JP4840857B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料消費量低減モードを有するエンジン制御装置に関する。

作業機械のエンジン制御装置は、図６に示された等燃費曲線を表わした燃料マップを用いてエンジンの燃費効率を考慮しながらエンジンを制御する。この燃料マップは、単位時間当りのエンジン回転数（以下、単に「エンジン回転数」という）とエンジントルクによる正味燃料消費量(BSFC[g/kWh])を示す。

従来の燃料マップは、図６に示されるように、高トルクで燃費効率が最良となるように作られており、燃料消費量低減モード制御によってポンプトルク配分を低下させたり、またはエンジン回転数を低下させると、燃費効率が悪くなるおそれがある。例えば、図６に示された場合は、正味燃料消費量が、BSFC:206g/kWhからBSFC:210g/kWhに悪化している。

一方、エンジン出力トルクカーブとポンプ吸収トルクカーブとを制御して、両者のマッチング点を、燃料マップにおいて燃料消費率が最小となる燃費最小点に近づける制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２３２８３５号公報（第１頁、図２）

上記の制御装置は、単一の燃料マップを持つ単一のエンジン出力トルクカーブの一部を変形させるように制御しているが、エンジンそのものは低燃費モード仕様に変更されておらず、この点で燃費向上を図れる余地がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、エンジンを低燃費モード仕様に切換えることで燃費向上を図れるようにしたエンジン制御装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、スタンダードモードおよびスタンダードモードより燃料消費量を低減させる燃料消費量低減モードに対応する複数のエンジン出力トルクカーブおよび複数のエンジン出力トルクカーブに対応する等燃費曲線を表わした複数の燃料マップを備えた一方のコントローラと、この一方のコントローラと通信しながら複数のエンジン出力トルクカーブからモードに応じたエンジン出力トルクカーブを選択するとともに複数の燃料マップからモードに応じた燃料マップを選択する他方のコントローラとを具備し、他方のコントローラには、エンジン回転数を入力するアクセルダイヤルと、スタンダードモードおよび燃料消費量低減モードの中から一つを選択することでエンジン出力トルクカーブの切換とともに燃料マップを切換えるモード選択手段とが接続され、他方のコントローラは、アクセルダイヤルから入力されたエンジン回転数と、モード選択手段から入力されたモードとにより、モードに応じたエンジン目標回転数を決定する機能を備えたエンジン制御装置である。

請求項１記載の発明によれば、一方のコントローラが備えたスタンダードモードおよび燃料消費量低減モードに対応する複数のエンジン出力トルクカーブおよび複数の燃料マップから、他方のコントローラが、モードに応じたエンジン出力トルクカーブおよび燃料マップを選択するので、エンジンを低燃費モード仕様に切換えることができ、燃費向上を図れる。特に、モード選択手段により燃料消費量低減モードを選択すると、燃料消費量の低減に適した一つのエンジン出力トルクカーブと、このトルクカーブに対応する燃料マップとを自動的に選択でき、エンジンを確実に低燃費モード仕様に切換えることができ、さらに、他方のコントローラは、アクセルダイヤルから入力されたエンジン回転数と、モード選択手段から入力されたモードとにより、モードに応じたエンジン目標回転数すなわちエンジン回転数の上限リミットを設定することで、さらに燃費向上を図れる。

以下、本発明を図１乃至図５に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図５は、作業機械としての油圧ショベルを示し、機体11にキャブ12および作業装置13とともにエンジンなどの動力装置14が搭載されている。

図２に示されるように、動力装置14は、電子制御により燃料噴射量および燃料噴射タイミングを制御可能なエンジン15と、このエンジン15により駆動される可変容量型ポンプ16とを備えている。可変容量型ポンプ16は、タンク17内の作動油を車両油圧回路18に供給するもので、この車両油圧回路18は、機体11の走行系および旋回系モータ、作業装置13の油圧シリンダを制御する。可変容量型ポンプ16は、容量可変手段であるポンプ斜板または斜軸を制御するレギュレータなどのポンプ容量制御部19を備え、このポンプ容量制御部19により斜板または斜軸の傾転角を制御することで、ポンプ吸収トルクを制御することができる。

エンジン15の回転速度は、エンジン回転数センサ21により検出され、この検出されたエンジン回転数情報は、一方のコントローラとしてのエンジンコントローラ22に取込まれる。また、車両油圧回路18の圧力は、圧力センサ23により検出され、この検出された圧力情報は、他方のコントローラとしての機体コントローラ24に取込まれる。

機体コントローラ24には、エンジン回転数を設定するアクセルダイヤル25と、エンジン燃費モードを、所定のパワーを確保するスタンダードモードと、このスタンダードモードより燃料消費量を低減させる燃料消費量低減モードの中から一つを選択するモード選択手段26とが接続されている。モード選択手段26は、キャブ12内に設置されたモニタ内のファンクションメニューからモードを選択するモード選択スイッチである。

エンジンコントローラ22には、スタンダードモード用の燃料マップ（正味燃料消費量分布）31、複数の燃料消費量低減モード（エコモード）用の燃料マップ32，33および必要燃料演算部34が設けられている。この必要燃料演算部34は、エンジン15の燃料噴射制御部35に指示される燃料噴射量および燃料噴射タイミング（噴射時間を含む）などの燃料噴射制御信号を演算してエンジン回転数を制御する。

機体コントローラ24には、アクセルダイヤル25で設定されたエンジン回転数を目標値としてエンジン回転数を指令するエンジン回転数指令部36と、モード選択手段26で選択されたモードを記憶し管理するモード記憶部37およびモード管理部38と、圧力センサ23で検出された回路圧力にポンプ吸収トルクのポンプトルク配分を加味して可変容量型ポンプ16の斜板または斜軸の傾転角を演算するポンプ容量制御演算部39とが設けられている。このポンプ容量制御演算部39で演算されたポンプ容量制御信号は、ポンプ容量制御部19に出力される。

このように、各モードの正味燃料消費量分布31，32，33と燃料噴射制御機能およびエンジン回転数制御機能はエンジンコントローラ22が有し、エンジン回転数指令、モード制御、ポンプトルク配分制御の各機能は機体コントローラ24が有しているため、エンジンコントローラ22と機体コントローラ24との相互間で、現在のモード(スタンダードモード/エコモード)を常時通信しながら、最適な燃料噴射制御を行う。

図３は、スタンダードモードのエンジン出力トルクカーブＴsおよびその正味燃料消費量(BSFC[g/kWh])の等燃費曲線を表わした燃料マップＦsと、燃料消費量低減モード(エコモード)のエンジン出力トルクカーブＴeおよびその等燃費曲線を表わした燃料マップＦeとを示し、これらのデータは、エンジンコントローラ22のメモリ内にマッピングされている。

図４に示されるように、機体コントローラ24には、エンジン回転数とポンプ吸収トルクとの関係を示すデータが、そのメモリ内に格納されており、アクセルダイヤル25から入力されたダイヤル値と、モード選択手段26から入力されたモード(スタンダードモード、エコモード１、エコモード２)により、エンジン目標回転数とポンプ最大吸収トルクとが決定される。

そして、上記エンジン目標回転数と、後述するエンジンスロットル最大開度、エンジン回転数センサ21で検出されたエンジン実回転数とが、エンジンコントローラ22の必要燃料演算部34に入力され、この必要燃料演算部34で回転数誤差に応じた燃料噴射制御信号、すなわち燃料噴射量および燃料噴射時期などが演算され、エンジン15の燃料噴射制御部35に出力される。

一方、上記ポンプ最大吸収トルクと、圧力センサ23により検出された回路圧力信号とが、機体コントローラ24のポンプ容量制御演算部39に入力され、このポンプ容量制御演算部39で負荷圧などに応じたポンプ容量制御信号、すなわち斜板または斜軸の傾転角などが演算され、可変容量型ポンプ16のポンプ容量制御部19に出力される。

図１に示されるように、モード選択手段26により選択されたモードは、エンジンコントローラ22と機体コントローラ24との間で単位時間毎に確認され、領域41でエンジン出力トルクカーブの選択がなされ、ここでエンジン目標回転数が決定されて、必要燃料演算部34に入力される。

領域41では、選択モードに応じてエンジン出力トルクカーブを選択し、スタンダードモードに対応するエンジン出力トルクカーブＴsと、燃料消費量低減モードに対応するエンジン出力トルクカーブＴeとを切換える。同時に、これらのエンジン出力トルクカーブＴs，Ｔeの切換とともに、等燃費曲線を表わした燃料マップＦs，Ｆeを切換える。なお、燃料消費量低減モードのエンジン出力トルクカーブＴeおよび燃料マップＦeは、図面上は１つのみを示すが、複数設定してもよい。

これらのエンジン出力トルクカーブＴs，Ｔeおよび燃料マップＦs，Ｆeは、エンジンコントローラ22のメモリに格納されているが、このエンジンコントローラ22と通信しながら機体コントローラ24が、複数のエンジン出力トルクカーブＴs，Ｔeからモードに応じたエンジン出力トルクカーブを選択する。

データテーブル42は、ダイヤル値（１〜１０）でエンジン回転数を入力するアクセルダイヤル25から出力されるアクセル信号と、モード選択手段26で選択されたモードとにより決まるエンジンスロットル最大開度を設定するもので、選択されたエンジンスロットル最大開度が、必要燃料演算部34に入力され、モードに応じた無負荷時のエンジン目標回転数を設定する。

データテーブル43は、アクセルダイヤル25からのアクセル信号と、モード選択手段26で選択されたモードとにより決まるポンプ吸収トルクのポンプトルク配分を設定するもので、既に説明したように、選択されたポンプトルク配分は、ポンプ容量制御演算部39に入力され、斜板または斜軸の傾転角の上限リミットを設定する。

次に、この実施の形態の作用効果を説明する。

燃費効率の悪化を防ぐため、エコモード専用のエンジン出力トルクカーブＴeおよび燃料マップＦeを設定し、スタンダードモードおよびエコモード用の少なくとも２種またはそれ以上のエンジン出力トルクカーブＴs，Ｔeおよび燃料マップＦs，Ｆeを設定し、モード選択にあわせて燃料噴射制御を行う。

すなわち、スタンダードモードのエンジン出力トルクカーブＴsを、燃料消費量低減モード(エコモード)のエンジン出力トルクカーブＴeに切換えることで、燃料噴射量およびタイミングを自在に調整できる電子制御式のエンジン15を低燃費モード仕様エンジンに切換えることができる。

言い換えると、複数のエンジン出力トルクカーブの切換に伴って、スタンダードモードの燃料マップＦsの高燃費領域にあったポンプ吸収トルクとのマッチング点を、燃料消費量低減モードの燃料マップＦeでは低燃費領域とすることができ、燃費向上を図れる。

また、モード選択手段26により燃料消費量低減モードを選択すると、燃料消費量の低減に適した一つのエンジン出力トルクカーブＴeと、このトルクカーブに対応する燃料マップＦeとを自動的に選択でき、エンジン15を確実に低燃費モード仕様に切換えることができ、燃料消費量低減モードであっても、さらにアクセルダイヤル25によりエンジン目標回転数、ポンプ吸収トルクを調整することで、さらに燃費向上を図れる。

例えば図３において、燃料消費量低減モード制御時に、これまでのエンジン回転数低下(例えば実効アクセルダイヤルを10から８へ)の制御と、ポンプトルク配分の低下(例えば実効トルクをlOO%から85%へ)の制御とに加えて、同時に、正味燃料消費量分布（燃料マップ）をモード毎に切換えることにより、正味燃料消費量(BSFC[g/kWh])を、210から196へと低減させることができる。

少なくとも２種、またはそれ以上の正味燃料消費量分布を使い分けることにより、理論的には４〜６%の燃費効率の改善が図れる。

本発明は、図５に示された油圧ショベル以外の作業機械などにも利用可能である。

本発明に係るエンジン制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。 同上制御装置の回路図である。 同上制御装置におけるエンジン出力トルクカーブおよび燃料マップを示す特性図である。 同上制御装置のブロック図である。 作業機械の側面図である。 従来のエンジン出力トルクカーブと燃料マップを示す特性図である。

15 エンジン
22 一方のコントローラとしてのエンジンコントローラ
24 他方のコントローラとしての機体コントローラ
25 アクセルダイヤル
26 モード選択手段
Ｆs，Ｆe 燃料マップ

Claims (1)

1. スタンダードモードおよびスタンダードモードより燃料消費量を低減させる燃料消費量低減モードに対応する複数のエンジン出力トルクカーブおよび複数のエンジン出力トルクカーブに対応する等燃費曲線を表わした複数の燃料マップを備えた一方のコントローラと、
   この一方のコントローラと通信しながら複数のエンジン出力トルクカーブからモードに応じたエンジン出力トルクカーブを選択するとともに複数の燃料マップからモードに応じた燃料マップを選択する他方のコントローラとを具備し、
   他方のコントローラには、
   エンジン回転数を入力するアクセルダイヤルと、
   スタンダードモードおよび燃料消費量低減モードの中から一つを選択することでエンジン出力トルクカーブの切換とともに燃料マップを切換えるモード選択手段とが接続され、
   他方のコントローラは、アクセルダイヤルから入力されたエンジン回転数と、モード選択手段から入力されたモードとにより、モードに応じたエンジン目標回転数を決定する機能を備えた
   ことを特徴とするエンジン制御装置。

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