ２の
吐出流量や吐出圧力が頻繁に変化し、油圧ポンプ２の負
荷（すなわちエンジン１の負荷）が変動したとしても、
この変動に追従して応答よく噴射量を制御できるので、
エンジン１の回転数を応答よく制御することができる。
このことを図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。図１０（ａ）
は、油圧ポンプ２の負荷（すなわちエンジン１の負荷）
が時間とともに変化する場合の一例を示しており、図１
０（ｂ）及び図１０（ｃ）はそのときの本実施形態によ
る燃料噴射量及びエンジン１の回転数の時間変化を示し
たものである。なお、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に
は、比較のために従来における燃料噴射量及びエンジン
回転数の変化を破線で併せて示す。

【００２４】従来は、図１０（ａ）のようにエンジン１
の負荷が増大すると図１０（ｂ）の破線で示すようにこ
の変動に応答よく追従することができずある程度の時間
遅れをもって燃料噴射量が増大していた。この結果、図
１０（ｃ）の破線で示すようにエンジン回転数は一旦大
きく低下し時間遅れをもってもとのエンジン回転数に復
帰していた。また従来は負荷を正確に検出できなかった
ために負荷の変動に見合ったエンジン回転数及びそれに
対応する燃料噴射量にただちに制御することが困難であ
り、例えば図１０（ｂ）や図１０（ｃ）に示すように適
正な燃料噴射量及びエンジン回転数より大きくなって可
動部の摩擦による損失等のエネルギロスが生じていた。

【００２５】これに対して本実施形態によれば、図１０
（ｂ）及び図１０（ｃ）の実線で示すように、変動に追
従して応答よくかつ高精度に噴射量を制御できるので、
エンジン１の回転数を応答よくかつ高精度にもとの回転
数に復帰させることができる。したがって、エンジン１
の回転数の急負荷外乱抑制効果を向上でき、十分な省エ
ネ化を図ることができる。なおこのとき、図１０（ｂ）
における燃料噴射量の立ち上がりの程度は、ポンプコン
トローラ１９の予想トルク演算部１９ｄのモデル演算部
１９ｄ1で用いたポンプ伝達関数モデルの時定数をどう
とるかによって適宜調整することができる（なおポンプ
伝達関数モデルを用いない場合には図１０（ｂ）中に一
点鎖線で示したように瞬間的に立ち上がる特性とな
る）。

【００２６】また上記効果に加え、予想トルク演算部１
９ｄで、油圧ポンプ２の押しのけ容積（吐出流量）が実
際に変化する前の目標押しのけ容積ｑを用いて油圧ポン
プ２の負荷を演算することにより、後述する第２の実施
形態に比べ、負荷の変動に対する噴射量制御の追従の応
答性が良く、エンジン１の回転数を一層応答よく制御で
きる効果もある。

【００２７】なお、上記実施形態では、ポンプコントロ
ーラ１９のポジコン制御部１９ａでポジティブ制御によ
って目標押しのけ容積ｑpを算出したが、これに限られ
ず、油圧ポンプ２の吐出流量の指令値を与える他の制
御、例えばネガティブ制御による目標押しのけ容積を算
出してもよい。この場合も同様の効果を得る。また、上
記実施形態においては、油圧ポンプ２が１つだけ設けら
れている場合について説明したが、２つ以上設けられて
いる場合にも適用できることは言うまでもない。

【００２８】本発明の第２の実施形態を図１１〜図１３
により説明する。本実施形態は、予想吸収トルクＴprを
目標押しのけ容積ｑでなく実押しのけ容積ｑeから算出
する場合の実施形態である。図１１は本実施形態による
エンジン制御装置が備えられる油圧駆動装置の油圧回路
図であり、図１２は図１１中に示されたポンプコントロ
ーラ２１９の詳細機能を表すブロック図であり、図１３
は図１２中に示された実トルク演算部２１９ｄの詳細機
能を表すブロック図であり、図１４は図１１中に示され
たエンジンコントローラ２２５の詳細機能を表すブロッ
ク図であり、それぞれ第１の実施形態の図１、図３、図
６、及び図９に相当する。なお、第１の実施形態と同等
の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【００２９】これら図１１〜図１４において、本実施形
態によるエンジン制御装置は、油圧ポンプ２の斜板２ａ
の傾転角θを検出する傾転角センサ２０１を設け、この
検出した傾転角θに応じてポンプコントローラ２１９の
実トルク演算部２１９ｄで油圧ポンプ２の実吸収トルク
Ｔpeを算出し、エンジンコントローラ２２５でこの実吸
収トルクＴpeに応じてガバナアクチュエータ３３の補正
前駆動信号ｘ1を補正する補正値ｘ3を算出することが第
１の実施形態と異なる。すなわち、図１２に示すよう
に、ポンプコントローラ２１９は、第１の実施形態のポ
ンプコントローラ１９の予想トルク演算部１９ｄを実ト
ルク演算部２１９ｄに置き換えた機能となっている。こ
の実トルク演算部２１９ｄでは、図１３に示すように、
まず、傾転角センサ２０１からの傾転角θが関数発生器
２１９ｄ1に入力され、関数発生器２１９ｄ1では、この
傾転角θ基づき、図示のマップを用いてポンプ実押しの
け容積ｑeが求められる。その後、このポンプ実押しの
け容積ｑeと圧力センサ２４からのポンプ吐出圧Ｐsとが
乗算部２１９ｄ2に入力され、下記の式（２）によりポ
ンプ実吸収トルクＴpeが算出される。 Ｔpe＝ｑe・Ｐs … （２） このようにして算出されたポンプ実吸収トルクＴpeがエ
ンジンコントローラ２２５へ出力される。

【００３０】また図１４に示すように、エンジンコント
ローラ２２５は、第１の実施形態のエンジンコントロー
ラ２５の乗算部２５ｄを乗算部２２５ｄに置き換えた機
能となっている。この乗算部２２５ｄには、前述した実
トルク演算部２１９ｄの乗算部２１９ｄ2からのポンプ
実吸収トルクＴpeが入力され、この乗算部２２５ｄで所
定のゲインを乗じてガバナアクチュエータ３３の駆動信
号補正値ｘ3とする。これ以降は第１の実施形態と機能
的には同様であり、加算部２５ｅで補正前駆動信号ｘ1
に対してこの駆動信号補正値ｘ3を加算し、最終的な駆
動信号ｘとしてガバナアクチュエータ３３に出力する。

【００３１】その他の構造及び機能は、第１の実施形態
とほぼ同様であるので、説明を省略する。なお、上記に
おいて、傾転角センサ２０１が、油圧ポンプ２の傾転位
置を検出する傾転検出手段を構成し、実トルク演算部２
１９ｄが、吐出圧検出手段と傾転検出手段の検出値から
油圧ポンプ２の負荷を算出する負荷演算手段を構成す
る。

【００３２】本実施形態によっても、第１の実施形態と
同様、エンジン１の回転数の急負荷外乱抑制効果を向上
でき、十分な省エネ化を図れる効果がある。またこれに
加え、油圧ポンプ２の実押しのけ容積ｑe（実吐出流
量）を用いて油圧ポンプ２の実吸収トルクＴpを算出す
ることにより、目標押しのけ容積ｑを用いて油圧ポンプ
２の予想吸収トルクＴprを算出する第１の実施形態より
も油圧ポンプ２の負荷（すなわちエンジン負荷）をより
正確に算出できるので、エンジン１の回転数を負荷に見
合った値に一層精度よく制御できる効果もある。

【００３３】なお、上記第２の実施形態では、ポンプコ
ントローラ１９のポジコン制御部１９ａでポジティブ制
御によって目標押しのけ容積ｑpを算出したが、これに
限られず、油圧ポンプ２の吐出流量の指令値を与える他
の制御、例えばネガティブ制御による目標押しのけ容積
を算出してもよい。またこれらポジティブ制御・ネガテ
ィブ制御等を行わず、入力トルク制限制御のみによって
目標押しのけ容積を算出しても良い。これらの場合も、
同様の効果を得る。

【００３４】本発明の第３の実施形態を図１５〜図１７
により説明する。本実施形態は、第１の実施形態のエン
ジンの電子燃料噴射装置７を機械的な燃料噴射装置３０
７に置き換えた場合の実施形態である。図１５は本実施
形態によるエンジン制御装置が備えられる油圧駆動装置
の油圧回路図であり、図１６は燃料噴射装置及びその制
御系の概要図であり、図１７はエンジンコントローラの
詳細機能を表すブロック図であり、それぞれ第１の実施
形態の図１、図２、及び図９に相当する。なお、第１の
実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明
を省略する。

【００３５】図１６において、燃料噴射装置３０７は、
ガバナ機構３３０のリンク機構３３４が、カムシャフト
３１の回転と連動して回転するフライウェイト３３６の
力とばね３３７のばね力とがつり合うように軸方向に摺
動するシフタ３３８に接続されており、かつ、このばね
３３７のばね力をステッピングモータ３３９で調整可能
としている点が、特に第１の実施形態の燃料噴射装置７
と異なる。すなわち、エンジン１の回転数が増加してカ
ムシャフト３１の回転数が増加すると、ガバナ機構３３
０においてフライウェイト３３６の遠心力に基づくばね
３３７を縮み方向へ押す力がばね３３７のばね力を上回
るようになり、ばね力が遠心力とつり合うところまでば
ね３３７が縮み、この結果シフタ３３８が図示右方向に
移動する。この移動がリンク機構３３４を介しプランジ
ャ２８ａを燃料噴射量の減少方向に回転させ、これによ
り噴射ノズル２９からの燃料噴射量を減少させるように
なっている。

【００３６】そしてこのときのばね３３７のばね力の調
整は、エンジンコントローラ３２５によるステッピング
モータ３３９の駆動制御により行われる。すなわち図１
７において、まず、アクセル操作入力部１７からの目標
回転数信号Ｎrに対し、乗算部３２５ａで所定のゲイン
Ｋを乗じてステッピングモータ３３９を駆動するための
補正前駆動信号ｙ1とする。またこのとき、第１の実施
形態と同様、ポンプコントローラ１９の予想トルク演算
部１９ｄからの予想吸収トルクＴprを乗算部３２５ｂに
入力し、所定のゲインを乗じてステッピングモータ３３
９の駆動信号補正値ｙ2とし、加算部３２５ｃで補正前
駆動信号ｙ1に対してこの駆動信号補正値ｙ2を加算し、
最終的な駆動信号ｙとする。そして、ステッピングモー
タ３３９はこの駆動信号ｙに応じて駆動し、ばね３３７
のばね力を調整する。なおこのときのステッピングモー
タ３３９の駆動位置は、図１６に示すようにポテンショ
メータ３４０で検出されフィードバック制御のためエン
ジンコントローラ３２５に入力される。

【００３７】その他の構造及び機能は、第１の実施形態
とほぼ同様であるので、説明を省略する。なお、上記に
おいて、エンジンコントローラ３２５及び燃料噴射装置
３０７のステッピングモータ３３９・ガバナ機構３３０
がエンジン１の燃料噴射量を制御する噴射制御手段を構
成し、そのうちステッピングモータ３３９が目標回転数
Ｎrに応じた駆動信号ｙにより駆動するエンジン１の燃
料噴射量を決定するための噴射量制御アクチュエータを
構成し、エンジンコントローラ３２５の乗算部３２５ｂ
及び加算部３２５ｃが負荷演算手段としての予想トルク
演算部１９ｄで求めた油圧ポンプ２の負荷に基づき駆動
信号を補正する補正手段を構成する。

【００３８】以上のように構成した本実施形態において
は、アクセル操作入力部１７でエンジン１の目標回転数
Ｎrを設定入力すると、これに応じた駆動信号ｙ1を乗算
部３２５ａで生成する。一方、ポンプコントローラ１９
の予想トルク演算部１９ｄからの予想吸収トルクＴprを
用いて乗算部３２５ｂで補正値ｙ2を算出し、加算部３
２５ｃで駆動信号ｙ1に補正値ｙ2を加えて駆動信号ｙに
補正する。そして、この駆動信号ｙに基づきステッピン
グモータ３３９が駆動して噴射ノズル２９からの燃料噴
射量が決定され、これに対応した回転数でエンジン１が
回転する。これにより、第１の実施形態と同様、油圧ポ
ンプ２の負荷の変動に追従して応答よくかつ高精度に噴
射量を制御できるので、エンジン１の回転数を応答よく
かつ高精度に制御することができる。したがって、エン
ジン１の回転数の急負荷外乱抑制効果を向上でき、十分
な省エネ化を図ることができる。

【００３９】なお、上記第１〜第３の実施形態は、建設
機械の一例として油圧ショベルに適用した場合を例に取
って説明したが、これに限られず、クレーン、ホイール
ローダ等、他の建設機械に適用される場合にも適用する
ことができ、これらの場合も同様の効果を得る。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、エンジンにかかる正確
な負荷を算出するとともにこの正確な負荷に基づき燃料
噴射量を精度よく制御できるので、エンジン回転数を負
荷に見合った値に精度よく制御することができる。ま
た、油圧ポンプの吐出流量や吐出圧力が頻繁に変化し、
油圧ポンプの負荷（すなわちエンジン負荷）が変動した
としても、この変動に追従して応答よく噴射量を制御で
きるので、エンジン回転数を応答よく制御することがで
きる。したがって、エンジン回転数の急負荷外乱抑制効
果を向上し、十分な省エネ化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるエンジン制御装
置が備えられる油圧駆動装置の油圧回路図である。

【図２】電子燃料噴射装置及びその制御系の概要を示す
図である。

【図３】ポンプコントローラの詳細機能を表すブロック
図である。

【図４】ポジコン制御部の詳細機能を表すブロック図で
ある。

【図５】入力トルク制限制御部の詳細機能を表すブロッ
ク図である。

【図６】予想トルク演算部の詳細機能を表すブロック図
である。

【図７】最大許容トルク演算部の詳細機能を表すブロッ
ク図である。

【図８】スピードセンシング部の詳細機能を表すブロッ
ク図である。

【図９】エンジンコントローラの詳細機能を表すブロッ
ク図である。

【図１０】油圧ポンプの負荷が時間とともに変化する場
合における、燃料噴射量及びエンジン回転数の変化の一
例を示す図である。

【図１１】本発明の第２の実施形態によるエンジン制御
装置が備えられる油圧駆動装置の油圧回路図である。

【図１２】ポンプコントローラの詳細機能を表すブロッ
ク図である。

【図１３】予想トルク演算部の詳細機能を表すブロック
図である。

【図１４】エンジンコントローラの詳細機能を表すブロ
ック図である。

【図１５】本発明の第３の実施形態によるエンジン制御
装置が備えられる油圧駆動装置の油圧回路図である。

【図１６】電子燃料噴射装置及びその制御系の概要を示
す図である。

【図１７】エンジンコントローラの詳細機能を表すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 油圧ポンプ ２ａ 斜板 ４ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ） ５ アームシリンダ（油圧アクチュエータ） ６ 操作レバー装置（流量指令手段） ７ 電子燃料噴射装置 ８ 操作レバー装置（流量指令手段） ９ レギュレータ（流量指令手段） １３ａ，ｂ パイロット管路（流量指令手段） １４ａ，ｂ パイロット管路（流量指令手段） １７ アクセル操作入力部（回転数入力手段） １９ ポンプコントローラ １９ａ ポジコン制御部（流量指令手段） １９ｂ 入力トルク制限制御部（流量指令手段） １９ｃ 最小値選択部（流量指令手段） １９ｄ 予想トルク演算部（負荷演算手段） １９ｅ 最大許容トルク演算部（流量指令手段） １９ｆ スピードセンシング部（流量指令手段） ２０ 圧力センサ（流量指令手段） ２１ 圧力センサ（流量指令手段） ２２ 圧力センサ（流量指令手段） ２３ 圧力センサ（流量指令手段） ２４ 圧力センサ（吐出圧検出手段） ２５ エンジンコントローラ（噴射制御手段） ２５ａ 減算部（駆動信号生成手段） ２５ｂ 比例積分微分演算部（駆動信号生成手段） ２５ｃ 乗算部（駆動信号生成手段） ２５ｄ 乗算部（補正手段） ２５ｅ 加算部（補正手段） ２６ 回転数センサ（回転数検出手段） ２８ 噴射ポンプ ２９ 噴射ノズル ３０ ガバナ機構（噴射制御手段） ３３ ガバナアクチュエータ（噴射量制御アクチ
ュエータ、噴射制御手段） ２０１ 傾転角センサ（傾転検出手段） ２１９ ポンプコントローラ ２１９ｄ 実トルク演算部（負荷演算手段） ２２５ エンジンコントローラ（噴射制御手段） ３０７ 燃料噴射装置 ３１９ ポンプコントローラ ３２５ エンジンコントローラ（噴射制御手段） ３２５ｂ 乗算部（補正手段） ３２５ｃ 加算部（補正手段） ３３０ ガバナ機構（噴射制御手段） ３３９ ステッピングモータ（噴射量制御アクチ
ュエータ、噴射制御手段） Ｎe エンジンの実回転数 Ｎr エンジンの目標回転数 Ｐs 油圧ポンプの吐出圧 ｑ 目標押しのけ容積 ｑe ポンプ実押しのけ容積 Ｔp 最大許容トルク Ｔpe ポンプ実吸収トルク Ｔpr ポンプ予想吸収トルク ｘ 駆動信号 ｘ1 補正前駆動信号 ｘ2 補正値 ｘ3 補正値 ｙ 駆動信号 ｙ1 補正前駆動信号 ｙ2 補正値 θ 傾転角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島村 忠利 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (56)参考文献 特開 平７−189764（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−1434（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−253787（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 29/00 - 29/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンと、このエンジンにより回転駆動
   され、複数の油圧アクチュエータを駆動する少なくとも
   １つの可変容量型の油圧ポンプと、前記複数の油圧アク
   チュエータを操作する複数の操作手段とを有する建設機
   械に設けられ、前記エンジンの目標回転数を設定入力す
   るための回転数入力手段と、前記エンジンの燃料噴射量
   を制御する噴射制御手段とを有し、かつ前記噴射制御手
   段が、前記目標回転数に応じた駆動信号により駆動す
   る、前記エンジンの燃料噴射量を決定するための噴射量
   制御アクチュエータを備えた建設機械のエンジン制御装
   置において、 前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する吐出圧検出手段
   と、前記操作手段の操作量に応じて算出されたポジディブ制
   御による目標押しのけ容積及び前記油圧ポンプの入力ト
   ルクが前記エンジンの出力トルク以下となるような入力
   トルク制限制御による目標押しのけ容積の最小値と、前
   記 吐出圧検出手段の検出値とから前記油圧ポンプの予想
   吸収トルクを算出する予想トルク演算手段とを有し、か
   つ、 前記噴射制御手段は、この予想トルク演算手段で求めた
   前記油圧ポンプの予想吸収トルクに基づき前記駆動信号
   を補正する補正手段を備えていることを特徴とする建設
   機械のエンジン制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のエンジン制御装置におい
   て、 前記エンジンの実回転数を検出する回転数検出手段をさ
   らに有し、かつ、前記噴射制御手段は、前記目標回転数
   と前記実回転数とに基づき前記噴射量制御アクチュエー
   タの駆動信号を生成する駆動信号生成手段を備えている
   ことを特徴とする建設機械のエンジン制御装置。