JP4189180B2 - 油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ガバナエンジンと電子油圧レギュレータを備える油圧作業機に具備され、電子ガバナエンジンに出力低下が生じていないかどうか容易に知ることのできる油圧作業機のエンジン出力監視装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
油圧作業機に搭載される電子ガバナエンジンの出力は、粗悪な燃料の使用や燃料フィルタの目詰まり、それに噴射ポンプの故障などによって低下する。これらの要因によって電子ガバナエンジンの出力が低下すると、負荷である油圧ポンプの駆動トルクが低下し、アクチュエータを駆動しての所定の作業が困難になる。
【0003】
かかる不都合の発生を未然に防止するため、従来より、例えば特開平5−10175号公報等に開示されているように、エンジン回転数とエンジンの負荷トルクを任意の値に設定して、エンジン回転数及びコントロールラック位置を検出し、エンジン回転数変化に対するコントロールラック位置検出電圧変化量の割合がある一定値より小さくなった場合にエンジン限界出力時と判定し、複数のエンジン回転数につきエンジン限界出力時を判定して、その時のエンジン回転数及びコントロールラック位置検出電圧を記憶する技術が提案されている。
【0004】
前記公知文献に記載の技術によれば、エンジンの限界出力特性を車載のままで測定し記憶することができるので、エンジン出力に余裕を持たせるように負荷側のトルクを低めに制限する必要がなく、エンジン出力を十分に有効利用することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前記公知文献に記載の技術は、複数のエンジン回転数につきエンジン限界出力時を判定するので、車載のままでエンジンの限界出力特性を測定することはできるが、作業中にエンジンの限界出力特性を測定してオペレータに表示することはできず、実用性に改善の余地がある。
【0006】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであって、その目的は、油圧作業機を停止させることなく、作業中に自動的にエンジンの最大トルク又は最大出力をオペレータに表示することができる油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、電子ガバナコントローラを有する電子ガバナエンジンと、前記電子ガバナコントローラに前記電子ガバナエンジンの目標回転数を設定する目標エンジン回転数設定手段と、前記電子ガバナエンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記電子ガバナエンジンによって駆動される可変容量油圧ポンプと、この可変容量油圧ポンプの押しのけ容積を検出する押しのけ容積検出手段と、前記可変容量油圧ポンプから吐出される作動油の吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段と、前記可変容量油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動されるアクチュエータと、このアクチュエータと前記可変容量油圧ポンプの間にあって前記アクチュエータを駆動する作動油の方向切換と流量調整とを行う方向切換弁と、前記可変容量油圧ポンプの駆動軸トルクが前記目標エンジン回転数設定手段により設定された前記電子ガバナエンジンの目標回転数で与えられるトルク値を超えないように前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力に応じて押しのけ容積を制限するトルク制限手段と、前記目標エンジン回転数設定手段から出力される目標エンジン回転数設定信号、前記電子ガバナコントローラから出力されるトルク負荷率相当信号、前記エンジン回転数検出手段から出力されるエンジン回転数信号、前記押しのけ容積検出手段から出力される押しのけ容積信号及び前記ポンプ吐出圧力検出手段から出力されるポンプ吐出圧力信号を含む信号を入力し、前記トルク制限手段にこれらの各入力信号に相当する押しのけ容積制御信号を出力して、前記可変容量油圧ポンプの押しのけ容積をフィードバック制御する制御手段と、当該制御手段により制御される表示手段とを備え、前記制御手段は、前記可変容量油圧ポンプの押しのけ容積が前記トルク制限手段によって制限を受けている状態にあるか否かの判定と、前記可変容量油圧ポンプの押しのけ容積が前記トルク制限手段によって制限された容積となっているか否かの判定とを行い、これらの判定結果が両者ともに成立した場合には前記電子ガバナコントローラから出力されるトルク負荷率を読み取り、この値と前記可変容量油圧ポンプのポンプトルクとから前記電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を演算し、このエンジン最大トルク又はエンジン最大出力に関する表示信号を前記表示手段に出力するという構成にした。
【0008】
このように、可変容量油圧ポンプの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限を受けている状態にあり、かつ、可変容量油圧ポンプの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限された容積となっている場合に電子ガバナコントローラから出力されるトルク負荷率を読み取り、この値と可変容量油圧ポンプに設定したポンプトルクとから電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を演算して外部に出力すると、電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を測定するための特別な操作を行わなくとも、作業中に電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力をオペレータに表示可能になるので、より実用性の高い油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置とすることができる。また、作業中であっても可変容量油圧ポンプの軸トルクが一定のときにエンジン負荷率を読み取るので、電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を高精度に求めることができる。
【0009】
また、前記の目的を達成するために、本発明は、一基の電子ガバナエンジンによって駆動される複数の可変容量油圧ポンプを有する油圧作業機に適用され、同時に全ての可変容量油圧ポンプでトルク制限手段が働いている状態であるか否かを前記制御手段で判定するという構成にした。
【0010】
油圧ショベルなどの油圧作業機においては、一基の電子ガバナエンジンによって複数台の可変容量油圧ポンプを駆動するのが普通であるので、このように、同時に全ての可変容量油圧ポンプでトルク制限手段が働いている状態であるか否か判定して電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を求めると、より実用性の高い油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置とすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子ガバナエンジン出力監視装置の実施形態を、図1乃至図5を用いて説明する。図1は実施形態例に係る電子ガバナエンジン出力監視装置の構成図、図2は実施形態例に係る電子ガバナエンジン出力監視装置で実行される監視処理の手順を示すフロー図、図3は可変容量油圧ポンプの吐出流量Qa,Qbとネガティブ制御差圧pna,pnbとの関数関係を示すグラフ図、図4は目標エンジン回転数Npと可変容量油圧ポンプ及びパイロットポンプの全体に割り当てるトルクTpとの関数関係を示すグラフ図、図5はネガティブ制御差圧pna,pnbと可変容量油圧ポンプに要求する押しのけ容積Dna,Dnbとの関数関係を示すグラフ図である。
【0014】
図1に示すように、本例の電子ガバナエンジン出力監視装置は、電子ガバナコントローラ2aを備えた電子ガバナエンジン2と、電子ガバナコントローラ2aに電子ガバナエンジン2の目標回転数を設定する目標エンジン回転数設定手段1と、電子ガバナエンジン2の回転数を検出するエンジン回転数検出手段20と、電子ガバナエンジン2にて駆動される可変容量油圧ポンプ3a,3b及びパイロットポンプ3cと、可変容量油圧ポンプ3aから吐出される作動油にて駆動されるアクチュエータ21aと、可変容量油圧ポンプ3bから吐出される作動油にて駆動されるアクチュエータ21bと、可変容量油圧ポンプ3aからアクチュエータ21aに供給される作動油の方向切換と流量調整とを行う方向切換弁11aと、可変容量油圧ポンプ3bからアクチュエータ21bに供給される作動油の方向切換と流量調整とを行う方向切換弁11bと、可変容量油圧ポンプ3aの押しのけ容積を方向切換弁11aの操作量の増減に応じて制御する絞り弁12a、リリーフ弁13a及び差圧検出手段14aと、可変容量油圧ポンプ3bの押しのけ容積を方向切換弁11bの操作量の増減に応じて制御する絞り弁12b、リリーフ弁13b及び差圧検出手段14bと、可変容量油圧ポンプ3aから吐出される作動油の吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段10aと、可変容量油圧ポンプ3bから吐出される作動油の吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段10bと、可変容量油圧ポンプ3aの押しのけ容積を当該可変容量油圧ポンプ3aの吐出圧力に応じて制御するシャトル弁5a、油圧サーボ制御手段4a及び電磁比例減圧弁6aと、可変容量油圧ポンプ3bの押しのけ容積を当該可変容量油圧ポンプ3bの吐出圧力に応じて制御するシャトル弁5b、油圧サーボ制御手段4b及び電磁比例減圧弁6bと、可変容量油圧ポンプ3aの押しのけ容積を検出する押しのけ容積検出手段7aと、可変容量油圧ポンプ3bの押しのけ容積を検出する押しのけ容積検出手段7bと、主回路リリーフ弁8と、パイロット回路リリーフ弁9と、所定量の作動油を蓄える作動油タンク16と、作動油内の異物を除去するフィルタ15,17と、表示手段19と、電磁比例減圧弁6a,6b及び表示手段19を制御する制御手段18とから構成されている。
【0015】
図1から明らかなように、本実施形態は、可変容量油圧ポンプ3a,3bの押しのけ容積の増減をネガティブ制御で行うものであり、可変容量油圧ポンプ3a,3b及びパイロットポンプ3cがエンジン負荷になっている。また、説明を簡単にするために、アクチュエータ21a,21bは各可変容量油圧ポンプ3a,3bごとに1個ずつ割り当てられている。
【0016】
前記目標エンジン回転数設定手段1からは、前記電子ガバナコントローラ2aに与えられる目標エンジン回転数設定信号s0が出力され、前記電子ガバナコントローラ2aからは、エンジン回転数に応じて予め決められた最大トルクに対する実際のトルク負荷の比、即ちトルク負荷率相当信号s1が逐次又は随時外部に出力され、前記エンジン回転数検出手段20からは、実際のエンジン回転数に相当するエンジン回転数信号s8が出力される。また、前記押しのけ容積検出手段7a,7bからは、可変容量油圧ポンプ3a,3bに備えられた斜板の傾転角に相当する押しのけ容積信号s2,s5がそれぞれ出力され、前記ポンプ吐出圧力検出手段10a,10bからは、可変容量油圧ポンプ3a,3bより吐出される作動油の吐出圧力に相当するポンプ吐出圧力信号s3,s6がそれぞれ出力され、前記差圧検出手段14a,14bからは、絞り弁12a,12bの入口と出口における作動油の圧力差に相当するネガティブ制御差圧信号s4,s7がそれぞれ出力される。
【0017】
前記制御手段18は、前記目標エンジン回転数設定信号s0、前記トルク負荷率相当信号s1、前記エンジン回転数信号s8、前記押しのけ容積信号s2,s5、前記ポンプ吐出圧力信号s3,s6及びネガティブ制御差圧信号s4,s7を入力し、前記電磁比例減圧弁6a、6bに押しのけ容積制御信号i1,i2を出力して可変容量油圧ポンプ3a,3bの押しのけ容積をフィードバック制御すると共に、前記表示手段19にエンジン最大トルク又はエンジン最大馬力に関する表示信号infoを出力する。
【0018】
以下、前記のように構成された電子ガバナエンジン出力監視装置で実行される監視処理の手順を、図2のフロー図及び図3乃至図5のグラフ図に基づいて説明する。なお、本実施形態においては、冷却等に要する動力は充分に小さいので、無視している。
【0019】
処理1では、必要な変数等の初期化を行う。
【0020】
処理2では、前記目標エンジン回転数設定手段1からの目標エンジン回転数設定信号s0の読み込みと、前記押しのけ容積検出手段7a,7bからの押しのけ容積信号s2,s5の読み込みと、前記ポンプ吐出圧力検出手段10a,10bからのポンプ吐出圧力信号s3,s6の読み込みと、前記差圧検出手段14a,14bからのネガティブ制御差圧信号s4,s7の読み込みとを行う。
【0021】
処理3では、処理2で読み込まれた各信号を物理量単位へ変換する。F(d)は押しのけ容積Da,Dbに変換する関数、f(ne)はエンジン回転数に変換する関数、f(dp)はポンプ吐出圧力Pda,Pdbに変換する関数、f(np)はネガティブ制御差圧Pna,Pnbに変換する関数である。ネガティブ制御差圧Pna,Pnbと方向切換弁11a、11bを通過する作動油流量との関係は、図3に示すような特性で、方向切換弁11a、11bが左右いずれかのポジションに切り換えられると、0となり、中立の場合にはpn2を超える。
【0022】
処理4では、例えば、図4に示すような関数関係f(tp)によって目標エンジン回転数Npから可変容量油圧ポンプ3a,3bとパイロットポンプ3cの全体に割り当てるトルクTpを演算する。さらに、このトルクTpのうち機械的な効率をkt、パイロットポンプ3cに割り当てるトルクT0を除く可変容量油圧ポンプ3a,3bに実質的に割り当てるトルクを(Tp×kt−T0)とし、駆動軸トルクを制限する可変容量油圧ポンプ3a,3bの押しのけ容積DtをDt=(Tp×kt−T0)/(Pda+Pdb)と演算する。またネガティブ制御差圧Pna,Pnbから可変容量油圧ポンプ3a,3bの押しのけ容積Dna,Dnbを図5に示すような関数関係f(dn)によって演算する。
【0023】
処理5では、可変容量油圧ポンプ3a,3bの押しのけ容積サーボ目標Dsa,Dsbを演算する。そして、上記のDna,DnbのそれぞれについてDtと比較し、小さい方をDsa,Dsbとする。
【0024】
処理6では、処理5で求めたDsaと処理3で求めたDaとから可変容量油圧ポンプ3aの押しのけ容積サーボを行うために、電磁比例減圧弁6aに出力する電流値i1と、処理5で求めたDsbと処理3で求めたDbから可変容量油圧ポンプ3bの押しのけ容積サーボを行うために、電磁比例減圧弁6bに出力する電流値i2を演算する。
【0025】
処理7では、処理6で求めたi1,i2を電磁比例減圧弁6a,6bへ出力する。
【0026】
判断1では、処理5において選択された押しのけ容積サーボ目標が可変容量油圧ポンプ3a及び可変容量油圧ポンプ3b共にDtであるか否かを判定する。両ポンプともDtが選択された場合には判断2に移り、そうでなければ処理11に移る。
【0027】
判断2では、可変容量油圧ポンプ3a,3bの押しのけ容積サーボ偏差が各々所定の±ΔDatol,±ΔDbtolの範囲に入っているか否かを判定する。両ポンプとも所定の範囲に入っていれば処理8に移り、そうでなければ処理11に移る。
【0028】
処理8では、前記電子ガバナコントローラ2aからのトルク負荷率相当信号s1の読み込みと、前記エンジン回転数検出手段20からのエンジン回転数信号s8の読み込みとを行う。
【0029】
処理9では、処理8で読み込んだトルク負荷率相当信号s1及びエンジン回転数信号s8をそれぞれ物理量に変換し、上記トルクTpからエンジン最大トルクTeをTe=Tp/frate(s1)と演算する。ここで、frateは信号s1を負荷率に変換する関数である。次いで、エンジン最大出力WeをWe=Te×fne(s8)と演算する。ここで、fneはエンジン回転数に換算する関数である。
【0030】
処理10では、処理9で求めたエンジン最大出力Weを文字列に変換し、infoに代入する。
【0031】
処理11では、infoにエンジン最大出力Weの演算結果がないことを示す“___”を代入する。
【0032】
処理12では、infoを表示手段19に出力する。
【0033】
本実施形態例に係る電子ガバナエンジン出力監視装置は、可変容量油圧ポンプ3a,3bの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限を受けている状態にあり、かつ、可変容量油圧ポンプ3a,3bの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限された容積となっている場合に電子ガバナコントローラ2aから出力されるトルク負荷率を読み取り、この値と可変容量油圧ポンプ3a,3bに設定したポンプトルクとから電子ガバナエンジン2の最大トルク又は最大出力を演算して外部に出力するので、電子ガバナエンジン2の最大トルク又は最大出力を測定するための特別な操作を行わなくとも作業中に電子ガバナエンジン2の最大トルク又は最大出力を表示手段19に表示することができ、より実用性の高い油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置とすることができる。加えて、一基の電子ガバナエンジン2によって駆動される2台の可変容量油圧ポンプ3a,3bについて、同時にトルク制限手段が働いている状態であるか否かを判定して電子ガバナエンジン2の最大トルク又は最大出力を求めるので、この点からも実用性の高い油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置とすることができる。また、可変容量油圧ポンプ3a,3bの軸トルクが一定のときにエンジン負荷率を読み取るので、電子ガバナエンジン2の最大トルク又は最大出力を高精度に求めることができる。さらに、可変容量油圧ポンプ3a,3bの押しのけ容積を制御するための信号検出手段や制御手段を利用することができるので、電子ガバナエンジン出力監視装置の構成を簡略化することができる。
【0034】
なお、前記実施形態例においては、トルク制限手段に与えるトルクの切り換えを行わないが、かかる構成に代えて、トルク制限手段に与えるトルクを少なくとも2段階以上に切り換えることもできる。
【0035】
このように、トルク制限手段に与えるトルクを少なくとも2段階以上に切り換えると、燃料等の違いによる負荷率の補正を行うことができるので、電子ガバナエンジン2の最大トルク又は最大出力をより高精度に算出することができる。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、可変容量油圧ポンプの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限を受けている状態にあり、かつ、可変容量油圧ポンプの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限された容積となっている場合に電子ガバナコントローラから出力されるトルク負荷率を読み取り、この値と可変容量油圧ポンプに設定したポンプトルクとから電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を演算して外部に出力するので、電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を測定するための特別な操作を行わなくとも作業中に電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を表示手段に表示することができ、より実用性の高い油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例に係る電子ガバナエンジン出力監視装置の構成図である。
【図2】実施形態例に係る電子ガバナエンジン出力監視装置で実行される監視処理の手順を示すフロー図である。
【図3】可変容量油圧ポンプの吐出流量Qa,Qbとネガティブ制御差圧pna,pnbとの関数関係を示すグラフ図である。
【図4】目標エンジン回転数Npと可変容量油圧ポンプ及びパイロットポンプの全体に割り当てるトルクTpとの関数関係を示すグラフ図である。
【図5】ネガティブ制御差圧pna,pnbと可変容量油圧ポンプに要求する押しのけ容積Dna,Dnbとの関数関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1 目標エンジン回転数設定手段
2 電子ガバナエンジン
2a 電子ガバナコントローラ
3a,3b 可変容量油圧ポンプ
3c パイロットポンプ
4a,4b 油圧サーボ制御手段
5a,5b シャトル弁
6a,6b 電磁比例減圧弁
7a,7b 押しのけ容積検出手段
8 主回路リリーフ弁
9 パイロット回路リリーフ弁
10a,10b ポンプ吐出圧力検出手段
11a,11b 方向切換弁
12a,12b 絞り弁
13a,13b リリーフ弁
14a,14b 差圧検出手段
15,17 フィルタ
16 作動油タンク
18 制御手段
19 表示手段
20 エンジン回転数検出手段
21a,21b アクチュエータ
22a,22b チェック弁
Claims (2)
- 電子ガバナコントローラを有する電子ガバナエンジンと、前記電子ガバナコントローラに前記電子ガバナエンジンの目標回転数を設定する目標エンジン回転数設定手段と、前記電子ガバナエンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記電子ガバナエンジンによって駆動される可変容量油圧ポンプと、この可変容量油圧ポンプの押しのけ容積を検出する押しのけ容積検出手段と、前記可変容量油圧ポンプから吐出される作動油の吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段と、前記可変容量油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動されるアクチュエータと、このアクチュエータと前記可変容量油圧ポンプの間にあって前記アクチュエータを駆動する作動油の方向切換と流量調整とを行う方向切換弁と、前記可変容量油圧ポンプの駆動軸トルクが前記目標エンジン回転数設定手段により設定された前記電子ガバナエンジンの目標回転数で与えられるトルク値を超えないように前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力に応じて押しのけ容積を制限するトルク制限手段と、前記目標エンジン回転数設定手段から出力される目標エンジン回転数設定信号、前記電子ガバナコントローラから出力されるトルク負荷率相当信号、前記エンジン回転数検出手段から出力されるエンジン回転数信号、前記押しのけ容積検出手段から出力される押しのけ容積信号及び前記ポンプ吐出圧力検出手段から出力されるポンプ吐出圧力信号を含む信号を入力し、前記トルク制限手段にこれらの各入力信号に相当する押しのけ容積制御信号を出力して、前記可変容量油圧ポンプの押しのけ容積をフィードバック制御する制御手段と、当該制御手段により制御される表示手段とを備え、
前記制御手段は、前記可変容量油圧ポンプの押しのけ容積が前記トルク制限手段によって制限を受けている状態にあるか否かの判定と、前記可変容量油圧ポンプの押しのけ容積が前記トルク制限手段によって制限された容積となっているか否かの判定とを行い、これらの判定結果が両者ともに成立した場合には前記電子ガバナコントローラから出力されるトルク負荷率を読み取り、この値と前記可変容量油圧ポンプのポンプトルクとから前記電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を演算し、このエンジン最大トルク又はエンジン最大出力に関する表示信号を前記表示手段に出力することを特徴とする油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置。 - 一基の電子ガバナエンジンによって駆動される複数の可変容量油圧ポンプを有する油圧作業機に適用され、同時に全ての可変容量油圧ポンプでトルク制限手段が働いている状態であるか否かを前記制御手段で判定することを特徴とする請求項1に記載の油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置。
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