JP3748759B2 - ポンプ駆動エンジンの回転数制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械などに備えられるポンプ駆動エンジンの回転数制御装置に係り、特に騒音を抑制できるポンプ駆動エンジンの回転数制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は本発明の対象とするポンプ駆動エンジンの回転数制御装置が備えられる油圧駆動装置の一例を示す油圧回路図、図10は従来のポンプ駆動エンジンの回転数制御装置の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図、図11は図9に示す油圧駆動装置において得られるポンプ吐出圧・ポンプ押しのけ容積特性、およびポンプ吐出圧・ポンプ入力トルク特性を示す図、図12は図10に示す従来技術によって得られる実エンジン回転数・エンジン出力トルク特性を示す図である。
【0003】
これらの図9〜12により、一般的な油圧駆動装置の構成と、このような油圧駆動装置に備えられる従来のポンプ駆動エンジンの回転数制御装置について説明する。
【0004】
図9に示す油圧駆動装置は、例えば油圧ショベルに備えられるもので、エンジン4と、このエンジン4によって駆動する可変容量型の油圧ポンプすなわちメインポンプ5、及びパイロットポンプ6と、メインポンプ5の吐出量を制御する油圧レギュレータ10と、メインポンプ5から吐出される圧油によって駆動するブームシリンダ、アームシリンダ等のアクチュエータ13と、メインポンプ5からアクチュエータ13に供給される圧油の流れを制御するメインスプール7と、このメインスプール7を切換操作する操作レバー11と、この操作レバー11の操作に応じて作動し、パイロットポンプ6の圧油をメインスプール7の両端部のいずれかの制御室に供給するパイロットバルブ11a,11bと、メインスプール7に一体に設けられ、メインスプール7の中立時にパイロットバルブ11a,11bと作動油タンク12とを連通させるサブスプール8とを備えている。
【0005】
また、メインポンプ5を駆動するエンジン4の目標回転数を指示する回転数指示手段、すなわちスロットル2と、メインポンプ5の吐出圧を検出する圧力検出手段、すなわちポンプ圧力センサ9と、エンジン4に供給される燃料の噴射量を調節するガバナ4aと、このガバナ4aを回動させるモータ3とを備えている。ガバナ4aとモータ3とにより、エンジン4の実回転数を制御するいわゆるメカガバナより成る回転数調整装置が構成されている。
【0006】
さらに、上述の回転数調整装置を構成するモータ3を作動させる目標エンジン回転数を出力する制御をおこなうとともに、実エンジン回転数とエンジン出力トルクとの関係における当該エンジン出力トルクの変化に対しての当該実エンジン回転数の描く軌跡を、エンジン4の構造に伴って決定される無負荷時の最高回転数よりも低い回転数領域内に位置するように予め設定する回転数軌跡設定手段を含むコントローラ1を備えている。
【0007】
上述した各構成のうち、本発明の対象とするポンプ駆動エンジンの回転数制御装置は、主に、コントローラ1と、スロットル2と、モータ3と、ガバナ4aと、ポンプ圧力センサ9とによって構成されている。
【0008】
なお、同図9に示すメインポンプ5は図11に示すように、ポンプ吐出圧Pの増加に応じてポンプ押しのけ容積qが小さくなる特性(P−q線図)を有することが知られている。このP−q線図に伴い、ポンプ吐出圧Pとポンプ入力トルクTpとの関係は、同図11に示す山形を形成するP−Tp線図のようになる。
【0009】
従来のポンプ駆動エンジンの回転数制御装置の要部を構成するコントローラ1は、図10に示すように、ポンプ圧力センサ9で検出されたポンプ吐出圧Pに応じた大きさのポンプ入力トルクTpを求めて出力する関数発生器1bと、この関数発生器1bから出力されたポンプ入力トルクTpに応じたエンジン出力トルクTを求める演算器1cと、この演算器1cから出力されたエンジン出力トルクTに応じた大きさのエンジン回転数演算値NAを求めて出力する関数発生器1dと、前述した図9に示すスロットル2から出力された指示信号、すなわちスロットル電圧Vに応じた大きさのエンジン回転数演算値NBを求めて出力する関数発生器1aと、上述の関数発生器1dから出力されたエンジン回転数演算値NAと関数発生器1aから出力されたエンジン回転数演算値NBのうちの小さい方の値を選択して目標エンジン回転数とし、この目標エンジン回転数に相当する駆動信号をモータ3に出力する選択器1eとを備えている。
【0010】
上述した各関数発生器のうちの関数発生器1dは、実エンジン回転数の描く軌跡を、無負荷時の最高回転数よりも小さい回転数領域内に位置するように予め設定する上述の回転数軌跡設定手段を構成するものであり、エンジン出力トルクTの増加に応じて直線的に、すなわち比例して増加するエンジン回転数演算値NAの関係が設定されている。エンジン出力トルクTが例えばTmin、T1、T2、Tmaxと増加するに従って、エンジン回転数演算値NAは、Nr1、Nr2、Nr3、Nr4と増加する関係となっている。
【0011】
上述したコントローラ1の構成を含む図9に示す油圧駆動装置では、エンジン4を作動させてメインポンプ5、パイロットポンプ6を駆動させている状態において操作レバー11を操作し、例えばパイロットバルブ11bが作動すると、パイロットポンプ6から吐出される圧油がメインスプール7の同図9の右側の制御室に与えられ、これによりメインスプール7は右位置に切換えられる。これに伴い、メインポンプ5から吐出される圧油がメインスプール7を介してアクチュエータ13のボトム室13bに与えられ、ピストン13aが伸長する。このピストン13aの伸長動作により該当するブーム、アーム等の作業機が作動し、掘削作業等が実施される。
【0012】
このような動作の間、ポンプ圧力センサ9によってポンプ吐出圧Pが検出され、コントローラ1の関数発生器1bでポンプ吐出圧Pに応じたポンプ入力トルクTpが求められ、このポンプ入力トルクTpに応じて演算器1cでエンジン出力トルクTが求められ、関数発生器1dでエンジン出力トルクTに応じたエンジン回転数演算値NAが求められる。ここで、スロットル2がフル操作され、関数発生器1aでエンジン回転数演算値NBがNr4となっているような場合には、選択器1eでは、主に小さい値を形成するエンジン回転数演算値NAが目標エンジン回転数として選択され、該当する値の駆動信号がモータ3に出力される。これによりモータ3が駆動してガバナ4aを適宜回動させ、エンジン4に供給される燃料の噴射量が調節される。この調節に応じてエンジン4の実回転数が制御される。
【0013】
なお、スロットル2によって出力されたスロットル電圧Vが例えばV1で、エンジン回転数演算値NBが、前述したNr1よりも小さくなるNminとなるような場合には、選択器1eではエンジン回転数演算値NBが目標エンジン回転数として選択され、該当する値の駆動信号がモータ3に出力される。これにより、上述のようにモータ3が駆動し、ガバナ4aが適宜回動し、燃料噴射量が調節され、エンジン4の実回転数が例えば負荷によりエンストを生じない最小回転数であるアイドル回転数に制御される。
【0014】
ここで実エンジン回転数・エンジン出力トルク特性は図12に示すものであり、エンジン4の構造に伴って決定される無負荷時、すなわち同図12に示すエンジン出力トルクTが最小のTminの時で、ガバナ4aが最高の高さ位置であるガバナ位置Dとなるときに、実エンジン回転数が最高回転数N4となる。掘削作業等が中断されているときなどに、この状態になると、高いエンジン音が発生する。また、エンジン1を冷却するファンの音も高くなる。これらの相乗により騒音が発生し、オペレータや当該油圧ショベルの周囲に不快感を与えやすい。
【0015】
なお、同図12のガバナ位置Dにあって、エンジン出力トルクTが最大のTmaxのときに定格回転ポイント20に至り、このときの実エンジン回転数が定格回転数N3となる。
【0016】
上述した従来技術では、コントローラ1の関数発生器1dの設定により、エンジン出力トルクTがTminのときには、ガハナ位置Dに比べて低いガバナ位置Aとして、エンジン回転数演算値NAをNr1と低い値となるように設定してある。すなわち、図12のTminのラインと、ガバナ位置Aのラインとの交点が定格回転数N3のライン上に位置するように予め設定されている。
【0017】
また、エンジン出力トルクTがTminよりも大きくなったT1のときには、ガバナ位置Aよりも高くなるもののガバナ位置Dに比べて低いガバナ位置Bとして、エンジン回転数演算値NAをNr1より高いNr2となるように設定してある。すなわち、図12のT1のラインとガバナ位置Bのラインとの交点が定格回転数N3のライン上に位置するように予め設定されている。
【0018】
また、エンジン出力トルクTがT1よりも大きくなったT2のときには、ガバナ位置Bよりも高くなるもののガバナ位置Dに比べて低いガバナ位置Cとして、エンジン回転数演算値NAをNr2より高いNr3となるように設定してある。すなわち、図12のT2のラインとガバナ位置Cのラインとの交点が定格回転数N3のライン上に位置するように予め設定されている。
【0019】
なお、関数発生器1dのエンジン回転数演算値Nr3よりも大きいNr4は、図12に示す定格回転数N3を与える回転数演算値である。
【0020】
関数発生器1dにおいて、上述のようにエンジン出力トルクTとエンジン回転数演算値NAの関係を予め設定することにより、エンジン出力トルクTの変化に対して実エンジン回転数が描く軌跡、すなわち図12に示すエンジン回転数軌跡21は、無負荷時の最高回転数N4よりも低い回転数領域内に位置する定格回転数N3上に保たれる。
【0021】
これにより上述した図10等に示す従来技術にあっては、エンジン出力トルクTの変動にかかわらずエンジン4の実回転数を安定に保つことができるとともに、最高回転数N4よりも低い定格回転数N3でエンジン4を回転させることができるので、騒音を抑制させることができる。
【0022】
上述した従来技術に相当する公知技術としては、特開平3−213632号公報に示されるものがある。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図10等に示す従来の回転数制御装置では、エンジン出力トルクTの変動にかかわらず実エンジン回転数を無負荷時の最高回転数N4よりも低い定格回転数N3とすることができるので騒音を抑制できる。しかしながら、本来出し得るエンジン回転数である最高回転数N4よりも低い回転数に常時保つことから、図9に示すメインポンプ5の吐出量に制約を受け、このため作業の種類によっては望ましい作業性が得られないことがある。
【0024】
例えば、当該油圧ショベルで実施されるアームクラウド操作とか、加速動作終了後の旋回操作などの軽負荷時、例えばエンジン出力トルクTが図12のT1となるような時でも、実エンジン回転数が最高回転数N4よりも低い定格回転数N3であることから、メインポンプ5の吐出量を増量させることができず、このため該当する操作の速度が遅くなり、作業性の向上を見込めない問題がある。
【0025】
本発明は、上記した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、騒音を低減できるとともに、軽負荷時におけるメインポンプの吐出量を増量させることができるポンプ駆動エンジンの回転数制御装置を提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ポンプを駆動するエンジンの目標回転数を指示する回転数指示手段と、上記エンジンの実回転数を制御する回転数調整装置と、上記ポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段と、上記回転数指示手段から出力される信号、及び上記圧力検出手段から出力される信号を入力し、上記回転数調整装置を作動させる目標エンジン回転数を出力する制御をおこなうとともに、実エンジン回転数とエンジン出力トルクとの関係における当該エンジン出力トルクの変化に対しての当該実エンジン回転数の描く軌跡を、上記エンジンの構造に伴って決定される無負荷時の最高回転数よりも低い回転数領域内に位置するように予め設定する回転数軌跡設定手段を含むコントローラとを備えたポンプ駆動エンジンの回転数制御装置において、上記コントローラに含まれる上記回転数軌跡設定手段は、最大トルク値よりも小さく設定された所定のトルク値よりも小さく、最小トルク値よりも大きい上記エンジン出力トルクに応じて上記実エンジン回転数を、上記エンジン出力トルクが最大の時の実エンジン回転数である定格回転数よりも高くさせ得るように、上記軌跡を設定する設定手段からなる構成にしてある。
【0027】
このように構成した本発明にあっては、基本的には、コントローラに含まれる回転数軌跡設定手段によって実エンジン回転数が描く軌跡を、無負荷時の最高回転数よりも低い領域内に保持するので、エンジンの回転数の上昇が制限され騒音を抑制することができる。また特に、回転数軌跡設定手段により、実エンジン回転数を定格回転数よりも高くさせ得るようにしてあることから、軽負荷時であってエンジン出力トルクが小さい場合に、定格回転数よりも高い実エンジン回転数とすることができ、ポンプの吐出量を増量させることができる。
【0028】
なお、上述した回転数軌跡設定手段は、上記エンジン出力トルクが所定の小さな値であるときの実エンジン回転数を、上記定格回転数に一致させるように上記軌跡を設定する設定手段から成るものであってもよい。
【0029】
また、上述した回転数軌跡設定手段は、上記エンジン出力トルクが所定の小さな値であるときの実エンジン回転数を、上記定格回転数よりも低くさせるように上記軌跡を設定する設定手段から成るものであってもよい。
【0030】
また、上述した回転数軌跡設定手段は、上記エンジン出力トルクが所定の小さな値であるときの実エンジン回転数を、上記定格回転数よりも高くさせるように上記軌跡を設定する設定手段から成るものであってもよい。
【0031】
このようなポンプ駆動エンジンの回転数制御装置は、ポンプから吐出される圧油に応じて駆動する作業機を有する機械、例えばブームやアームを有する油圧ショベルに設けるのに好適である。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下,本発明のポンプ駆動エンジンの回転数制御装置の実施形態を図に基づいて説明する。
【0033】
図1は本発明の第1実施形態の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図、図2は図1に示す第1実施形態によって得られる実エンジン回転数・エンジン出力トルク特性を示す図である。なお、本実施形態及び後述する各実施形態も例えば前述した図9に示すような油圧駆動装置に設けられるものであり、当該油圧駆動装置は、例えば油圧ショベルに備えられるようになっている。したがって、以下の説明にあっては、必要に応じて前述した図9に示す符号を用いて説明をおこなう。
【0034】
また、図1は前述した図10に対応させて描いてあり、図2は前述した図12に対応させて描いてある。図1,2において前述したものと同等のものは同じ符号で示してある。
【0035】
はじめに、前述と重複するが、この第1実施形態のポンプ駆動エンジン回転数制御装置の概略構成について説明する。
【0036】
この第1実施形態も、メインポンプ5を駆動するエンジン4の目標回転数を指示する回転数指示手段、すなわちスロットル2と、メインポンプ5の吐出圧を検出する圧力検出手段、すなわちポンプ圧力センサ9と、エンジン4に供給される燃料の噴射量を調節するガバナ4aと、このガバナ4aを回動させるモータ3とを備えている。ガバナ4aとモータ3とにより、エンジン4の実回転数を制御するいわゆるメカガバナから成る回転数調整装置が構成されている。また、この回転数調整装置を構成するモータ3を作動させる目標エンジン回転数を出力する制御をおこなうとともに、実エンジン回転数とエンジン出力トルクTとの関係における当該エンジン出力トルクTの変化に対しての当該実エンジン回転数の描く軌跡を、エンジン4の構造に伴なって決定される無負荷時の最高回転数N4よりも低い回転数領域内に位置するように予め設定する回転数軌跡設定手段を含むコントローラ1を備えている。
【0037】
このコントローラ1は、図1に示すように、ポンプ圧力センサ9で検出されたポンプ吐出圧Pに応じた大きさのポンプ入力トルクTpを求めて出力する関数発生器1bと、この関数発生器1bから出力されたポンプ入力トルクTpに応じたエンジン出力トルクTを求める演算器1cと、この演算器1cから出力されたエンジン出力トルクTに応じた大きさのエンジン回転数演算値NAを求めて出力する関数発生器1f1と、スロットル2から出力された指示信号、すなわちスロットル電圧Vに応じた大きさのエンジン回転数演算値NBを求めて出力する関数発生器1aと、関数発生器1f1から出力されたエンジン回転数演算値NAと関数発生器1aから出力されたエンジン回転数演算値NBのうちの小さい方の値を選択して目標エンジン回転数とし、この目標エンジン回転数に相当する駆動信号をモータ3に出力する選択器1eとを備えている。
【0038】
上述した関数発生器1f1は、実エンジン回転数の描く軌跡を、無負荷時の最高回転数N4よりも小さい回転数領域内に位置するように予め設定するとともに、実エンジン回転数を、エンジン出力トルクTが最大の時の実エンジン回転数である定格回転数N3よりも高くさせ得るように、上述の軌跡を設定する回転数軌跡設定手段を構成している。
【0039】
同図1に示すように、関数発生器1f1のエンジン出力トルクTとエンジン回転数演算値NAとの関係は、エンジン出力トルクTがたとえばTmin、T3、T1、T2、Tmaxと増加するに伴って、エンジン回転数演算値NAが、Nr1、Nr2、Nr3、Nr4と上に凸の曲線状に増加する関係にしてある。
【0040】
このような関数発生器1f1を設けたことにより、この第1実施形態にあっては、同図1に示すように、エンジン出力トルクTがTminのときは、ガバナ位置Dに比べて低いガバナ位置Aとして、エンジン回転数演算値NAをNr1と低い値となるように設定してある。すなわち、図2のTminのラインと、ガバナ位置Aのラインとの交点が定格回転数N3に一致するように予め設定されている。
【0041】
そして、エンジン出力トルクTがTminよりもわずかに大きくなったT3のときには、ガバナ位置Aよりも高くなるもののガバナ位置Dに比べて低いガバナ位置Bとして、エンジン回転数演算値NAをNr1より高いNr2となるように設定してある。このとき、同図1の関数発生器1f1のエンジン出力トルクTとエンジン回転数演算値NAの関係が上に凸の曲線であることにより、図2のT3のラインとガバナ位置Bのラインの交点である実エンジン回転数23は、定格回転数N3より大きく、最高回転数N4より小さいN5となる。
【0042】
また、エンジン出力トルクTがT3よりも大きいT1のときには、ガバナ位置Bよりも高くなるもののガバナ位置Dに比べて低いガバナ位置Cとして、エンジン回転数演算値NAをNr2より高いNr3となるように設定してある。このとき、前述と同様に同図1の関数発生器1f1のエンジン出力トルクTとエンジン回転数演算値NAの関係が上に凸となる曲線の関係であることから、図2のT1のラインとガバナ位置Cのラインの交点である実エンジン回転数は、前述の実エンジン回転数N5より大きく、最高回転数N4より小さいN6となる。
【0043】
また、エンジン出力トルクTがT1よりも大きいT2のときには、ガバナ位置Cよりも高くなる最高のガバナ位置Dとして、エンジン回転数演算値NAをNr3より高いNr4となるように設定してある。すなわち、同図2のT2のラインとガバナ位置Dのラインの交点が、前述した実エンジン回転数N6のライン上に位置するように予め設定されている。
【0044】
エンジン出力トルクTがT2からTmaxの間では、関数発生器1f1のエンジン回転数演算値NAはNr4に保持される。すなわち、同図2の実エンジン回転数N6と定格回転数N3との間の実エンジン回転数となるように予め設定されている。
【0045】
図2の22は、この第1実施形態におけるエンジン回転数軌跡を示している。
【0046】
このように構成した第1実施形態では、図9に示すエンジン4の駆動によりメインポンプ5から圧油を吐出させて該当する作業をおこなつている間、ポンプ圧力センサ9によってポンプ吐出圧Pが検出され、コントローラ1の関数発生器1bでポンプ吐出圧Pに応じたポンプ入力トルクTpが求められ、このポンプ入力トルクTpに応じて演算器1cでエンジン出力トルクTが求められ、関数発生器1f1でエンジン出力トルクTに応じたエンジン回転数演算値NAが求められる。ここで、スロットル2がフル操作され関数発生器1aでエンジン回転数演算値NBがNr4となっているような場合には、選択器1eでは主に小さい方の値を形成するエンジン回転数演算値NAが目標エンジン回転数として選択され、該当する値の駆動信号がモータ3に出力される。これによりモータ3が駆動してガバナ4aを適宜回動させ、エンジン4に供給される燃料の噴射量が調節される。この調節に応じてエンジン4の実回転数が制御される。
【0047】
なお、スロットル2によって出力されたスロットル電圧が例えばV1で、エンジン回転数演算値NBがNr1よりも小さくなるNminとなるような場合には、エンジン回転数演算値NBが目標エンジン回転数として選択され、該当する値の駆動信号がモータ3に出力される。これにより上述のようにモータ3が駆動し、ガバナ4aが適宜回動し、燃料噴射量が調節され、実エンジン回転数が例えば負荷によりエンストを生じない最小回転数であるアイドル回転数に制御される。
【0048】
このように構成した第1実施形態にあっては、図2のエンジン回転数軌跡22で示すように、エンジン出力トルクTの変動にかかわらず、実エンジン回転数を、無負荷時に得られる最高回転数N4よりも低い回転数とすることができ、これにより騒音を抑制でき、オペレータや当該油圧ショベルの周囲に与える不快感を軽減できる。
【0049】
また、当該油圧ショベルで実施されるアームクラウド操作とか、加速動作終了後の旋回操作などの軽負荷時、たとえばエンジン出力トルクTが図2のT1となるときでも、実エンジン回転数を定格回転数N3より大きいN6とすることができる。これによりメインポンプ5の吐出量を増量させることができ、該当する動作の速度を速くして、作業性を向上させることができる。
【0050】
図3は本発明の第2実施形態の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図、図4は図3に示す第2実施形態によって得られる実エンジン回転数・エンジン出力トルク特性を示す図である。
【0051】
この第2実施形態は、コントローラ1に含まれる回転数軌跡設定手段、すなわち関数発生器1f2だけが、前述した第1実施形態と異なっている。他の構成は前述した第1実施形態と同等である。
【0052】
この第2実施形態における関数発生器1f2は、実エンジン回転数の描く軌跡を、無負荷時の最高回転数N4よりも小さい回転数領域内に位置するように予め設定するとともに、実エンジン回転数を、定格回転数N3よりも高くさせ得るように、かつ、エンジン出力トルクが所定の小さな値、すなちT4の時の実エンジン回転数を、定格回転数N3よりも低くさせるように、上述の軌跡を設定するものである。
【0053】
同図3に示すように、関数発生器1f2のエンジン出力トルクTとエンジン回転数演算値NAの関係は、エンジン出力トルクTがたとえばT4,T3,T1と増加するに従って、エンジン回転数演算値NAが、Nr5,Nr2,Nr3と上に凸の曲線状に増加し、エンジン出力トルクTがT1からT2と増加するに従って、エンジン回転数演算値NAが、Nr3からNr4に直線的に、すなわち比例して増加し、エンジン出力トルクTがT2からTmaxと増加するに従って、一定のエンジン回転数Nr4をとる関係となっている。
【0054】
このような関数発生器1f2を設けたことにより、この第2実施形態にあっては、同図3に示すように、エンジン出力トルクTがT4のときには、ガバナ位置Dに比べて低いガバナ位置A1、すなわち前述した第1実施形態に係る図2に示すガバナ位置Aよりもさらに低いガバナ位置A1として、エンジン回転数演算値NAを前述した第1実施形態に係る図1の関数発生器1f1のNr1よりもさらに低いNr5となるように設定してある。すなわち、図4のT4のラインと、ガバナ位置A1のラインとの交点である実エンジン回転数25が、定格回転数N3よりも低いN7となるように予め設定されている。
【0055】
エンジン出力トルクTがT4よりも大きいT3のときには、ガバナ位置A1よりも高くなるもののガバナ位置Dに比べて低いガバナ位置Bとして、エンジン回転数演算値NAをNr5より高いNr2となるように設定してある。このとき、同図3の関数発生器1f2中に示すエンジン出力トルクTとエンジン回転数演算値NAの関係が上に凸の曲線であることにより、図4のT3のラインとガバナ位置Bのラインの交点である実エンジン回転数は、定格回転数N3より大きく、最高回転数N4より小さいN5となる。
【0056】
また、エンジン出力トルクTがT3よりも大きいT1のときには、ガバナ位置Bよりも高くなるもののガバナ位置Dに比べて低いガバナ位置Cとして、エンジン回転数演算値NAをNr2より高いNr3となるように設定してある。このとき、前述と同様に同図3の関数発生器1f2中に示すエンジン出力トルクTとエンジン回転数演算値NAの関係が上に凸の曲線であることから、図2のT2のラインとガバナ位置Cのラインの交点である実エンジン回転数は、前述の実エンジン回転数N5より大きく、最高回転数N4より小さいN6となる。
【0057】
また、エンジン出力トルクTがT1からT2の間では、エンジン回転数演算値NAはNr3からNr4の間で比例的に増加するようになっている。すなわち、図4のT2のラインとガバナ位置Dのラインの交点である実エンジン回転数が、前述したN6上に位置するように予め設定されている。
【0058】
エンジン出力トルクがT2からTmaxの間では、エンジン回転数演算値NAはNr4に保持される。すなわち、図4の実エンジン回転数N6と定格回転数N3との間の実エンジン回転数となるように予め設定されている。
【0059】
図4の24は、この第2実施形態におけるエンジン回転数軌跡を示している。
【0060】
このように構成した第2実施形態にあっても、前述した第1実施形態におけるのと同様に、騒音の抑制による不快感の軽減と、メインポンプ5の吐出量の増量による作業性の向上を実現できる。特に、エンジン出力トルクTが所定の小さい値であるT4のときには、実エンジン回転数を定格回転数N3よりもさらに小さな回転数N7とすることができ、騒音の抑制に貢献し、当該油圧ショベルの非操作時の燃費を低減させることができる。
【0061】
図5は本発明の第3実施形態の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図、図6は図5に示す第3実施形態によって得られる実エンジン回転数・エンジン出力トルク特性を示す図である。
【0062】
この第3実施形態も、コントローラ1に含まれる回転数軌跡設定手段、すなわち関数発生器1f3だけが、前述した第1,第2実施形態と異なっている。他の構成は前述した第1,第2実施形態と同等である。
【0063】
この第3実施形態における関数発生器1f3は、実エンジン回転数の描く軌跡を、無負荷時の最高回転数N4よりも小さい回転数領域内に位置するように予め設定するとともに、実エンジン回転数を、定格回転数N3よりも高くさせ得るように、かつ、エンジン出力トルクが所定の小さい値、すなわちT3の時の実エンジン回転数を、定格回転数N3よりも高くさせるように、上述の軌跡を設定するものである。
【0064】
同図5に示すように、関数発生器1f3のエンジン出力トルクTとエンジン回転数演算値NAとの関係は、エンジン出力トルクTが、前述した図10に示す関数発生器1dのエンジン出力トルクTの最小値Tminよりもわずかに大きいT3、T3より大きいT1、T1より大きいT2と増加するに従って、エンジン回転数演算値NAが、Nr2,Nr3,Nr4と直線的に、すなわち比例して増加し、エンジン出力トルクTがT2からTmaxと増加するに従って、一定のエンジン回転数演算値Nr4をとる関係となっている。
【0065】
このような関数発生器1f3を設けたことにより、この第3実施形態にあっては、同図5に示すように、エンジン出力トルクTが所定の小さな値T3のときには、ガバナ位置Dに比べて低いガバナ位置Bとして、エンジン回転数演算値NAを、Nr2となるように設定してある。すなわち、図6のT3のラインと、ガバナ位置Bのラインとの交点である実エンジン回転数27が、定格回転数N3よりもわずかに高いN5となるように予め設定されている。
【0066】
エンジン出力トルクTがT3よりも大きくなったT1のときには、ガバナ位置Bよりも高くなるもののガバナ位置Dに比べて低いガバナ位置Cとして、エンジン回転数演算値NAをNr2より高いNr3となるように設定してある。このとき、同図5の関数発生器1f3中に示すエンジン出力トルクTとエンジン回転数演算値NAの関係が比例関係であることにより、図6のT1のラインと、ガバナ位置Cのラインの交点は、前述した実エンジン回転数N5のライン上に位置する。すなわち、このときの実エンジン回転数はN5に保たれる。
【0067】
また、エンジン出力トルクTがT1よりも大きいT2のときには、ガバナ位置Dとして、エンジン回転数演算値NAをNr3より高いNr4となるように設定してある。このとき、前述したように同図5の関数発生器1f3中に示すエンジン出力トルクTとエンジン回転数演算値NAの関係が比例関係であることにより、図6のT2のラインと、ガバナ位置Dのラインの交点は、実エンジン回転数N5のライン上に位置する。このときも実エンジン回転数はN5に保たれる。
【0068】
エンジン出力トルクTがT2からTmaxの間では、エンジン回転数演算値NAはNr4に保持される。すなわち、図6の実エンジン回転数N5と定格回転数N3との間の実エンジン回転数となるように予め設定されている。
【0069】
図6の26は、この第3実施形態におけるエンジン回転数軌跡を示している。
【0070】
このように構成した第3実施形態にあっても、前述した第1実施形態におけるのと同様に、騒音の抑制による不快感の軽減と、メインポンプ5の吐出量の増量による作業性の向上を実現できる。特に、エンジン出力トルクTが比較的小さいT1前後にあっては、エンジン出力トルクTの変動にかかわらず、実エンジン回転数がN5に保たれることから、メインポンプ5の吐出量を安定して供給でき、微操作作業等において精度の高い作業を実現できる。
【0071】
図7は本発明の第4実施形態の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図である。
【0072】
この第4実施形態では、メインポンプが複数、例えば2つのポンプから成り、それぞれのポンプの吐出圧を検出するポンプ圧センサを設けてある。コントローラ1は、2つのポンプ圧センサから出力されるポンプ吐出圧のうちの大きい方を選択する選択器1gを備え、この選択器1gで選択されたポンプ吐出圧Pが関数発生器1bに出力されるようになっている。その他の構成は前述した第1実施形態と同等である。
【0073】
このように複数のメインポンプを備えた第4実施形態であっても、メインポンプの吐出圧のうちの最大のものを選択することにより、前述した第1実施形態と同等の作用効果が得られる。
【0074】
図8は本発明の第5実施形態の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図である。
【0075】
この第5実施形態では、コントローラ1が、ポンプ吐出圧Pに基づいてメインポンプ5の押しのけ容積qを求める演算をおこなう関数発生器1hと、ポンプ吐出圧P、及び関数発生器1hから出力される押しのけ容積qに基づいてポンプ入力トルクTpを演算する演算器1iとを備え、この演算器1iで演算されたポンプ入力トルクTpが、演算器1cに出力されるようになっている。その他の構成は前述した第1実施形態と同等である。
【0076】
このようにポンプ入力トルクTpを、ポンプ吐出圧Pと押しのけ容積qとから演算するように構成したものも、前述した第1実施形態と同等の作用効果が得られる。
【0077】
なお、上記各実施形態にあっては、エンジン4の実回転数を制御する回転数調整装置を、モータ3とガバナ4aによって構成してあるが、本発明は、このように構成することには限られず、電子ガバナによって構成してもよい。
【0078】
【発明の効果】
本願の各請求項に係る発明によれば、騒音を抑制できるとともに、軽負荷時におけるメインポンプの吐出量を増量させることができ、これにより騒音による不快感を軽減できるとともに、従来に比べて軽負荷時の作業性を向上させることができる。
【0079】
特に請求項3に係る発明によれば、騒音の抑制にさらに貢献するとともに、非操作時の燃費を低減させることができる。
【0080】
また、請求項4に係る発明によれば、微操作を伴う作業等において精度の高い作業を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポンプ駆動エンジンの回転数制御装置の第1実施形態の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示す第1実施形態によって得られる実エンジン回転数・エンジン出力トルク特性を示す図である。
【図3】本発明の第2実施形態の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図4】図3に示す第2実施形態によって得られる実エンジン回転数・エンジン出力トルク特性を示す図である。
【図5】本発明の第3実施形態の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図6】図5に示す第3実施形態によって得られる実エンジン回転数・エンジン出力トルク特性を示す図である。
【図7】本発明の第4実施形態の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図8】本発明の第5実施形態の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図9】本発明の対象とするポンプ駆動エンジンの回転数制御装置が備えられる油圧駆動装置の一例を示す油圧回路図である。
【図10】従来のポンプ駆動エンジンの回転数制御装置の要部を形成するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図11】図9に示す油圧駆動装置において得られるポンプ吐出圧・ポンプ押しのけ容積特性、及びポンプ吐出圧・ポンプ入力トルク特性を示す図である。
【図12】図10に示す従来技術によって得られる実エンジン回転数・エンジン出力トルク特性を示す図である。
【符号の説明】
1 コントローラ
1a 関数発生器
1b 関数発生器
1c 演算器
1e 選択器
1f1 関数発生器(回転数軌跡設定手段)
1f2 関数発生器(回転数軌跡設定手段)
1f3 関数発生器(回転数軌跡設定手段)
1g 選択器
1i 演算器
1h 関数発生器
2 スロットル(回転数指示手段)
3 モータ(回転数調整装置)
4 エンジン
4a ガバナ(回転数調整装置)
5 メインポンプ
20 定格回転ポイント
22 エンジン回転数軌跡
24 エンジン回転数軌跡
26 エンジン回転数軌跡
Claims (5)
- ポンプを駆動するエンジンの目標回転数を指示する回転数指示手段と、上記エンジンの実回転数を制御する回転数調整装置と、上記ポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段と、
上記回転数指示手段から出力される信号、及び上記圧力検出手段から出力される信号を入力し、上記回転数調整装置を作動させる目標エンジン回転数を出力する制御をおこなうとともに、実エンジン回転数とエンジン出力トルクとの関係における当該エンジン出力トルクの変化に対しての当該実エンジン回転数の描く軌跡を、上記エンジンの構造に伴って決定される無負荷時の最高回転数よりも低い回転数領域内に位置するように予め設定する回転数軌跡設定手段を含むコントローラとを備えたポンプ駆動エンジンの回転数制御装置において、
上記コントローラに含まれる上記回転数軌跡設定手段は、最大トルク値よりも小さく設定された所定のトルク値よりも小さく、最小トルク値よりも大きい上記エンジン出力トルクに応じて上記実エンジン回転数を、上記エンジン出力トルクが最大の時の実エンジン回転数である定格回転数よりも高くさせ得るように、上記軌跡を設定する設定手段であることを特徴とするポンプ駆動エンジンの回転数制御装置。 - 上記回転数軌跡設定手段は、上記エンジン出力トルクが所定の小さな値であるときの実エンジン回転数を、上記定格回転数に一致させるように上記軌跡を設定する設定手段であることを特徴とする請求項1記載のポンプ駆動エンジンの回転数制御装置。
- 上記回転数軌跡設定手段は、上記エンジン出力トルクが所定の小さな値であるときの実エンジン回転数を、上記定格回転数よりも低くさせるように上記軌跡を設定する設定手段であることを特徴とする請求項1記載のポンプ駆動エンジンの回転数制御装置。
- 上記回転数軌跡設定手段は、上記エンジン出力トルクが所定の小さな値であるときの実エンジン回転数を、上記定格回転数よりも高くさせるように上記軌跡を設定する設定手段であることを特徴とする請求項1記載のポンプ駆動エンジンの回転数制御装置。
- 油圧ショベルに備えられることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のポンプ駆動エンジンの回転数制御装置。
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