JP3801503B2 - 作業機の油圧駆動装置及び方法 - Google Patents
作業機の油圧駆動装置及び方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3801503B2 JP3801503B2 JP2001389875A JP2001389875A JP3801503B2 JP 3801503 B2 JP3801503 B2 JP 3801503B2 JP 2001389875 A JP2001389875 A JP 2001389875A JP 2001389875 A JP2001389875 A JP 2001389875A JP 3801503 B2 JP3801503 B2 JP 3801503B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- engine
- torque
- signal
- load
- fuel flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 53
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 32
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 26
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 21
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 13
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 37
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 16
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 6
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Operation Control Of Excavators (AREA)
- Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルなどの作業機に設けられ、ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能なエンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプとを備えた作業機の油圧駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は一般的なエンジンのエンジン回転数とエンジン出力トルクの関係を表したものである。エンジンの出力は同図に示すごとく、ガバナ領域３３と全負荷曲線３０に分けられる。ガバナ領域３３はガバナの開度が１００％以下での出力領域であり、全負荷曲線はガバナ開度が１００％の出力領域である。
【０００３】
メカニカルガバナはフライウェイトとばねのつりあいによって燃料噴射量を調節する構造のため、メカニカルガバナを備えたエンジンのガバナ領域は図６のドループ特性線３１のようになる。また一般に、エンジンの全負荷性能は全負荷曲線３０のようになり、エンジン出力トルクＴeが定格トルクＴ１からエンジン最大トルクＴe １まで増加していくとエンジン回転数Ｎは低下していく。
【０００４】
以上のことから、メカニカルガバナを備えたエンジンでは無負荷最高回転数Ｎ２からエンジン最大トルクＴe １発生時のエンジン回転数Ｎ１の範囲内においては、エンジン出力トルクＴeが増加するにつれて、すなわちエンジンにかかる負荷が大きくなるにつれて、エンジン回転数Ｎは低下していくという関係が成立する。ちなみに、最大トルクＴe １を超える負荷がエンジンに入力された場合は、エンジンストールとなる。
【０００５】
ところで、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機において、エンジン馬力の有効活用及びエンスト防止等を目的とするスピードセンシング制御という従来技術が知られている。スピードセンシング制御は、メカニカルガバナを備えたエンジンの持つ「エンジン回転数の増減がほぼエンジンの負荷の増減と一致する」という特徴に着目した制御方法であり、エンジン回転数の変動に応じてポンプ吸収馬力を増減させる方法である。
【０００６】
ここで、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機、例えば油圧ショベルに対して、スピードセンシング制御を適用したときの制御手順について、図７及び図８を用いて説明する。図７はエンジン回転数Ｎとエンジン出力トルクＴｅ及びポンプ目標増減トルクΔＴとの関係を示したものであり、図８はポンプ吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑによる定馬力制御線図を示したものである。
【０００７】
図７において、まずエンジン回転数Ｎからポンプ目標増減トルクΔＴへの変換方法を特性線４０のようにあらかじめ設定しておく（ポンプ目標増減トルクΔＴは縦軸右側に表す）。次に、エンジン回転数検出器により導かれるエンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯよりも大きい時はポンプ目標増減トルクΔＴの値を０から増加させ（０＜ΔＴ＜ΔＴ３）、エンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯよりも小さい時はポンプ目標増減トルクΔＴの値を０から減少させる（ΔＴ２＜ΔＴ＜０）計算を行う。ここで、ΔＴ２とΔＴ３はポンプの機械的限界等により決まるポンプ目標増減トルクの下限値と上限値である。
【０００８】
上記方法にて導いたポンプ目標増減トルクΔＴの値に、ポンプ吸収トルク基準値ＴＢを加算しポンプ吸収トルクＴＰ（＝ΔＴ＋ＴＢ）を求める。ここで、ポンプ吸収トルク基準値ＴＢとは、定格回転ＮＯにおけるポンプ吸収トルクのことであり（ベーストルクとも呼ばれる）、一般に定格回転時のエンジントルクＴ１よりも小さくなるように設定される。
【０００９】
次に、図８のポンプの吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑの関係を示したＰ−Ｑ線図において、前記ポンプ吸収トルクＴＰの値からポンプ吸収馬力が求められるので、前記ポンプ吸収トルクＴＰに基づいて、ポンプ吸収トルクがベーストルクＴＢに相当するポンプ吸収馬力を示す特性線４１を、ΔＴ２減少分に相当するポンプ吸収馬力特性線４２とΔＴ３増加分に相当する特性線４３の範囲内にて増減させ、この吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑの関係に基づき吐出圧力Ｐの変動に応じた吐出流量Ｑを求め、さらにこの吐出流量Ｑに応じたポンプ押し除け容積を求めレギュレータを制御する。
【００１０】
このスピードセンシング制御を作業機に適用すると、以下の（１）〜（３）のような制御効果が得られる。
【００１１】
（１）エンジン出力に余裕があるとき、すなわちエンジン回転数が定格回転数ＮＯより大きくなったとき、ポンプ吸収馬力を増加させることでエンジン出力をより有効に活用できる。（増馬力制御）
（２）ターボ効き始めなどでエンジントルクが低下したとき、ポンプ吸収馬力を減じることでエンジンに過大なトルクがかかることを防ぎ、エンストを防止できる。（減馬力制御）
（３）エンジンの性能にばらつきが生じたとき、すなわち設計性能に対する製造上のばらつきや長時間稼働後の性能の低下等が生じても、性能に最適なポンプ吸収馬力に合わせることができる。（ばらつき補正）
ところで従来、上述のようなメカニカルガバナ式エンジンとは異なり、ガバナ領域３３をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置を有するエンジンを備えた作業機も提案されている。アイソクロナス制御を実現する制御方法としては、燃料噴射量を電子ガバナを用いて制御する方法、コモンレール式高圧燃料噴射制御システムやユニットインジェクター式燃料噴射制御システム等を用いて燃料の噴射圧力と噴射タイミングを制御する方法が知られており、ともにコンピュータで制御して実現する方法である。以下では電子ガバナを用いてアイソクロナス制御する作業機の例で説明する。
【００１２】
この別の従来の作業機では、メカニカルガバナのようなフライウェイトの慣性による影響を生じることがなく、図６に示すように、エンジンの負荷の増減にかかわらず、すなわちエンジン出力トルクＴｅの増減にかかわらず、ガバナ領域３３において、エンジン回転数Ｎを例えば定格回転数ＮＯに一定に保つアイソクロナス制御が実施される。同図中、特性線３２はアイソクロナス特性線を示す。このアイソクロナス制御により、メカニカルガバナを有するエンジンを備えた作業機に比べて低燃費及び低騒音を実現できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スピードセンシング制御は、上述したように、メカニカルガバナを備えたエンジンの持つ「エンジン回転数の増減がほぼエンジンの負荷の増減と一致する」という特徴に着目し、エンジン回転数の変動に応じてポンプ吸収馬力を増減させる方法である。
【００１４】
しかし、アイソクロナス制御を実現するエンジンを搭載する作業機にスピードセンシング制御を適用しても、アイソクロナス制御を実現するエンジンにあってはガバナ領域３３でのエンジン回転数が定格回転数ＮＯにて一定となるので、メカニカルガバナ式エンジンの「エンジン回転数の増減がほぼエンジンの負荷の増減と一致する」という関係が成り立たず、結果、前述の（１）増馬力制御、（３）ばらつき補正の効果が得られなくなる。
【００１５】
本発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、アイソクロナス特性を有するエンジンを搭載する作業機にあっても、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機にスピードセンシング制御を適用したときとほぼ同等の効果が得られる油圧駆動装置を提供することを目的とする。
【００１６】
なお（２）減馬力制御に関しては、アイソクロナス特性エンジンにおいても、定格トルクＴ１を超える負荷が入力された場合、メカニカルガバナ式エンジンと同様にエンジン回転数Ｎは低下する特性を持つので、従来のスピードセンシング制御と同様の効果が得られる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、「ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置を有するエンジンと、前記エンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、前記可変容量油圧ポンプの押し除け容積を制御するレギュレータと、前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力を検出し吐出圧力信号を出力する圧力検出器と、前記可変容量油圧ポンプの前記押し除け容積に相当する傾転角を検出し傾転角信号を出力する傾転角検出器と、前記エンジンの回転数を検出しエンジン回転数信号を出力する回転数検出器と、前記エンジンにかかる負荷を検出しエンジン負荷信号を出力するエンジン負荷検出装置と、前記エンジン負荷信号を入力しエンジン負荷率を出力するエンジン負荷率演算手段と、前記エンジンの全負荷曲線を記憶しておく記憶装置とを備え、前記エンジン回転数信号と前記全負荷曲線からエンジン最大発生トルクを求め、前記エンジン最大発生トルクと前記エンジン負荷率から計算エンジントルクを求め、前記計算エンジントルクと前記吐出圧力信号と前記傾転角信号とからポンプ押除け容積を求め前記レギュレータを制御する制御手段とにより構成したことを特徴」とする構成としたことにある。
【００１８】
この場合、請求項２に記載の発明のように、「前記エンジン負荷検出装置はエンジンのコントロールラック位置信号を出力し、前記エンジン負荷率演算手段は前記コントロールラック位置信号を入力しエンジン負荷率を出力する構成」としてもよい。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明のように、「前記エンジン負荷検出装置はエンジンの目標燃料流量信号または実燃料流量信号の少なくともどちらか一方を出力し、前記エンジン負荷率演算手段は前記目標燃料流量信号または前記実燃料流量信号の少なくともどちらか一方を入力し予め設定された全負荷状態燃料流量及び無負荷時燃料流量とからエンジン負荷率を出力する構成」としてもよい。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、作業機の油圧駆動方法を「ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置を有するエンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、エンジン負荷率を求める手段とを備えた作業機にあって、前記エンジン負荷率とエンジン回転数と予め設定されたエンジン全負荷曲線とから計算エンジントルクを求め、前記計算エンジントルクに基づきポンプ押し退け容積を増減させることを特徴」とすることにより課題の解決を図ったものである。
【００２１】
この場合、請求項５に記載の発明のように、「前記エンジン負荷率をエンジンのコントロールラック位置信号により求めることを特徴とする」構成としてもよい。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明のように、「前記エンジン負荷率をエンジンの目標燃料流量または実燃料流量の少なくともどちらか一方と予め設定された全負荷状態燃料流量及び無負荷時燃料流量とにより求めることを特徴とする」構成としてもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の作業機の油圧駆動装置の実施形態を、図１乃至図５に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明の作業機の油圧駆動装置の一実施形態を示す油圧回路図、図２は図１に示す一実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図、図３は図２のエンジン全負荷トルク演算手段と計算エンジントルク演算手段を説明した図、図４は図２のポンプ目標増減トルク演算手段について説明した図、図５は本発明によるばらつき補正の作動方法について説明した図である。
【００２５】
本実施形態は、アイソクロナス制御を実施するエンジンを備えた作業機に従来技術のスピードセンシング制御を適用した場合、（１）増馬力制御、（３）ばらつき補正制御の効果が得られないので、ここにエンジン負荷率信号をあらたに加えることにより（１）増馬力制御、（３）ばらつき補正制御の効果を得られるようにしたものである。
【００２６】
本実施形態は、作業機、例えば油圧ショベルに備えられるもので、図１に示すように、ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置を有するエンジン１と、エンジン１にかかる負荷を検出するエンジン負荷検出装置１２と、エンジン負荷検出装置１２から出力される負荷信号Ｌを入力しエンジン１にかかる負荷の割合、すなわちエンジン負荷率信号ＬＦ[%]として出力するエンジン負荷率演算手段１３とを備えている。
【００２７】
ここで、エンジン負荷率信号ＬＦの演算方法の一例を示す。この例は電子ガバナを有するエンジンにおける例であり、ガバナ内のコントロールラック位置と燃料噴射量はほぼ一致するという関係を利用したもので、エンジン全負荷状態でのコントロールラック位置を検出しこれをエンジン負荷率１００％と定め、無負荷時でのコントロールラック位置を検出しこれを負荷率０％と定め、その間のコントロールラック位置信号からエンジンの負荷率を求める方法である。この方法によれば、図１のエンジン負荷検出装置１２がコントロールラック位置検出装置、エンジン負荷率演算手段１３がエンジン負荷検出装置１２から検出された現在のコントロールラック位置信号を入力し、予め設定された全負荷状態でのコントロールラック位置及び無負荷時でのコントロールラック位置とからエンジン負荷率信号ＬＦを計算する装置となる。
【００２８】
また、エンジン負荷率信号ＬＦの演算方法の他の例としては、図１のエンジン負荷検出装置１２が現在の目標燃料流量を検出する装置、エンジン負荷率演算手段１３が前記現在の目標燃料流量と予め設定されている全負荷状態燃料流量及び無負荷時燃料流量に基づき、次式よりエンジン負荷率を計算する装置がある。
【００２９】
エンジン負荷率（％）＝〔（現在の目標燃料流量−無負荷時燃料流量）／（全負荷状態燃料流量−無負荷時燃料流量）〕×１００ …(1)
なお、上記の目標燃料流量の部分を実燃料流量に置換えた装置においてもエンジン負荷率を計算することができる。
【００３０】
また本実施形態は、図１に示すように、エンジン１により駆動される可変容量油圧ポンプ２と、この可変容量油圧ポンプ２の押し除け容積を制御するレギュレータ１６とを備えている。そして、油圧ポンプ２から吐出される圧油によって駆動する油圧シリンダ３、油圧モータ４、油圧シリンダ５、６等の複数の油圧アクチュエータと、これらの油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁７〜１０と、メインリリーフ弁１１と、油圧ポンプ２の吐出圧力を検出し吐出圧力信号Ｐを出力する圧力検出器１４と、油圧ポンプ２の押し除け容積に相当する傾転角を検出し傾転角信号θを出力する傾転角検出器１５と、エンジン１のエンジン回転数を検出しエンジン回転数信号Ｎを出力する回転数検出器１７と、圧力検出器１４から出力される吐出圧力信号Ｐ、及び傾転角検出器１５から出力される傾転角信号θ、回転数検出器１７から出力されるエンジン回転数信号Ｎ、エンジン負荷率演算手段１３から出力されるエンジン負荷率信号ＬＦを入力し、レギュレータ１６に押し除け容積を制御する制御信号、すなわちレギュレータ目標値信号Ｒを出力するコントローラ１８とを備えている。
【００３１】
上述したコントローラ１８の要部構成は、図２に示すように、大気圧や燃料の質などを標準状態としたときの全負荷性能をあらかじめエンジン単体ベンチ試験等で測定しておき、この測定データを記憶する記憶装置を備え、回転数検出器１７から出力されるエンジン回転数Ｎが入力されたとき、そのエンジン回転数Ｎに相当するエンジン最大発生トルクＥｎｇＦＴ（全負荷曲線上のトルク）を出力するエンジン全負荷出力トルク演算手段１８ａを含んでいる。
【００３２】
エンジン全負荷トルク演算手段１８ａについて図３にて説明する。図３は縦軸左側に標準状態におけるエンジン出力トルク、横軸にエンジン回転数Ｎをあらわしたものであり、エンジン全負荷トルク演算手段１８ａは、例えばエンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯの場合、定格回転数ＮＯと同図の「１８ａ内にて予め記憶しておいた標準状態における全負荷曲線」との交点を求め、この交点のエンジン出力トルクをエンジン最大発生トルクＥｎｇＦＴとして出力する。従って、スロットル開度が変更されエンジン回転数Ｎが変化したときは、再び交点を計算してこの交点に対応するエンジン最大発生トルクＥｎｇＦＴを出力する。
【００３３】
また、エンジン全負荷出力トルク演算手段１８ａから出力されるエンジン最大発生トルクＥｎｇＦＴと、エンジン負荷率演算手段１３から出力されるエンジン負荷率信号ＬＦ（％）とを入力し、計算式
ＥｎｇＴ＝ＥｎｇＦＴ×ＬＦ／１００ …(2)
によって、計算エンジントルクＥｎｇＴを求め、この計算エンジントルクＥｎｇＴを出力する計算エンジントルク演算手段１８ｂを含んでいる。
【００３４】
計算エンジントルク演算手段１８ｂについて図３にて説明する。例えばエンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯの場合、エンジン負荷率信号ＬＦは図３の縦軸右側で示すように定格出力時のエンジントルク点Ｔ１位置が１００％となる。ちなみに、エンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯと異なる場合は、そのエンジン回転数Ｎに相当する全負荷曲線上の点をＬＦ＝１００％としたときのエンジン負荷の割合がエンジン負荷率となる。図３の一例のように、エンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯのとき、エンジン負荷率演算手段１３からＬＦ＝７０％という値が出力され、エンジン全負荷トルク演算手段１８ｂからＥｎｇＦＴ＝Ｔ１として出力され、これらの値が計算エンジントルク演算手段１８ｂに入力されると、(２)式のような計算が行われ、結果、同図の縦軸左側に示すように、計算エンジントルクＥｎｇＴが
ＥｎｇＴ＝０．７×Ｔ１
として出力される。
【００３５】
なお、エンジン負荷率演算手段１３により出力されるエンジン負荷率信号ＬＦは、エンジンが実動状態で実際に発生している全負荷出力を１００％としたときのエンジン負荷の割合であるから、エンジンの実動状態が上述した標準状態ならば、定格回転数ＮＯかつＬＦ＝１００％のとき、エンジンは定格出力トルクＴ１を発生していることになるが、エンジンの実動状態が例えば高地などのようにエンジン出力が低下するような状態では、定格回転数ＮＯかつＬＦ＝１００％であっても、実際にエンジンが出力している定格出力トルクはＴ１よりも小さい。
【００３６】
また、コントローラ１８は、計算エンジントルク演算手段１８ｂから出力される計算エンジントルクＥｎｇＴを入力し、計算エンジントルクＥｎｇＴからポンプ目標増減トルクΔＴを演算するポンプ目標トルク演算手段１８ｃを含んでいる。
【００３７】
図４に、計算エンジントルクＥｎｇＴからポンプ目標増減トルクΔＴへの演算手段の方法を示す。同図において、実線で示す特性線２１は、従来技術のスピードセンシング制御と同じ制御効果を実現させるための特性線である。特性線２１の計算エンジントルクＥｎｇＴとポンプ目標増減トルクΔＴの変化割合がＥｎｇＴ＝Ｔ１の点をさかいに変化する、すなわち非線型となっているのは、図６に示すように、一般のエンジンではエンジン回転数Ｎとエンジン出力トルクＴｅとの変化割合がガバナ領域と全負荷領域をさかいに非線型となっているためである。言い換えると、従来のスピードセンシング制御では一般にエンジン回転数Ｎとポンプ目標増減トルクΔＴの変化割合が線形となるように設定しているため、この変化割合を再現するためには、本発明の計算エンジントルクとポンプ目標増減トルクの変化の割合を特性線２１のように設定する必要がある。
【００３８】
また、ポンプ目標トルク演算手段１８cから出力されるポンプ目標増減トルクΔＴと、ベーストルクＴＢを設定するベーストルク設定手段１８ｄから出力されるベーストルクＴＢとを加算して、ポンプ吸収トルクＴＰを出力する加算手段１８ｅを含んでいる。
【００３９】
また、加算手段１８ｅから出力されるポンプ吸収トルクＴＰと、圧力検出器１４から出力される吐出圧力信号Ｐと、傾転角検出器１５から出力される傾転角信号θとを入力し、スピードセンシング制御と同様の手法により、レギュレータ１６にポンプ押し除け容積を制御する制御信号Ｒを出力する吐出流量制御手段１８ｆを含んでいる。
【００４０】
このように構成したものでは、アイソクロナス特性エンジン１を搭載する作業機にあっても、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機にスピードセンシング制御を適用したときに得られる効果とほぼ同等の効果を得ることができる。なお、図４中のポイント▲１▼，▲２▼，▲３▼と、図７中のポイント▲１▼，▲２▼，▲３▼がそれぞれ対応していることになる。
【００４１】
この方法により、ガバナ領域がアイソクロナス特性のエンジンに対しても増馬力制御が可能となり、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機にスピードセンシング制御を適用したときとほぼ同等の効果が得られる。
【００４２】
また、図５はエンジンの出力にばらつきが生じたときについて説明したものであり、例として、定格出力のとき、出力が１０％低下したときおよび出力が１０％増加したときを示したものである。エンジン出力トルクが規定の性能より低下した場合は計算エンジントルクＥｎｇＴ１が定格出力時の計算エンジントルクＥｎｇＴ２の値よりも大きくなるため１８ｃ，１８ｄ，１８ｅの演算手段を通じてポンプ吸収トルクＴｐは低減され、エンジン出力トルクが規定の性能より上昇した場合は計算エンジントルクＥｎｇＴ３が定格出力時の計算エンジントルクＥｎｇＴ２の値よりも小さくなるため１８ｃ，１８ｄ，１８ｅの演算手段を通じてポンプ吸収トルクＴｐは増加される。これにより、エンジンの性能にばらつきが生じたときもスピードセンシング制御と同様、実際のエンジンの性能に最適なポンプ吸収馬力に合わせてエンジン出力を有効に活用することができる。
【００４３】
また、計算エンジントルクＥｎｇＴからポンプ目標増減トルクΔＴへの演算方法は、図４に示すように、破線で示す特性線２２、一点鎖線で示す特性線２３のように自由に設定してもよい。
【００４４】
図４において、特性線２２のように設定する理由は以下の通りである。アイソクロナス特性に制御可能なエンジンを搭載する作業機にスピードセンシング制御をそのまま適用した場合、無負荷状態から急激に負荷がエンジンに入力されたときなどに生じる過渡的なエンジン回転数の落ち込み現象を、エンジンに定格を超えたトルクが働いたと判断してしまい、ポンプ目標増減トルクΔＴを必要以上に下げてしまうという問題が生じる。そこで、計算エンジントルクＥｎｇＴとポンプ目標増減トルクΔＴの変化割合を特性線２２のように設定する、すなわちエンジン負荷とポンプ目標増減トルクの変化割合を、特性線２１に比べて小さく設定することにより、ポンプ目標増減トルクΔＴを必要以上に下げるという悪影響を小さく抑えることができる。
【００４５】
特性線２３のように設定する理由は、特性線を線形にした方が制御手法としては単純になり制御が容易となるためである。
【００４６】
なお、以上の説明では、図１においてエンジン負荷率演算手段１３はコントローラ１８と別に設ける例を説明したが、コントローラ１８内に設けても良い。
【００４７】
また、上記実施形態では、ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置として電子ガバナを例に説明してきたが、燃料噴射制御装置は電子ガバナだけに限られない。電子ガバナは、例えば特許第３０２１５３号公報に示すように、燃料噴射ポンプの燃料噴射量を調節するアクチュエータを位置制御する構成において、アクセル位置とエンジン回転数等の検出を基とする制御信号にて電磁弁を制御し、該アクチュエータを駆動させる装置である。これにより、電子ガバナはエンジンの負荷変動に関係無く燃料噴射量を調節することができるので、アイソクロナス特性を実現することができる。したがって、本発明は同様の負荷変動に関係無く燃料噴射量を調節することができる燃料噴射制御装置、例えばコモンレール式燃料噴射制御システムやユニットインジェクター式燃料噴射制御システム等を用いた構成にも適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明により以下のような効果が得られる。
【００４９】
（増馬力制御に対し）ガバナ領域がアイソクロナス特性のエンジンに対しても増馬力制御が可能となる。
【００５０】
（ばらつき補正に対し）エンジンの性能にばらつきが生じても、スピードセンシング制御と同様、性能に最適なポンプ吸収馬力に合わせることができる。
【００５１】
従って、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載した作業機にスピードセンシング制御を適用したときとほぼ同等の効果が得られる油圧駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作業機の油圧駆動装置の一実施形態を示す油圧回路図である。
【図２】図１に示す作業機の油圧駆動装置の一実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図である。
【図３】図２のコントローラの要部構成のエンジン全負荷トルク演算手段と計算エンジントルク演算手段を説明した図である。
【図４】図２のコントローラの要部構成の計算エンジントルクＥｎｇＴからポンプ目標増減トルクΔＴへの演算手段を示す図である。
【図５】本発明によるエンジン性能にばらつきが生じたときの制御効果について説明した図である。
【図６】メカニカルガバナ式エンジンで得られるドループ特性、電子ガバナ等の燃料噴射制御装置で得られるアイソクロナス特性を対比して示したエンジン回転数・エンジントルク特性図である。
【図７】メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機に、スピードセンシング制御を適用したときの、エンジン回転数に対するエンジンの全負荷性能及びガバナ特性と、ポンプ目標増減トルクを示した図である。
【図８】スピードセンシング制御の作動方法についてＰ―Ｑ線図上にて説明した図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 可変容量油圧ポンプ
３ 油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
４ 油圧モータ（油圧アクチュエータ）
５ 油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
６ 油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
７ 方向制御弁
８ 方向制御弁
９ 方向制御弁
１０ 方向制御弁
１１ メインリリーフ弁
１２ エンジン負荷検出装置
１３ エンジン負荷率演算手段
１４ 圧力検出器
１５ 傾転角検出器
１６ レギュレータ
１７ 回転数検出器
１８ コントローラ
１８ａ エンジン全負荷トルク演算手段
１８ｂ 計算エンジントルク演算手段
１８ｃ ポンプ目標増減トルク演算手段
１８ｄ ベーストルク設定手段
１８ｅ 加算手段
１８ｆ 制御手段（吐出流量制御手段）
２１ スピードセンシング制御と同じ効果を実現させる特性線
２２ 過渡的なエンジン回転数の落ち込みを考慮した場合の特性線
２３ 制御の簡易化を狙った特性線
３０ 全負荷曲線
３１ ドループ特性線
３２ アイソクロナス特性線
３３ ガバナ領域
４０ スピードセンシング制御のポンプ目標増減トルク特性線
４１ ポンプ吸収馬力特性線
４２ ポンプ目標増減トルクをΔＴ２減少させたときのポンプ吸収馬力特性線４３ ポンプ目標増減トルクをΔＴ３増加させたときのポンプ吸収馬力特性線
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルなどの作業機に設けられ、ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能なエンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプとを備えた作業機の油圧駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は一般的なエンジンのエンジン回転数とエンジン出力トルクの関係を表したものである。エンジンの出力は同図に示すごとく、ガバナ領域３３と全負荷曲線３０に分けられる。ガバナ領域３３はガバナの開度が１００％以下での出力領域であり、全負荷曲線はガバナ開度が１００％の出力領域である。
【０００３】
メカニカルガバナはフライウェイトとばねのつりあいによって燃料噴射量を調節する構造のため、メカニカルガバナを備えたエンジンのガバナ領域は図６のドループ特性線３１のようになる。また一般に、エンジンの全負荷性能は全負荷曲線３０のようになり、エンジン出力トルクＴeが定格トルクＴ１からエンジン最大トルクＴe １まで増加していくとエンジン回転数Ｎは低下していく。
【０００４】
以上のことから、メカニカルガバナを備えたエンジンでは無負荷最高回転数Ｎ２からエンジン最大トルクＴe １発生時のエンジン回転数Ｎ１の範囲内においては、エンジン出力トルクＴeが増加するにつれて、すなわちエンジンにかかる負荷が大きくなるにつれて、エンジン回転数Ｎは低下していくという関係が成立する。ちなみに、最大トルクＴe １を超える負荷がエンジンに入力された場合は、エンジンストールとなる。
【０００５】
ところで、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機において、エンジン馬力の有効活用及びエンスト防止等を目的とするスピードセンシング制御という従来技術が知られている。スピードセンシング制御は、メカニカルガバナを備えたエンジンの持つ「エンジン回転数の増減がほぼエンジンの負荷の増減と一致する」という特徴に着目した制御方法であり、エンジン回転数の変動に応じてポンプ吸収馬力を増減させる方法である。
【０００６】
ここで、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機、例えば油圧ショベルに対して、スピードセンシング制御を適用したときの制御手順について、図７及び図８を用いて説明する。図７はエンジン回転数Ｎとエンジン出力トルクＴｅ及びポンプ目標増減トルクΔＴとの関係を示したものであり、図８はポンプ吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑによる定馬力制御線図を示したものである。
【０００７】
図７において、まずエンジン回転数Ｎからポンプ目標増減トルクΔＴへの変換方法を特性線４０のようにあらかじめ設定しておく（ポンプ目標増減トルクΔＴは縦軸右側に表す）。次に、エンジン回転数検出器により導かれるエンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯよりも大きい時はポンプ目標増減トルクΔＴの値を０から増加させ（０＜ΔＴ＜ΔＴ３）、エンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯよりも小さい時はポンプ目標増減トルクΔＴの値を０から減少させる（ΔＴ２＜ΔＴ＜０）計算を行う。ここで、ΔＴ２とΔＴ３はポンプの機械的限界等により決まるポンプ目標増減トルクの下限値と上限値である。
【０００８】
上記方法にて導いたポンプ目標増減トルクΔＴの値に、ポンプ吸収トルク基準値ＴＢを加算しポンプ吸収トルクＴＰ（＝ΔＴ＋ＴＢ）を求める。ここで、ポンプ吸収トルク基準値ＴＢとは、定格回転ＮＯにおけるポンプ吸収トルクのことであり（ベーストルクとも呼ばれる）、一般に定格回転時のエンジントルクＴ１よりも小さくなるように設定される。
【０００９】
次に、図８のポンプの吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑの関係を示したＰ−Ｑ線図において、前記ポンプ吸収トルクＴＰの値からポンプ吸収馬力が求められるので、前記ポンプ吸収トルクＴＰに基づいて、ポンプ吸収トルクがベーストルクＴＢに相当するポンプ吸収馬力を示す特性線４１を、ΔＴ２減少分に相当するポンプ吸収馬力特性線４２とΔＴ３増加分に相当する特性線４３の範囲内にて増減させ、この吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑの関係に基づき吐出圧力Ｐの変動に応じた吐出流量Ｑを求め、さらにこの吐出流量Ｑに応じたポンプ押し除け容積を求めレギュレータを制御する。
【００１０】
このスピードセンシング制御を作業機に適用すると、以下の（１）〜（３）のような制御効果が得られる。
【００１１】
（１）エンジン出力に余裕があるとき、すなわちエンジン回転数が定格回転数ＮＯより大きくなったとき、ポンプ吸収馬力を増加させることでエンジン出力をより有効に活用できる。（増馬力制御）
（２）ターボ効き始めなどでエンジントルクが低下したとき、ポンプ吸収馬力を減じることでエンジンに過大なトルクがかかることを防ぎ、エンストを防止できる。（減馬力制御）
（３）エンジンの性能にばらつきが生じたとき、すなわち設計性能に対する製造上のばらつきや長時間稼働後の性能の低下等が生じても、性能に最適なポンプ吸収馬力に合わせることができる。（ばらつき補正）
ところで従来、上述のようなメカニカルガバナ式エンジンとは異なり、ガバナ領域３３をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置を有するエンジンを備えた作業機も提案されている。アイソクロナス制御を実現する制御方法としては、燃料噴射量を電子ガバナを用いて制御する方法、コモンレール式高圧燃料噴射制御システムやユニットインジェクター式燃料噴射制御システム等を用いて燃料の噴射圧力と噴射タイミングを制御する方法が知られており、ともにコンピュータで制御して実現する方法である。以下では電子ガバナを用いてアイソクロナス制御する作業機の例で説明する。
【００１２】
この別の従来の作業機では、メカニカルガバナのようなフライウェイトの慣性による影響を生じることがなく、図６に示すように、エンジンの負荷の増減にかかわらず、すなわちエンジン出力トルクＴｅの増減にかかわらず、ガバナ領域３３において、エンジン回転数Ｎを例えば定格回転数ＮＯに一定に保つアイソクロナス制御が実施される。同図中、特性線３２はアイソクロナス特性線を示す。このアイソクロナス制御により、メカニカルガバナを有するエンジンを備えた作業機に比べて低燃費及び低騒音を実現できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スピードセンシング制御は、上述したように、メカニカルガバナを備えたエンジンの持つ「エンジン回転数の増減がほぼエンジンの負荷の増減と一致する」という特徴に着目し、エンジン回転数の変動に応じてポンプ吸収馬力を増減させる方法である。
【００１４】
しかし、アイソクロナス制御を実現するエンジンを搭載する作業機にスピードセンシング制御を適用しても、アイソクロナス制御を実現するエンジンにあってはガバナ領域３３でのエンジン回転数が定格回転数ＮＯにて一定となるので、メカニカルガバナ式エンジンの「エンジン回転数の増減がほぼエンジンの負荷の増減と一致する」という関係が成り立たず、結果、前述の（１）増馬力制御、（３）ばらつき補正の効果が得られなくなる。
【００１５】
本発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、アイソクロナス特性を有するエンジンを搭載する作業機にあっても、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機にスピードセンシング制御を適用したときとほぼ同等の効果が得られる油圧駆動装置を提供することを目的とする。
【００１６】
なお（２）減馬力制御に関しては、アイソクロナス特性エンジンにおいても、定格トルクＴ１を超える負荷が入力された場合、メカニカルガバナ式エンジンと同様にエンジン回転数Ｎは低下する特性を持つので、従来のスピードセンシング制御と同様の効果が得られる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、「ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置を有するエンジンと、前記エンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、前記可変容量油圧ポンプの押し除け容積を制御するレギュレータと、前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力を検出し吐出圧力信号を出力する圧力検出器と、前記可変容量油圧ポンプの前記押し除け容積に相当する傾転角を検出し傾転角信号を出力する傾転角検出器と、前記エンジンの回転数を検出しエンジン回転数信号を出力する回転数検出器と、前記エンジンにかかる負荷を検出しエンジン負荷信号を出力するエンジン負荷検出装置と、前記エンジン負荷信号を入力しエンジン負荷率を出力するエンジン負荷率演算手段と、前記エンジンの全負荷曲線を記憶しておく記憶装置とを備え、前記エンジン回転数信号と前記全負荷曲線からエンジン最大発生トルクを求め、前記エンジン最大発生トルクと前記エンジン負荷率から計算エンジントルクを求め、前記計算エンジントルクと前記吐出圧力信号と前記傾転角信号とからポンプ押除け容積を求め前記レギュレータを制御する制御手段とにより構成したことを特徴」とする構成としたことにある。
【００１８】
この場合、請求項２に記載の発明のように、「前記エンジン負荷検出装置はエンジンのコントロールラック位置信号を出力し、前記エンジン負荷率演算手段は前記コントロールラック位置信号を入力しエンジン負荷率を出力する構成」としてもよい。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明のように、「前記エンジン負荷検出装置はエンジンの目標燃料流量信号または実燃料流量信号の少なくともどちらか一方を出力し、前記エンジン負荷率演算手段は前記目標燃料流量信号または前記実燃料流量信号の少なくともどちらか一方を入力し予め設定された全負荷状態燃料流量及び無負荷時燃料流量とからエンジン負荷率を出力する構成」としてもよい。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、作業機の油圧駆動方法を「ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置を有するエンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、エンジン負荷率を求める手段とを備えた作業機にあって、前記エンジン負荷率とエンジン回転数と予め設定されたエンジン全負荷曲線とから計算エンジントルクを求め、前記計算エンジントルクに基づきポンプ押し退け容積を増減させることを特徴」とすることにより課題の解決を図ったものである。
【００２１】
この場合、請求項５に記載の発明のように、「前記エンジン負荷率をエンジンのコントロールラック位置信号により求めることを特徴とする」構成としてもよい。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明のように、「前記エンジン負荷率をエンジンの目標燃料流量または実燃料流量の少なくともどちらか一方と予め設定された全負荷状態燃料流量及び無負荷時燃料流量とにより求めることを特徴とする」構成としてもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の作業機の油圧駆動装置の実施形態を、図１乃至図５に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明の作業機の油圧駆動装置の一実施形態を示す油圧回路図、図２は図１に示す一実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図、図３は図２のエンジン全負荷トルク演算手段と計算エンジントルク演算手段を説明した図、図４は図２のポンプ目標増減トルク演算手段について説明した図、図５は本発明によるばらつき補正の作動方法について説明した図である。
【００２５】
本実施形態は、アイソクロナス制御を実施するエンジンを備えた作業機に従来技術のスピードセンシング制御を適用した場合、（１）増馬力制御、（３）ばらつき補正制御の効果が得られないので、ここにエンジン負荷率信号をあらたに加えることにより（１）増馬力制御、（３）ばらつき補正制御の効果を得られるようにしたものである。
【００２６】
本実施形態は、作業機、例えば油圧ショベルに備えられるもので、図１に示すように、ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置を有するエンジン１と、エンジン１にかかる負荷を検出するエンジン負荷検出装置１２と、エンジン負荷検出装置１２から出力される負荷信号Ｌを入力しエンジン１にかかる負荷の割合、すなわちエンジン負荷率信号ＬＦ[%]として出力するエンジン負荷率演算手段１３とを備えている。
【００２７】
ここで、エンジン負荷率信号ＬＦの演算方法の一例を示す。この例は電子ガバナを有するエンジンにおける例であり、ガバナ内のコントロールラック位置と燃料噴射量はほぼ一致するという関係を利用したもので、エンジン全負荷状態でのコントロールラック位置を検出しこれをエンジン負荷率１００％と定め、無負荷時でのコントロールラック位置を検出しこれを負荷率０％と定め、その間のコントロールラック位置信号からエンジンの負荷率を求める方法である。この方法によれば、図１のエンジン負荷検出装置１２がコントロールラック位置検出装置、エンジン負荷率演算手段１３がエンジン負荷検出装置１２から検出された現在のコントロールラック位置信号を入力し、予め設定された全負荷状態でのコントロールラック位置及び無負荷時でのコントロールラック位置とからエンジン負荷率信号ＬＦを計算する装置となる。
【００２８】
また、エンジン負荷率信号ＬＦの演算方法の他の例としては、図１のエンジン負荷検出装置１２が現在の目標燃料流量を検出する装置、エンジン負荷率演算手段１３が前記現在の目標燃料流量と予め設定されている全負荷状態燃料流量及び無負荷時燃料流量に基づき、次式よりエンジン負荷率を計算する装置がある。
【００２９】
エンジン負荷率（％）＝〔（現在の目標燃料流量−無負荷時燃料流量）／（全負荷状態燃料流量−無負荷時燃料流量）〕×１００ …(1)
なお、上記の目標燃料流量の部分を実燃料流量に置換えた装置においてもエンジン負荷率を計算することができる。
【００３０】
また本実施形態は、図１に示すように、エンジン１により駆動される可変容量油圧ポンプ２と、この可変容量油圧ポンプ２の押し除け容積を制御するレギュレータ１６とを備えている。そして、油圧ポンプ２から吐出される圧油によって駆動する油圧シリンダ３、油圧モータ４、油圧シリンダ５、６等の複数の油圧アクチュエータと、これらの油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁７〜１０と、メインリリーフ弁１１と、油圧ポンプ２の吐出圧力を検出し吐出圧力信号Ｐを出力する圧力検出器１４と、油圧ポンプ２の押し除け容積に相当する傾転角を検出し傾転角信号θを出力する傾転角検出器１５と、エンジン１のエンジン回転数を検出しエンジン回転数信号Ｎを出力する回転数検出器１７と、圧力検出器１４から出力される吐出圧力信号Ｐ、及び傾転角検出器１５から出力される傾転角信号θ、回転数検出器１７から出力されるエンジン回転数信号Ｎ、エンジン負荷率演算手段１３から出力されるエンジン負荷率信号ＬＦを入力し、レギュレータ１６に押し除け容積を制御する制御信号、すなわちレギュレータ目標値信号Ｒを出力するコントローラ１８とを備えている。
【００３１】
上述したコントローラ１８の要部構成は、図２に示すように、大気圧や燃料の質などを標準状態としたときの全負荷性能をあらかじめエンジン単体ベンチ試験等で測定しておき、この測定データを記憶する記憶装置を備え、回転数検出器１７から出力されるエンジン回転数Ｎが入力されたとき、そのエンジン回転数Ｎに相当するエンジン最大発生トルクＥｎｇＦＴ（全負荷曲線上のトルク）を出力するエンジン全負荷出力トルク演算手段１８ａを含んでいる。
【００３２】
エンジン全負荷トルク演算手段１８ａについて図３にて説明する。図３は縦軸左側に標準状態におけるエンジン出力トルク、横軸にエンジン回転数Ｎをあらわしたものであり、エンジン全負荷トルク演算手段１８ａは、例えばエンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯの場合、定格回転数ＮＯと同図の「１８ａ内にて予め記憶しておいた標準状態における全負荷曲線」との交点を求め、この交点のエンジン出力トルクをエンジン最大発生トルクＥｎｇＦＴとして出力する。従って、スロットル開度が変更されエンジン回転数Ｎが変化したときは、再び交点を計算してこの交点に対応するエンジン最大発生トルクＥｎｇＦＴを出力する。
【００３３】
また、エンジン全負荷出力トルク演算手段１８ａから出力されるエンジン最大発生トルクＥｎｇＦＴと、エンジン負荷率演算手段１３から出力されるエンジン負荷率信号ＬＦ（％）とを入力し、計算式
ＥｎｇＴ＝ＥｎｇＦＴ×ＬＦ／１００ …(2)
によって、計算エンジントルクＥｎｇＴを求め、この計算エンジントルクＥｎｇＴを出力する計算エンジントルク演算手段１８ｂを含んでいる。
【００３４】
計算エンジントルク演算手段１８ｂについて図３にて説明する。例えばエンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯの場合、エンジン負荷率信号ＬＦは図３の縦軸右側で示すように定格出力時のエンジントルク点Ｔ１位置が１００％となる。ちなみに、エンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯと異なる場合は、そのエンジン回転数Ｎに相当する全負荷曲線上の点をＬＦ＝１００％としたときのエンジン負荷の割合がエンジン負荷率となる。図３の一例のように、エンジン回転数Ｎが定格回転数ＮＯのとき、エンジン負荷率演算手段１３からＬＦ＝７０％という値が出力され、エンジン全負荷トルク演算手段１８ｂからＥｎｇＦＴ＝Ｔ１として出力され、これらの値が計算エンジントルク演算手段１８ｂに入力されると、(２)式のような計算が行われ、結果、同図の縦軸左側に示すように、計算エンジントルクＥｎｇＴが
ＥｎｇＴ＝０．７×Ｔ１
として出力される。
【００３５】
なお、エンジン負荷率演算手段１３により出力されるエンジン負荷率信号ＬＦは、エンジンが実動状態で実際に発生している全負荷出力を１００％としたときのエンジン負荷の割合であるから、エンジンの実動状態が上述した標準状態ならば、定格回転数ＮＯかつＬＦ＝１００％のとき、エンジンは定格出力トルクＴ１を発生していることになるが、エンジンの実動状態が例えば高地などのようにエンジン出力が低下するような状態では、定格回転数ＮＯかつＬＦ＝１００％であっても、実際にエンジンが出力している定格出力トルクはＴ１よりも小さい。
【００３６】
また、コントローラ１８は、計算エンジントルク演算手段１８ｂから出力される計算エンジントルクＥｎｇＴを入力し、計算エンジントルクＥｎｇＴからポンプ目標増減トルクΔＴを演算するポンプ目標トルク演算手段１８ｃを含んでいる。
【００３７】
図４に、計算エンジントルクＥｎｇＴからポンプ目標増減トルクΔＴへの演算手段の方法を示す。同図において、実線で示す特性線２１は、従来技術のスピードセンシング制御と同じ制御効果を実現させるための特性線である。特性線２１の計算エンジントルクＥｎｇＴとポンプ目標増減トルクΔＴの変化割合がＥｎｇＴ＝Ｔ１の点をさかいに変化する、すなわち非線型となっているのは、図６に示すように、一般のエンジンではエンジン回転数Ｎとエンジン出力トルクＴｅとの変化割合がガバナ領域と全負荷領域をさかいに非線型となっているためである。言い換えると、従来のスピードセンシング制御では一般にエンジン回転数Ｎとポンプ目標増減トルクΔＴの変化割合が線形となるように設定しているため、この変化割合を再現するためには、本発明の計算エンジントルクとポンプ目標増減トルクの変化の割合を特性線２１のように設定する必要がある。
【００３８】
また、ポンプ目標トルク演算手段１８cから出力されるポンプ目標増減トルクΔＴと、ベーストルクＴＢを設定するベーストルク設定手段１８ｄから出力されるベーストルクＴＢとを加算して、ポンプ吸収トルクＴＰを出力する加算手段１８ｅを含んでいる。
【００３９】
また、加算手段１８ｅから出力されるポンプ吸収トルクＴＰと、圧力検出器１４から出力される吐出圧力信号Ｐと、傾転角検出器１５から出力される傾転角信号θとを入力し、スピードセンシング制御と同様の手法により、レギュレータ１６にポンプ押し除け容積を制御する制御信号Ｒを出力する吐出流量制御手段１８ｆを含んでいる。
【００４０】
このように構成したものでは、アイソクロナス特性エンジン１を搭載する作業機にあっても、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機にスピードセンシング制御を適用したときに得られる効果とほぼ同等の効果を得ることができる。なお、図４中のポイント▲１▼，▲２▼，▲３▼と、図７中のポイント▲１▼，▲２▼，▲３▼がそれぞれ対応していることになる。
【００４１】
この方法により、ガバナ領域がアイソクロナス特性のエンジンに対しても増馬力制御が可能となり、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機にスピードセンシング制御を適用したときとほぼ同等の効果が得られる。
【００４２】
また、図５はエンジンの出力にばらつきが生じたときについて説明したものであり、例として、定格出力のとき、出力が１０％低下したときおよび出力が１０％増加したときを示したものである。エンジン出力トルクが規定の性能より低下した場合は計算エンジントルクＥｎｇＴ１が定格出力時の計算エンジントルクＥｎｇＴ２の値よりも大きくなるため１８ｃ，１８ｄ，１８ｅの演算手段を通じてポンプ吸収トルクＴｐは低減され、エンジン出力トルクが規定の性能より上昇した場合は計算エンジントルクＥｎｇＴ３が定格出力時の計算エンジントルクＥｎｇＴ２の値よりも小さくなるため１８ｃ，１８ｄ，１８ｅの演算手段を通じてポンプ吸収トルクＴｐは増加される。これにより、エンジンの性能にばらつきが生じたときもスピードセンシング制御と同様、実際のエンジンの性能に最適なポンプ吸収馬力に合わせてエンジン出力を有効に活用することができる。
【００４３】
また、計算エンジントルクＥｎｇＴからポンプ目標増減トルクΔＴへの演算方法は、図４に示すように、破線で示す特性線２２、一点鎖線で示す特性線２３のように自由に設定してもよい。
【００４４】
図４において、特性線２２のように設定する理由は以下の通りである。アイソクロナス特性に制御可能なエンジンを搭載する作業機にスピードセンシング制御をそのまま適用した場合、無負荷状態から急激に負荷がエンジンに入力されたときなどに生じる過渡的なエンジン回転数の落ち込み現象を、エンジンに定格を超えたトルクが働いたと判断してしまい、ポンプ目標増減トルクΔＴを必要以上に下げてしまうという問題が生じる。そこで、計算エンジントルクＥｎｇＴとポンプ目標増減トルクΔＴの変化割合を特性線２２のように設定する、すなわちエンジン負荷とポンプ目標増減トルクの変化割合を、特性線２１に比べて小さく設定することにより、ポンプ目標増減トルクΔＴを必要以上に下げるという悪影響を小さく抑えることができる。
【００４５】
特性線２３のように設定する理由は、特性線を線形にした方が制御手法としては単純になり制御が容易となるためである。
【００４６】
なお、以上の説明では、図１においてエンジン負荷率演算手段１３はコントローラ１８と別に設ける例を説明したが、コントローラ１８内に設けても良い。
【００４７】
また、上記実施形態では、ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置として電子ガバナを例に説明してきたが、燃料噴射制御装置は電子ガバナだけに限られない。電子ガバナは、例えば特許第３０２１５３号公報に示すように、燃料噴射ポンプの燃料噴射量を調節するアクチュエータを位置制御する構成において、アクセル位置とエンジン回転数等の検出を基とする制御信号にて電磁弁を制御し、該アクチュエータを駆動させる装置である。これにより、電子ガバナはエンジンの負荷変動に関係無く燃料噴射量を調節することができるので、アイソクロナス特性を実現することができる。したがって、本発明は同様の負荷変動に関係無く燃料噴射量を調節することができる燃料噴射制御装置、例えばコモンレール式燃料噴射制御システムやユニットインジェクター式燃料噴射制御システム等を用いた構成にも適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明により以下のような効果が得られる。
【００４９】
（増馬力制御に対し）ガバナ領域がアイソクロナス特性のエンジンに対しても増馬力制御が可能となる。
【００５０】
（ばらつき補正に対し）エンジンの性能にばらつきが生じても、スピードセンシング制御と同様、性能に最適なポンプ吸収馬力に合わせることができる。
【００５１】
従って、メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載した作業機にスピードセンシング制御を適用したときとほぼ同等の効果が得られる油圧駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作業機の油圧駆動装置の一実施形態を示す油圧回路図である。
【図２】図１に示す作業機の油圧駆動装置の一実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図である。
【図３】図２のコントローラの要部構成のエンジン全負荷トルク演算手段と計算エンジントルク演算手段を説明した図である。
【図４】図２のコントローラの要部構成の計算エンジントルクＥｎｇＴからポンプ目標増減トルクΔＴへの演算手段を示す図である。
【図５】本発明によるエンジン性能にばらつきが生じたときの制御効果について説明した図である。
【図６】メカニカルガバナ式エンジンで得られるドループ特性、電子ガバナ等の燃料噴射制御装置で得られるアイソクロナス特性を対比して示したエンジン回転数・エンジントルク特性図である。
【図７】メカニカルガバナを備えたエンジンを搭載する作業機に、スピードセンシング制御を適用したときの、エンジン回転数に対するエンジンの全負荷性能及びガバナ特性と、ポンプ目標増減トルクを示した図である。
【図８】スピードセンシング制御の作動方法についてＰ―Ｑ線図上にて説明した図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 可変容量油圧ポンプ
３ 油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
４ 油圧モータ（油圧アクチュエータ）
５ 油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
６ 油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
７ 方向制御弁
８ 方向制御弁
９ 方向制御弁
１０ 方向制御弁
１１ メインリリーフ弁
１２ エンジン負荷検出装置
１３ エンジン負荷率演算手段
１４ 圧力検出器
１５ 傾転角検出器
１６ レギュレータ
１７ 回転数検出器
１８ コントローラ
１８ａ エンジン全負荷トルク演算手段
１８ｂ 計算エンジントルク演算手段
１８ｃ ポンプ目標増減トルク演算手段
１８ｄ ベーストルク設定手段
１８ｅ 加算手段
１８ｆ 制御手段（吐出流量制御手段）
２１ スピードセンシング制御と同じ効果を実現させる特性線
２２ 過渡的なエンジン回転数の落ち込みを考慮した場合の特性線
２３ 制御の簡易化を狙った特性線
３０ 全負荷曲線
３１ ドループ特性線
３２ アイソクロナス特性線
３３ ガバナ領域
４０ スピードセンシング制御のポンプ目標増減トルク特性線
４１ ポンプ吸収馬力特性線
４２ ポンプ目標増減トルクをΔＴ２減少させたときのポンプ吸収馬力特性線４３ ポンプ目標増減トルクをΔＴ３増加させたときのポンプ吸収馬力特性線
Claims (6)
- ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置を有するエンジンと、
前記エンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、
前記可変容量油圧ポンプの押し除け容積を制御するレギュレータと、
前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力を検出し吐出圧力信号を出力する圧力検出器と、
前記可変容量油圧ポンプの前記押し除け容積に相当する傾転角を検出し傾転角信号を出力する傾転角検出器と、
前記エンジンの回転数を検出しエンジン回転数信号を出力する回転数検出器と、
前記エンジンにかかる負荷を検出しエンジン負荷信号を出力するエンジン負荷検出装置と、
前記エンジン負荷信号を入力しエンジン負荷率を出力するエンジン負荷率演算手段と、
前記エンジンの全負荷曲線を記憶しておく記憶装置とを備え、
前記エンジン回転数信号と前記全負荷曲線からエンジン最大発生トルクを求め、前記エンジン最大発生トルクと前記エンジン負荷率から計算エンジントルクを求め、前記計算エンジントルクと前記吐出圧力信号と前記傾転角信号とからポンプ押除け容積を求め前記レギュレータを制御する制御手段とにより構成したことを特徴とする作業機の油圧駆動装置。 - 前記エンジン負荷検出装置はエンジンのコントロールラック位置信号を出力し、前記エンジン負荷率演算手段は前記コントロールラック位置信号を入力しエンジン負荷率を出力する構成としたことを特徴とする請求項１記載の作業機の油圧駆動装置。
- 前記エンジン負荷検出装置はエンジンの目標燃料流量信号または実燃料流量信号の少なくともどちらか一方を出力し、前記エンジン負荷率演算手段は前記目標燃料流量信号または前記実燃料流量信号の少なくともどちらか一方を入力し予め設定された全負荷状態燃料流量及び無負荷時燃料流量とからエンジン負荷率を出力する構成としたことを特徴とする請求項１記載の作業機の油圧駆動装置。
- ガバナ領域をアイソクロナス特性に制御可能な燃料噴射制御装置を有するエンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、エンジン負荷率を求める手段とを備えた作業機にあって、
前記エンジン負荷率とエンジン回転数と予め設定されたエンジン全負荷曲線とから計算エンジントルクを求め、前記計算エンジントルクに基づきポンプ押し退け容積を増減させることを特徴とする作業機の油圧駆動方法。 - 前記エンジン負荷率をエンジンのコントロールラック位置信号により求めることを特徴とする請求項４記載の作業機の油圧駆動方法。
- 前記エンジン負荷率をエンジンの目標燃料流量または実燃料流量の少なくともどちらか一方と予め設定された全負荷状態燃料流量及び無負荷時燃料流量とにより求めることを特徴とする請求項４記載の作業機の油圧駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001389875A JP3801503B2 (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 作業機の油圧駆動装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001389875A JP3801503B2 (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 作業機の油圧駆動装置及び方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003184604A JP2003184604A (ja) | 2003-07-03 |
| JP2003184604A5 JP2003184604A5 (ja) | 2005-01-06 |
| JP3801503B2 true JP3801503B2 (ja) | 2006-07-26 |
Family
ID=27597966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001389875A Expired - Fee Related JP3801503B2 (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 作業機の油圧駆動装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3801503B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4747953B2 (ja) * | 2006-05-31 | 2011-08-17 | 井関農機株式会社 | トラクタ |
| JP5401992B2 (ja) | 2009-01-06 | 2014-01-29 | コベルコ建機株式会社 | ハイブリッド作業機械の動力源装置 |
| JP5808726B2 (ja) * | 2012-11-15 | 2015-11-10 | 株式会社竹内製作所 | 油圧駆動装置 |
| CN108757415B (zh) * | 2018-05-24 | 2020-01-10 | 徐工集团工程机械有限公司 | 抛撒装置的驱动系统、控制方法及抛沙灭火车 |
| CN114233485B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-09-15 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种动力系统控制方法、装置、系统及存储介质 |
-
2001
- 2001-12-21 JP JP2001389875A patent/JP3801503B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003184604A (ja) | 2003-07-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8162618B2 (en) | Method and device for controlling pump torque for hydraulic construction machine | |
| AU2007330245B2 (en) | Torque controller of three pump system for construction machinery | |
| KR101512207B1 (ko) | 건설 기계의 엔진 제어 장치 | |
| US6823672B2 (en) | Control device for construction machine | |
| KR101637571B1 (ko) | 건설기계의 유압펌프 제어장치 및 제어방법 | |
| KR20040007574A (ko) | 전동식 과급기의 제어를 위한 방법 및 장치 | |
| JP5124049B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
| JP4342848B2 (ja) | 作業機の油圧駆動装置 | |
| CN110886824B (zh) | 液压设备 | |
| KR20170039157A (ko) | 쇼벨 | |
| US20210246634A1 (en) | Construction Machine | |
| JP3801503B2 (ja) | 作業機の油圧駆動装置及び方法 | |
| JP2020037480A (ja) | クレーン及びクレーンの制御方法 | |
| KR101233909B1 (ko) | 디젤기관의 제어방법과 제어장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR101648982B1 (ko) | 건설기계의 유압펌프 제어장치 및 제어방법 | |
| JP4109405B2 (ja) | 建設機械のエンジン制御装置 | |
| KR101438227B1 (ko) | 건설기계의 유압펌프 최대 마력 제어를 이용한 엔진 회전수저하 방지 장치 | |
| JP3892306B2 (ja) | 作業機のエンジン性能確認方法および装置並びにポンプ制御装置 | |
| JP4773990B2 (ja) | 建設機械用３ポンプシステムのトルク制御装置 | |
| JP6819473B2 (ja) | ファン制御装置 | |
| JP4042296B2 (ja) | 産業用エンジンの制御装置 | |
| JP2017096040A (ja) | 作業機械 | |
| JP3314143B2 (ja) | 建設機械のエンジン制御方法 | |
| JP2553978Y2 (ja) | 建設機械の原動機と油圧回路の制御装置 | |
| JPH0224929Y2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060214 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060418 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060425 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090512 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100512 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110512 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |