JP3565871B2

JP3565871B2 - 油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法

Info

Publication number: JP3565871B2
Application number: JP11704392A
Authority: JP
Inventors: 室田　　功; 直行守屋; 一仁中井
Original assignee: 新キャタピラー三菱株式会社
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: JPH05312062A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、油圧アクチュエーターと、油圧アクチュエーターを駆動する油圧を発生する油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動する油圧ポンプ駆動用エンジンと、油圧アクチュエーターの所望の動作速度を指令する制御信号を出力する操作器と、操作器の発生する制御信号に応じて油圧アクチュエーターに供給する油圧流量を制御し油圧アクチュエーターの動作速度を制御する弁装置とを有する建設機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の建設機械においては、油圧アクチュエーターに対する動作指令が無く、油圧アクチュエーターが動作を停止する時、油圧アクチュエーターに油圧を供給する油圧ポンプを駆動するエンジンの回転速度を通常運転回転数から所定の回転数まで減少させ、油圧アクチュエーターに対する動作指令が出て、油圧アクチュエーターが動作をする時、油圧アクチュエーターに油圧を供給する油圧ポンプを駆動するエンジンの回転速度を所定の回転数から通常運転回転数に戻していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の建設機械においては、油圧アクチュエーターに対する動作指令が無く油圧アクチュエーターが完全に動作を停止する時にのみ、油圧アクチュエーターに油圧を供給する油圧ポンプを駆動するエンジンの回転速度を通常運転回転数から所定の回転数まで減少させ、油圧アクチュエーターに対する動作指令が出て、油圧アクチュエーターが非常に小さな速度で動作をする時にも、油圧アクチュエーターに油圧を供給する油圧ポンプを駆動するエンジンの回転速度を所定の回転数から通常運転回転数に戻していたので、油圧アクチュエーターが非常に小さな速度で動作をする時には、エンジンの回転速度は通常運転回転数に保持され、必要以上にエンジン回転が高いので、燃料を無駄に消費し、騒音も常に大きかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、油圧アクチュエーターと、油圧アクチュエーターを駆動する油圧を発生する油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動する油圧ポンプ駆動用エンジンと、油圧アクチュエーターの所望の動作速度を指令する制御信号を出力する操作器と、操作器の発生する制御信号に応じて油圧アクチュエーターに供給する油圧流量を制御し油圧アクチュエーターの動作速度を制御する弁装置とを有する建設機械における、油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法において、所定時間中の操作器が出力する制御信号の変化を測定し、その時間中の最も大きい油圧アクチュエーター動作速度を指令する制御信号を検出し、検出された前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度を指令する制御信号に応じて、油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度を調節する。
検出された前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度を指令する制御信号に応じて、油圧ポンプ駆動用エンジンのガバナーの所望の動作位置を決定し、前記ガバナーの所望の動作位置に向けてガバナーの実際の動作位置を移動させることにより、油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度を調節する際は、前記油圧ポンプ駆動用エンジンのガバナーの所望の動作位置は制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度にほぼ比例して変化し、制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が減少すれば、油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度が減少するように前記油圧ポンプ駆動用エンジンのガバナーの所望の動作位置が変化し、制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が増加すれば、油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度が増加するように前記油圧ポンプ駆動用エンジンのガバナーの所望の動作位置が変化しても良い。更に、制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が減少する時、制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が減少を始めた後、所定の量だけ制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が減少してから、油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度が減少するように前記油圧ポンプ駆動用エンジンのガバナーの所望の動作位置が変化を始めても良い。
検出された前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度を指令する制御信号に応じて、油圧ポンプ駆動用エンジンの所望の運転速度を決定し、前記油圧ポンプ駆動用エンジンの所望の運転速度に向けて油圧ポンプ駆動用エンジンの実際の運転速度を変化させることにより、油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度を調節する際は、制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度と前記油圧ポンプ駆動用エンジンの所望の運転速度とはほぼ比例関係にあり、制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が減少すれば、油圧ポンプ駆動用エンジンの所望の運転速度が減少し、制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が増加すれば、油圧ポンプ駆動用エンジンの所望の運転速度が増加しても良い。更に、制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が減少する時、制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が減少を始めた後、所定の量だけ制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が減少してから、油圧ポンプ駆動用エンジンの所望の運転速度が減少を始めても良い。
油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度を調節する段階において、検出された制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が所定のレベルより高い時に油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度を減少させる速度は、検出された制御信号により指令される前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度が所定のレベル以下である時に油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度を変化させる速度より小さくても良い。
【０００５】
【作用】
本発明による油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法においては、所定時間中の操作器が出力する制御信号の変化を測定し、その時間中の最も大きい油圧アクチュエーター動作速度を指令する制御信号を検出し、検出された前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度を指令する制御信号に応じて、油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度を調節するので、油圧アクチュエーターが小さな速度で動作をする時には、エンジンの回転速度も小さな速度に維持され、油圧アクチュエーターが大きな速度で動作をする時には、エンジンの回転速度も大きな速度に維持される。従って、油圧アクチュエーターが動作をしない時のみならず、油圧アクチュエーターが小さな速度で動作をする時にもエンジンの回転速度が減少され、且つ、油圧アクチュエーターが非常に小さな速度で動作をする時にエンジンの回転速度が通常運転回転数に保持される事が防止され、必要以上にエンジン回転が上昇したり、燃料を無駄に消費したり、騒音が常に大きいことが無い。
【０００６】
【実施例】
図１には、本発明の一実施例としての建設機械の概略構成が示されている。建設機械のブームやスティックやショベル等（図示されず）を駆動するための油圧シリンダー１と油圧シリンダー２は、油圧シリンダー１と油圧シリンダー２に供給される油圧流量の制御やその方向の制御を行う、制御弁３と制御弁４により、それらの動作（動作量、動作速度、動作方向）を制御されている。制御弁３と制御弁４が油圧シリンダー１と油圧シリンダー２に供給する油圧流量やその方向は、操作器６や操作器７の操作レバー６１や操作レバー７１の中立位置（油圧シリンダー１と油圧シリンダー２に動作の停止を指令するための操作レバー６１や操作レバー７１の位置）からの変位量にほぼ比例して出力されるパイロット油圧の圧力（ＯＰＥ）に応じて制御される。或いは、操作レバー６１や操作レバー７１の中立位置からの変位量をポテンショメーターにより電気出力に変換し、操作レバー６１や操作レバー７１の変位量にほぼ比例して出力される操作器６や操作器７からの電圧或いは電流による電気出力（ＯＰＥ）の大きさとその極性に応じて、制御弁３と制御弁４が油圧シリンダー１と油圧シリンダー２に供給する油圧流量やその方向を制御しても良い。チェック弁８１とチェック弁８２とチェック弁８３により、操作器６や操作器７から出力されるパイロット油圧の中で最も高い圧力が、圧力センサー７に入力され、操作器６や操作器７が油圧シリンダー１と油圧シリンダー２に指令する最も大きい動作速度に相応するパイロット油圧の圧力（ＯＰＥＭＡＸ）が検出される。操作器６や操作器７からの電気出力（電圧或いは電流）の中で最も高いものが検出されて、操作器６や操作器７が油圧シリンダー１と油圧シリンダー２に指令する最も大きい動作速度に相応する電気出力（ＯＰＥＭＡＸ）が検出されても良い。
【０００７】
制御弁３と制御弁４を介して油圧シリンダー１と油圧シリンダー２に供給される、油圧シリンダー１と油圧シリンダー２を駆動する為の油圧は、ポンプ８により出力される。ポンプ８は、ガバナー９１の動作位置に応じてそのエンジン回転数が変化（図８参照）するエンジン９により駆動される。ガバナー９１の動作は、コントローラー１０によりその動作を制御されるアクチュエーター９２により制御され、アクチュエーター９２の動作状態は、フィードバックセンサー９３によりコントローラー１０に、ガバナー９１の実際の動作位置を示す信号ＦＢＫＧＯＶとしてフィードバックされる。従って、コントローラー１０の指令する通りに、アクチュエーター９２が動作し、ガバナー９１の動作を正確に制御する。エンジン９の出力回転数が、回転センサー９４により測定されて、エンジン９の実際の出力回転数を示す信号ＦＢＫＲＳが、回転センサー９４からコントローラー１０に出力されても良い。
【０００８】
操作器６や操作器７を通じての油圧シリンダー１と油圧シリンダー２への動作指令状態に応じて、エンジン９の出力回転数を調節する場合は、ＡＥＣスイッチ１２をオートデセル運転指示側にセットする。そのような調節を行わない場合は、ＡＥＣスイッチ１２を非オートデセル運転指示側にセットする。ＡＥＣスイッチ１２のセット状態は、信号ＡＥＣＳＴＡＴとしてコントローラー１０に読み込まれる。アクセルダイヤル１１は、ＡＥＣスイッチ１２が非オートデセル運転指示側にセットされ操作器６や操作器７を通じての油圧シリンダー１と油圧シリンダー２への動作指令状態に応じてエンジン９が減速されない時の所望のエンジン９の出力回転数ＳＥＴＲＳ又は所望のガバナー９１の動作位置ＳＥＴＧＯＶを指示する。アクセルダイヤル１１により指示されるエンジン９の回転数又は所望のガバナー９１の動作位置ＳＥＴＧＯＶは、更に、操作器６や操作器７を通じての油圧シリンダー１と油圧シリンダー２への動作指令状態に応じてエンジン９の出力回転数を調節する際の、エンジン９の出力回転数の許容限度の最高値或いはそれに対応するガバナー９１の動作位置としても使用される。アクセルダイヤル１１により指示される所望のガバナー９１の動作位置又は所望のエンジン９の出力回転数は、コントローラー１０に、信号ＳＥＴＧＯＶ又はＳＥＴＲＳとして読み込まれる。
【０００９】
図２から図５に、図１に示される実施例の制御方法の一例を示す。好適には約５〜１０秒毎に繰り返される、一つの制御サイクルについて説明する。始めに、ＡＥＣスイッチ１２がオートデセル運転指示側にセットされているか非オートデセル運転指示側にセットされているかを示す信号ＡＥＣＳＴＡＴと、エンジン９が減速されない時の所望のエンジン９の出力回転数ＳＥＴＲＳ又は所望のガバナー９１の動作位置ＳＥＴＧＯＶと、ガバナー９１の実際の動作位置を示す信号ＦＢＫＧＯＶ及び／又はエンジン９の実際の出力回転数を示す信号ＦＢＫＲＳが、コントローラー１０に読み込まれる。更に、好適には現在から約１〜１０秒前の間の操作器６や操作器７から出力されるパイロット油圧の圧力或いは電気出力を示す信号ＯＰＥをコントローラー１０に読み込み、記録しておく。
【００１０】
次に、所定の時間内（好適には現在から約１〜１０秒前の間）の操作器６や操作器７から出力されるパイロット油圧の圧力或いは電気出力を示す、記録された信号ＯＰＥの中で、油圧シリンダー１と油圧シリンダー２の最も大きい動作速度を指令する信号ＯＰＥを選びだし、それを制御信号ＯＰＥＭＡＸとする（図６を参照）。ＯＰＥＭＡＸとそれに対して所望のガバナー動作位置ＴＧＴＧＯＶとの関係、或いはＯＰＥＭＡＸとそれに対して所望のエンジン回転数ＴＧＴＲＳとの関係を予め定めておき、上記のように選びだされたＯＰＥＭＡＸから、所望のガバナー動作位置ＴＧＴＧＯＶ又は所望のエンジン回転数ＴＧＴＲＳを求める。予め定められるＯＰＥＭＡＸとそれに対して所望のガバナー動作位置ＴＧＴＧＯＶとの関係、或いはＯＰＥＭＡＸとそれに対して所望のエンジン回転数ＴＧＴＲＳとの関係の一例は、図７に示される。所望のガバナー動作位置ＴＧＴＧＯＶ又は所望のエンジン回転数ＴＧＴＲＳの最大値は、ＳＥＴＲＳ又はＳＥＴＧＯＶとされている。所望のガバナー動作位置ＴＧＴＧＯＶ又は所望のエンジン回転数ＴＧＴＲＳの最小値は、エンジン９が順調に回転するための最小回転数ＭＩＮＲＳ或いはそれに相応するガバナー動作位置ＭＩＮＧＯＶとされている。所望のガバナー動作位置ＴＧＴＧＯＶ或いは所望のエンジン回転数ＴＧＴＲＳが以前に比し増加する場合は、図７のヒステリシスを形成する二つの直線の左側の直線に沿って増加し、所望のガバナー動作位置ＴＧＴＧＯＶ或いは所望のエンジン回転数ＴＧＴＲＳが以前に比し減少する場合は、図７のヒステリシスを形成する二つの直線の右側の直線に沿って減少する。例えば、これまでＯＰＥＭＡＸと所望のガバナー動作位置ＴＧＴＧＯＶ或いは所望のエンジン回転数ＴＧＴＲＳがＸで示される点にあったとすれば、ＯＰＥＭＡＸが増加する場合は、ＯＰＥＭＡＸの増加に応じて直ちに前記左側の直線に沿って増加するが、ＯＰＥＭＡＸが減少する場合は、点線で示されるように、ＯＰＥＭＡＸが減少しても所望のガバナー動作位置ＴＧＴＧＯＶ或いは所望のエンジン回転数ＴＧＴＲＳは一定に保たれ、ある程度の量だけＯＰＥＭＡＸが減少した後に、ＯＰＥＭＡＸの減少に応じて前記左側の直線に沿って減少を始める。このような、ヒステリシス特性により、ガバナー動作位置ＴＧＴＧＯＶ或いは所望のエンジン回転数ＴＧＴＲＳが頻繁に変動することが防止され、エンジン回転数の調節が安定して行われる。以上に述べたヒステリシス特性を伴うガバナー動作位置制御は、本発明によるガバナー動作位置制御の何れの場合にも、適用され得る。
【００１１】
次に、操作器６や操作器７からの出力に応じてエンジン回転数の調節を行うかどうかの判断をする。ＡＥＣスイッチ１２がオートデセル運転指示側にセットされ、且つ、ＳＥＴＲＳ又はＳＥＴＧＯＶが、ＭＩＮＲＳ或いはＭＩＮＧＯＶを上回るようにセットされている場合は、操作器６や操作器７からの出力に応じてエンジン回転数の調節を行う。そうでない場合は、図２の▲１▼に到り、図４に示されるように、ＳＥＴＲＳ又はＳＥＴＧＯＶと、ＦＢＫＲＳ又はＦＢＫＧＯＶとを比較し、その差がある程度ｂ以上であるときは、その差が高速度で減少するようにガバナーを制御し、その差がある程度ｂ未満であるときは、ガバナーの動作位置をそのままに保持し、実際のエンジン回転数ＦＢＫＲＳ又はガバナー動作位置ＦＢＫＧＯＶをほぼＳＥＴＲＳ又はＳＥＴＧＯＶに保持する。図４の中のｂは、ガバナー動作位置が常に変動することを防止するためのもので、その程度は、実際に建設機械を運転した上で、適宜決定される。
【００１２】
操作器６や操作器７からの出力に応じてエンジン回転数の調節を行う場合は、先にのべたように決定されたＴＧＴＲＳ又はＴＧＴＧＯＶと、ＦＢＫＲＳ又はＦＢＫＧＯＶとを比較し、その差がある程度ａ以上であるときは、その差が減少するようにガバナー制御し、その差がある程度ａ未満であるときは、ガバナーの動作位置をそのままに保持し、実際のエンジン回転数ＦＢＫＲＳ又はガバナー動作位置ＦＢＫＧＯＶをほぼＴＧＴＲＳ又はＴＧＴＧＯＶに保持する。ａは、ガバナー動作位置が常に変動することを防止するためのもので、その程度は、実際に建設機械を運転した上で、適宜決定される。ＦＢＫＲＳ又はＦＢＫＧＯＶが、ＴＧＴＲＳ又はＴＧＴＧＯＶより大きい時、即ち、ガバナーの動作位置を減少させてエンジン回転数を減少させなければならない時は、▲３▼に到る。ＦＢＫＲＳ又はＦＢＫＧＯＶが、ＴＧＴＲＳ又はＴＧＴＧＯＶより小さい時、即ち、ガバナーの動作位置を増加させてエンジン回転数を増加させなければならない時は、ＦＢＫＲＳ又はＦＢＫＧＯＶとＴＧＴＲＳ又はＴＧＴＧＯＶとの差が高速度で減少するようにガバナーを制御してその動作位置を移動させる。
【００１３】
▲３▼に到った場合は、図３に示されるように、今回の制御サイクルで読み込まれたＳＥＴＲＳ又はＳＥＴＧＯＶと前回の制御サイクルで読み込まれたＳＥＴＲＳ’又はＳＥＴＧＯＶ’とを比較する。その差がある程度ｃ以上であるときは、ＦＢＫＲＳ又はＦＢＫＧＯＶとＴＧＴＲＳ又はＴＧＴＧＯＶとの差が高速度で減少するようにガバナーを制御してその動作位置を移動させる。その差がｃ未満であるときは、ＯＰＥＭＡＸが、油圧シリンダー１と油圧シリンダー２の所望の動作速度としてほぼ零、即ち、油圧シリンダー１と油圧シリンダー２の両方の動作停止を指令しているか否かを、判断する。ＯＰＥＭＡＸを参照する事により、油圧シリンダー１と油圧シリンダー２の両方の動作停止が指令されていると判断された場合は、ＦＢＫＲＳ又はＦＢＫＧＯＶとＴＧＴＲＳ又はＴＧＴＧＯＶとの差が高速度で減少するようにガバナーを制御してその動作位置を移動させる。油圧シリンダー１と油圧シリンダー２の両方の動作停止が指令されていないと判断された場合は、ＦＢＫＲＳ又はＦＢＫＧＯＶとＴＧＴＲＳ又はＴＧＴＧＯＶとの差が、徐々にゆっくりと減少するようにガバナーを制御してその動作位置を移動させる。
【００１４】
図２から図４において、▲２▼に到った場合は、図５に示されるように、コントローラー１０内に記録されていた前回の制御サイクルで読み込まれたＳＥＴＲＳ’又はＳＥＴＧＯＶ’を、今回の制御サイクルで読み込まれたＳＥＴＲＳ又はＳＥＴＧＯＶに置き換えてコントローラー１０内に記録する。その後、制御サイクルの始まりに戻る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による建設機械の構成を示す概略図。
【図２】本発明による建設機械の制御方法の一部を示すフローチャート。
【図３】本発明による建設機械の制御方法の一部を示すフローチャート。
【図４】本発明による建設機械の制御方法の一部を示すフローチャート。
【図５】本発明による建設機械の制御方法の一部を示すフローチャート。
【図６】時間経過とシリンダー動作速度を指令する信号（ＯＰＥ）との関係を示す線図。
【図７】ＯＰＥＭＡＸとＴＧＴＧＯＶ又はＴＧＴＲＳとの関係を示す線図。
【図８】ガバナー動作位置と無負荷時のエンジン回転数との関係を示す線図。
【符号の説明】
１シリンダー
２シリンダー
３制御弁
４制御弁
６操作器
７操作器
９エンジン
１０コントローラー

Claims

油圧アクチュエーターと、油圧アクチュエーターを駆動する油圧を発生する油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動する油圧ポンプ駆動用エンジンと、油圧アクチュエーターの所望の動作速度を指令する制御信号を出力する操作器と、操作器の発生する制御信号に応じて油圧アクチュエーターに供給する油圧流量を制御し油圧アクチュエーターの動作速度を制御する弁装置とを有する建設機械における、油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法であり、
所定時間中の操作器が出力する制御信号の変化を測定し、その時間中の最も大きい油圧アクチュエーター動作速度を指令する制御信号を検出する段階と、
検出された前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度を指令する制御信号に応じて、油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度を調節する段階と、を有する油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法。
請求項１に記載される、油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法であり、検出された前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度を指令する制御信号に応じて、油圧ポンプ駆動用エンジンのガバナーの所望の動作位置を決定し、前記ガバナーの所望の動作位置に向けてガバナーの実際の動作位置を移動させることにより、油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度を調節する、油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法。
請求項１に記載される、油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法であり、検出された前記最も大きい油圧アクチュエーター動作速度を指令する制御信号に応じて、油圧ポンプ駆動用エンジンの所望の運転速度を決定し、前記油圧ポンプ駆動用エンジンの所望の運転速度に向けて油圧ポンプ駆動用エンジンの実際の運転速度を変化させることにより、油圧ポンプ駆動用エンジンの運転速度を調節する、油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法。
請求項１に記載される、油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法であり、操作器から出力される油圧アクチュエーターの所望の動作速度を指令する制御信号は、運転手が操作器を操作するために移動される操作部材の位置に応じて出力される、油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法。
請求項１に記載される、油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法であり、操作器から出力される油圧アクチュエーターの所望の動作速度を指令する制御信号は、油圧の変化により出力され、その油圧の変化に応じて、弁装置は油圧アクチュエーターに供給する油圧流量を制御し油圧アクチュエーターの動作速度を制御する、油圧ポンプ駆動用エンジンの制御方法。