JP5119487B2 - フォークリフトのエンジン制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フォークリフトのエンジン制御装置に関するものである。
フォークリフトの車体前方には、作業機としてのマストおよびフォークなどのアタッチメントが設けられている。作業機操作レバーの操作に応じて作業機が駆動されマストがチルトされたりアタッチメントとしてのフォークがリフトされたりして、フォークに載せられた荷物の位置、姿勢を所望の位置、姿勢に変化させることができる。
フォークリフトは、無積載時と最大積載時の車重比が約1.8倍であり、車重比が非常に大きい。
しかしながら、従来にあっては、最大積載時および最大走行負荷時に合わせてエンジン特性が定められていた。
図1は、従来のフォークリフトのエンジン出力特性を示したトルク線図である。横軸は、エンジン回転数Nを示し、縦軸は、エンジントルクTを示している。Lは、エンジンの最大トルク線であり、1種類に固定されている。エンジン回転数Nは、アクセル開度に対応している。
最大トルク線Lは、フォークリフトが最大積載負荷で最大上昇速度を確保でき、かつ最大負荷(最大積載負荷および最大走行負荷)で最大登坂能力を確保できるように設定されている。
各エンジン回転数毎に、つまり各アクセル開度毎に、レギュレーションラインLL…Li…LHが定められており、アクセル開度(エンジン回転数Ni)が定まると、負荷の大きさに応じて、エンジン回転数Nが減少しながら、対応するレギュレーションラインLi上を、エンジン吸収トルクと負荷とのマッチング点が移動する。あるエンジン回転数Niでマッチング点は、レギュレーションラインLi上で最大トルクとなる点、つまり最大トルク線L上の点Pに位置することとなる。このようなエンジン回転数Nが減少しながらエンジン出力トルクTを増加させる制御は、オールスピード制御式ガバナによる機械式の制御または電子制御で実現される。
下記特許文献1には、ホイールローダの作業の状態に応じて自動的にエンジンのパワー出力能力を制御することを解決課題として、ホイールローダの作業機のアームの油圧シリンダの圧力や傾斜計などに基づいて作業の状態を検出して自動的にエンジンの最大トルク線を選択するという発明が記載されている。
下記特許文献2には、バッテリを駆動源とするフォークリフトにおいて、使用状況に応じた必要な加速特性を得ることを解決課題として、フォークに積載された荷物の重量の大きさに応じて走行モータに供給される初期電流値を可変設定するという発明が記載されている。
下記特許文献3には、フォークリフトに、フォークに積載された荷物の荷重を計測する荷重計測装置を設け、荷重計測装置で計測された荷重をディスプレイに表示したり、計測された荷重が設定値を超えた場合に警告を出したり、計測された荷重に応じてマストの前傾角度や走行速度を制限するという発明が記載されている。
WO2005/024208 A1 特開2003−54899号公報 特開2010−6604号公報
フォークリフトのようなアクセルペダルの踏込み操作によってエンジン回転数をコントロールする車両では、積載荷重負荷あるいは走行負荷の大小にかかわらずオペレータは、アクセルペダルを「踏込み勝手に」操作しがちである。ここで、図1に示すトルク線図上で、図中右肩上がりに、時間当たりの燃料消費量が増大する。
従来にあっては、図1に示すように最大トルク線Lは、最大積載荷重時の最大上昇速度および最大登坂能力を確保できるように設定されている。エンジンが低速状態(例えばローアイドル回転数)からアクセルペダルを急激に踏み込む急加速状態においては、負荷の大小にかかわらず過渡的にこの最大トルク線に沿ってマッチング点が推移していくが、エンジンの最大燃料消費域を通過していることになる。
一方、無積載若しくは軽負荷の状態の場合には、急加速状態のときにエンジン出力上、最大トルク線に沿う必要はなく、より低い出力レベルでも車両の性能に実用上問題はない。すなわち、従来は無積載若しくは軽負荷状態のときには、急加速時に過渡的に無駄に燃料を消費していることになり、アクセル操作が頻繁にフルに踏み込む状態が多いほどこの無駄が多くなる。
このように、フォークリフトでは、無積載若しくは軽負荷(軽荷重負荷、軽走行負荷)の状態のときにアクセルペダルが一杯に踏込まれた場合に、燃料消費を低く抑える必要性がある。
加えて、フォークリフトでは、一旦重量のある荷物が積載された場合には、最大上昇速度で荷物を上昇でき、最大の走行性能をもって加速不良なく走行できるようにすることが、作業性を確保するために必要となる。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、無積載若しくは軽負荷(軽荷重負荷、軽走行負荷)の状態のときにアクセルペダルが一杯に踏込まれた場合に、燃料消費を低く抑えることができ、しかも一旦重量のある荷物が積載された場合には、最大上昇速度で荷物を上昇でき、最大の走行性能をもって加速不良なく走行できるようにして作業性を確保することを解決課題とするものである。
なお、先行技術文献のいずれにも、無積載若しくは軽負荷(軽荷重負荷、軽走行負荷)の状態のときにアクセルペダルが一杯に踏込まれた場合に、燃料消費を低く抑えることができ、しかも一旦重量のある荷物が積載された場合には、最大上昇速度で荷物を上昇でき、最大の走行性能をもって加速不良なく走行できるようにして作業性を確保することを解決課題とする発明は、記載されていない。
第1発明は、
エンジンによって駆動される走行装置と前記エンジンによって駆動されてリフトされるアタッチメントを含む作業機を備えたフォークリフトであって、エンジンの制御によってエンジン回転数の軸とトルクの軸を持つエンジンのトルク線図上で、エンジン吸収トルクと負荷とのマッチングが行われるようにしたフォークリフトのエンジン制御装置において、
前記トルク線図上で最大トルク値の大きさが異なる複数の最大トルク線を少なくとも2つ予め設定する最大トルク線設定手段と、
前記アタッチメントおよび当該アタッチメントに積載された荷物の重量を計測する重量計測手段と、
前記重量計測手段で計測された重量に対して、前記少なくとも2つの最大トルク線を選択するためのしきい値を定め、前記重量計測手段で計測された重量が前記しきい値よりも小さい場合には、最大トルク値が小さい方の最大トルク線を選択するとともに、前記重量計測手段で計測された重量が前記しきい値以上の場合には、最大トルク値が大きい方の最大トルク線を選択する最大トルク線選択手段と、
前記最大トルク線選択手段で選択された最大トルク線を用いてエンジンを制御するエンジン制御手段と
を備えたことを特徴とするフォークリフトのエンジン制御装置。
第2発明は、第1発明において、
前記最大トルク線設定手段では、最大トルク値の大きさが異なる2つの最大トルク線が予め設定されており、最大トルク値が大きい方の最大トルク線は、フォークリフトが最大積載負荷で最大上昇速度を確保でき、かつ最大負荷で最大登坂能力を確保できる最大トルク値に設定されていること
を特徴とする。
第3発明は、第1発明または第2発明において、
前記最大トルク線選択手段では、最大トルク値が小さい方の最大トルク線が選択されている状態から最大トルク値が大きい方の最大トルク線を選択する状態に移行するときに使用されるしきい値は、最大トルク値が大きい方の最大トルク線が選択されている状態から最大トルク値が小さい方の最大トルク線を選択する状態に移行するときに使用されるしきい値よりも大きい値に定められていること
を特徴とする。
本発明によれば、フォークリフトにおいて無積載若しくは軽負荷(軽荷重負荷、軽走行負荷)の状態のときには、最大トルク値が小さい方の最大トルク線を用いてエンジンが制御されるため、アクセルペダルが一杯に踏込まれた場合に、燃料消費を低く抑えることができる。一方、一旦重量のある荷物が積載された場合には、最大トルク値が大きい方の最大トルク線を用いてエンジンが制御されるため、最大上昇速度で荷物を上昇でき、最大の走行性能をもって加速不良なく走行できるようになり作業性が確保される。
図1は、従来のトルク線図である。 図2は、フォークリフトの作業機の構造を示した図である。 図3は、フォークリフトの動力伝達系の構成を示した図である。 図4は、エンジンを制御するコントローラの構成を示した図である。 図5は、実施例のトルク線図である。 図6は、実施例の効果を説明するために用いた従来のエンジンの加速経路と実施例のエンジンの加速経路を対比した図である。 図7は、フォークリフトの車体の側面図である。 図8は、積荷の重量を判定する手順を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明に係るフォークリフトのエンジン制御装置の実施の形態について説明する。
図7は、フォークリフト1の車体3の側面図である。図2は、フォークリフト1の作業機2の構造を示している。
図7に示すように、フォークリフト1の車体3の前方には、作業機2としてのマスト4およびフォーク5が設けられている。アウタマスト4Aは、車体3に左右一対のチルトシリンダ8を介して支持されている。作業機操作レバー6の操作に応じて作業機2が駆動されマスト4がチルトされたりアタッチメントとしてのフォーク5がリフトされたりして、フォーク5に載せられた荷物の位置、姿勢を所望の位置、姿勢に変化させることができる。
図2(a)、(b)、(c)では、それぞれフォーク5が上昇前の状態、フォーク5が中間位置に上昇した状態、フォーク5が最大位置に上昇した状態を示している。
マスト4は、アウタマスト4Aとインナマスト4Bからなる。
アウタマスト4Aには、上下動自在にインナマスト4Bが設けられている。インナマスト4Bには、アタッチメントとしてのフォーク5が、上下動自在に取り付けられている。左右一対のリフトシリンダ10のボディ10bは、ロッド10aが上向きになるようにアウタマスト4Aに固定されている。リフトシリンダ10のロッド10aの先端は、滑車11に固定されている。滑車11の軸は、インナマスト4Bに取り付けられている。
滑車11にはチェーン12が巻き掛けられている。チェーン12の一端はアウタマスト4Aに固定され、チェーン12の他端はフォーク5に固定されている。
図3は、フォークリフト1の動力伝達系の構成を示している。
エンジン13の駆動力は、PTO軸14を介して作業機油圧ポンプ15およびHST油圧ポンプ16に伝達される。HST油圧ポンプ16から駆動輪24までの動力伝達系は、走行装置7を構成する。
静流体駆動式トランスミッション(HST;Hydro-Static Transmission)17は、HST油圧ポンプ16と、HST油圧モータ18と、HST油圧ポンプ16の各流入出口16a、16bと、HST油圧モータ18の各流入出口18a、18bとを連通する油路19とからなり、HST油圧ポンプ16の斜板16cと、HST油圧モータ18の斜板18cの各傾転角を調整して各容量を変化させることにより、変速を行なう。
HST油圧モータ18の駆動力は、デファレンシャルギア20を介してアクスル21に伝達される。アクスル21には、ブレーキ装置22とファイナルギア23が設けられている。ファイナルギア23の出力軸は、駆動輪24に連結されている。このためエンジン13が稼動しており、アクセルペダル25が踏込まれ、図示しない走行方向レバー26が前進方向若しくは後進方向に選択された場合には、駆動輪24が回転駆動して前進走行または後進走行する。
作業機操作レバー6は、たとえばジョイスティックからなるレバーであり、操作方向に応じてリフト上げまたは下げ動作またはチルト動作を行う。作業機操作レバー6がチルト動作方向に操作されると、作業機油圧ポンプ15の吐出口15aから吐出された圧油が制御弁27を介してチルトシリンダ8の油室8cに供給される。これによりチルトシリンダ8が作動して、図2ないしは図7に示すマスト4がチルト動作する。
作業機操作レバー6がリフト上げ動作方向に操作されると、作業機油圧ポンプ15の吐出口15aから吐出された圧油が制御弁27から油路29を通りリフトシリンダ10の油室10cに供給される。これにより図2に示すように、リフトシリンダ10のロッド10aが上方に移動する。このため滑車11とともにチェーン12が上方に押し上げられ、インナーマスト4Bが上方に移動するとともに、フォーク5がインナーマスト4Bに対して上昇する。フォーク5は、ロッド10aの移動量(滑車11の移動量)Hの2倍の移動量2Hをもって上昇する。
作業機操作レバー6がリフト下げ動作方向に操作されると、リフトシリンダ10の油室10c内の圧油が油路29を通り制御弁27を介してタンク28に解放される。これにより図2において、自重によってリフトシリンダ10のロッド10aが下方に移動する。このため滑車11とともにチェーン12が下がり、インナーマスト4Bが下方に移動するとともに、フォーク5がインナーマスト4Bに対して下降する。
作業機操作レバー6が中立位置に位置されると、制御弁27の開口が閉じられ、リフトシリンダ10の油室10cへの圧油の供給、排出が止まる。これにより図2において、リフトシリンダ10のロッド10aの移動が停止して、フォーク5の高さが維持される。
リフトシリンダ10の油室10cと制御弁27とを連通する油路29には、圧力センサ30が設けられている。油路29内の作動油には、アタッチメントとしてのフォーク5およびフォーク5に積載された荷物の重量に対応する保持圧が発生している。
よって圧力センサ30で油路29内の作動油の圧力、つまりリフトシリンダ10保持圧を検出することで、アタッチメントとしてのフォーク5およびフォーク5に積載された荷物の重量を計測することができる。
図4は、エンジン13を制御するコントローラ31の構成を示している。
コントローラ31は、重量計測手段32と、最大トルク線設定手段33と、最大トルク線選択手段34と、エンジン制御手段35を備えている。
コントローラ31には、圧力センサ30の検出信号が入力されるとともに、アクセルペダル25の踏込み操作量を示す信号が入力される。
重量計測手段32では、圧力センサ30で検出されるリフトシリンダ10の保持圧を複数回サンプリングして平均化する処理を施し、平均保持圧を算出する。たとえば、10msecをサンプリングタイムとして、100回(1sec)の平均保持圧が算出される。算出された平均保持圧は、アタッチメントとしてのフォーク5の重量と荷物の重量とを合計した重量Mに相当する。
重量計測手段32で重量Mを正確に計測してもよい。すなわち、圧力センサ30で検出されたリフトシリンダ10の保持圧と、補正係数に基づいて、アタッチメントとしてのフォーク5の重量と荷物の重量とを合計した重量Mを算出することができる。補正係数は、予め既知のフォーク5の重量とリフトブラケット9の重量とインナーマスト4Bの重量に基づき求められる。
最大トルク線設定手段33では、トルク線図上で最大トルク値の大きさが異なる2つの最大トルク線が予め設定されている。
図5は、図1に対応するトルク線図であり、実施例のフォークリフト1のエンジン13の出力特性を示したものである。横軸は、エンジン回転数Nを示し、縦軸は、エンジントルクTを示している。L1は、最大トルク値が大きい方の最大トルク線であり、L2は、最大トルク値が小さい方の最大トルク線である。
最大トルク線L1は、フォークリフト1が最大積載負荷で最大上昇速度を確保でき、かつ最大負荷で最大登坂能力を確保できる最大トルク値に設定されている。すなわち、一旦重量のある荷物が積載された場合には、最大上昇速度で荷物を上昇でき、最大の走行性能をもって加速不良なく走行できるようにして作業性を確保することができる最大トルク値に設定されている。
最大トルク線L2は、無積載若しくは軽負荷(軽荷重負荷、軽走行負荷)の状態のときにアクセルペダル25が一杯に踏込まれた場合に、燃料消費を低く抑えることができ、しかも、無積載若しくは軽負荷(軽荷重負荷、軽走行負荷)の状態のときに最大上昇速度でフォーク5を上昇でき、最大の走行性能をもって加速不良なく走行できるようにして作業性を確保することができる最大トルク値に設定されている。
コントローラ31の最大トルク線選択手段34は、積荷判定部41と、時間判定部42と、選択部43からなる。
積荷判定部41には、重量計測手段32で計測された重量Mに対して、2つの最大トルク線L1、L2を選択するためのしきい値Mthが定められている。ただし、制御上のハンチングを防止するために、しきい値Mthを2種類設定し、ヒステリシスを持たせている。
すなわち、最大トルク値が小さい方の最大トルク線L2が選択されている状態から最大トルク値が大きい方の最大トルク線L1を選択する状態に移行するときに使用されるしきい値Mth1は、最大トルク値が大きい方の最大トルク線L1が選択されている状態から最大トルク値が小さい方の最大トルク線L2を選択する状態に移行するときに使用されるしきい値Mth2よりも大きい値に定められている。
次に、図8に基づき、重量計測手段32で計測された重量Mを判定する手順について説明する。
積荷判定部41では、重量計測手段32で計測された重量Mとしきい値Mth1、Mth2との大小を対比、判定する(ステップ101)。
時間判定部42は、積荷判定部41の判定結果が所定時間以上継続して同じ判定結果であるか否かを判定する(ステップ102)。積荷判定部41の判定結果が所定時間(たとえば1秒)以上継続して同じ判定結果である場合には(ステップ102の判断Y)、積荷判定部41の判定結果を選択部43に出力する(ステップ103)。時間判定を設けるようにしたのは、フォークリフト1が走行中にバウンドなどによってリフトシリンダ10の保持圧が変動することなどを考慮したものである。
選択部43では、積荷判定部41の判定結果をもとに、最大トルク線を選択する。すなわち、重量計測手段32で計測された重量Mがしきい値Mth2よりも小さいという判定結果が入力された場合には、最大トルク値が小さい方の最大トルク線L2を選択するとともに、重量計測手段32で計測された重量Mがしきい値Mth1以上という判定結果が入力された場合には、最大トルク値が大きい方の最大トルク線L1を選択する。
このようにして最大トルク線選択手段34で最大トルク線が選択されると、選択された最大トルク線の情報は、エンジン制御手段35に出力される。
エンジン13の制御は、エンジン制御手段35とガバナ36と燃料噴射ポンプ37によって行なわれる。
エンジン制御手段35は、エンジン出力トルクを、選択された最大トルク線で規定される最大トルク値以下に制限し、かつアクセルペダル25の踏込み操作量に対応するエンジン回転数Nを得るための制御指令を生成し、ガバナ36に出力する。
ガバナ36は、制御指令として与えられたエンジン回転数Nとなり、エンジン出力トルクTを、選択された最大トルク線で規定される最大トルク値以下に制限する燃料噴射量指令を生成し、燃料噴射ポンプ37に出力する。燃料噴射ポンプ37は、燃料噴射量指令として与えられた燃料噴射量が得られるようにエンジン13に燃料を噴射する。
ガバナ36は、オールスピード制御式ガバナであり、機械式の制御または電子制御が行なわれる。
図5に示すように、エンジントルク値が小さい最大トルク線L2が選択された場合を想定する。
各エンジン回転数N毎に、つまり各アクセル開度毎に、レギュレーションラインLL…Li…LHが定められており、アクセル開度(エンジン回転数Ni)が定まると、負荷の大きさに応じて、エンジン回転数Nが減少しながら、対応するレギュレーションラインLi上を、エンジン吸収トルクと負荷とのマッチング点が移動する。あるエンジン回転数Niでマッチング点は、レギュレーションラインLi上で最大トルクとなる点P2、つまり最大トルク線L2上の点P2に位置することとなる。この最大トルク線L2上の最大トルク点P2は、同じエンジン回転数Niで、エンジントルク値が大きい方の最大トルク線L1上の対応する最大トルク点P1よりもトルク値が小さい点である。
つぎに図6を用いて本実施例の効果について説明する。
図6は、図5と同様に、エンジン回転数Nの軸とトルクTの軸を持つエンジン13のトルク線図上で、最大トルク線L、L2を示すとともに、等燃費線F1、F2…Fi…を併せて示している。等燃費線F1、F2…Fi…は、エンジン回転数N、エンジントルクTに応じて、エンジン13の燃料消費量が等しくなるトルク線図上の特性のことである。
最大トルク線Lは、図1に示す、従来1種類に固定されていた最大トルク線であり、トルク値の大きさは、最大トルク線L1に相当する。
図6において、A1は、従来技術の制御が行なわれたときのエンジン13の加速経路を概略示している。また、A2は、本実施例の制御が行なわれたときのエンジン13の加速経路を概略示している。
これら加速経路の対比から明らかなように、本実施例によれば、無積載若しくは軽負荷(軽荷重負荷、軽走行負荷)の状態のときにアクセルペダル25が一杯に踏込まれた場合であっても、燃料消費を低く抑えることができるのがわかる。たとえばフォークリフト1の燃費評価パターンの一つである「Vシェープコースでの燃費評価」で、約4%の燃料消費抑制効果が得られた。
しかも、無積載若しくは軽負荷(軽荷重負荷、軽走行負荷)の状態のときに最大上昇速度でフォーク5を上昇でき、最大の走行性能をもって加速不良なく走行できるため、作業性を確保することができる。
これに対して、一旦重量のある荷物が積載された場合には、図5に示す最大トルク線L1が選択されることになる。このため重量のある荷物を最大上昇速度で荷物を上昇でき、最大の走行性能をもって加速不良なく走行でき、高負荷時の作業性を確保することができる。しかも、フォークリフト1は、一度荷物を積載したら、荷物をフォーク5から取り除かない限り荷重は一定であるので、荷持積載中に、最大トルク線L1が意図せずに最大トルク線L2に切り替わることはない。
また、本実施例によると、アクセルペダル25を激しく操作したとしても、作業全体でみればエンジントルク値が低く抑えられるため、ヒートバランス改善にも寄与することになる。
以上の説明では、アタッチメントがフォーク5である場合を想定して説明した。しかし、フォークリフト1にフォーク5以外のアタッチメントが装着された場合にも同様にして本発明を適用することができる。重量計測手段32では、アタッチメントに積載された荷物の重量のみならず、アタッチメントの自重を加味した重量Mを計測することができるため、しきい値Mth(しきい値Mth1、Mth2)を、アタッチメントの種類によって変更することで、あらゆる作業形態で燃料消費の抑制と作業性の向上が図られる。
また、以上の説明では、最大トルク値の大きさが異なる最大トルク線を2つ設定して、いずれかを選択する場合を例にとり説明したが、最大トルク値の大きさが異なる最大トルク線を3つ以上設定しておき、いずれかを選択する実施も当然可能である。
1 フォークリフト、2 作業機、10 リフトシリンダ、31 コントローラ、32 重量計測手段、33 最大トルク線設定手段、34 最大トルク線選択手段、35 エンジン制御手段

Claims (3)

  1. エンジンによって駆動される走行装置と前記エンジンによって駆動されてリフトされるアタッチメントを含む作業機を備えたフォークリフトであって、エンジンの制御によってエンジン回転数の軸とトルクの軸を持つエンジンのトルク線図上で、エンジン吸収トルクと負荷とのマッチングが行われるようにしたフォークリフトのエンジン制御装置において、
    前記トルク線図上で最大トルク値の大きさが異なる複数の最大トルク線を少なくとも2つ予め設定する最大トルク線設定手段と、
    前記アタッチメントおよび当該アタッチメントに積載された荷物の重量を計測する重量計測手段と、
    前記重量計測手段で計測された重量に対して、前記少なくとも2つの最大トルク線を選択するためのしきい値を定め、前記重量計測手段で計測された重量が前記しきい値よりも小さい場合には、最大トルク値が小さい方の最大トルク線を選択するとともに、前記重量計測手段で計測された重量が前記しきい値以上の場合には、最大トルク値が大きい方の最大トルク線を選択する最大トルク線選択手段と、
    前記最大トルク線選択手段で選択された最大トルク線を用いてエンジンを制御するエンジン制御手段と
    を備えたことを特徴とするフォークリフトのエンジン制御装置。
  2. 前記最大トルク線設定手段では、最大トルク値の大きさが異なる2つの最大トルク線が予め設定されており、最大トルク値が大きい方の最大トルク線は、フォークリフトが最大積載負荷で最大上昇速度を確保でき、かつ最大負荷で最大登坂能力を確保できる最大トルク値に設定されていること
    を特徴とする請求項1記載のフォークリフトのエンジン制御装置。
  3. 前記最大トルク線選択手段では、最大トルク値が小さい方の最大トルク線が選択されている状態から最大トルク値が大きい方の最大トルク線を選択する状態に移行するときに使用されるしきい値は、最大トルク値が大きい方の最大トルク線が選択されている状態から最大トルク値が小さい方の最大トルク線を選択する状態に移行するときに使用されるしきい値よりも大きい値に定められていること
    を特徴とする請求項1記載のフォークリフトのエンジン制御装置。
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