JP5872274B2

JP5872274B2 - 作業車両

Info

Publication number: JP5872274B2
Application number: JP2011272571A
Authority: JP
Inventors: 坂本　訓彦; 訓彦坂本
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: JP2013124694A

Description

本発明は、作業車両のエンジンストールを回避する技術に関する。

作業車両は、例えば、土砂の掘削作業を行う旋回作業車等が公知である。作業車両は、エンジンと、油圧駆動システムと、を具備している。油圧駆動システムとは、作動油による力の伝達システムである。油圧駆動システムは、油圧ポンプと、油圧アクチュエータと、を具備している。油圧ポンプは、作動油に圧力を加え、油圧アクチュエータに圧油を送り出すものである。

作業車両は、エンジンにより油圧ポンプ（可変容量型や固定容量型）を回転駆動し、油圧ポンプから吐出される圧油により油圧アクチュエータを駆動し、必要な作業を行っている。エンジンは、アクセルレバー等によって設定される目標回転数に応じて燃料噴射量が制御され、実回転数が制御される。

特許文献１は、エンジンストールを回避するスピードセンシング制御を開示している。スピードセンシング制御とは、エンジンの目標回転数に対して実回転数との差（回転数偏差）を求め、回転数偏差を使って油圧ポンプの入力トルクを制御するものである。言い換えれば、スピードセンシング制御は、目標回転数に対して検出された実回転数が低下した場合、油圧ポンプの負荷トルクを低下させ、エンジンストールを回避し、エンジンの出力を有効に利用するものである。

しかし、スピードセンシング制御を実行しても、さらに目標回転数に対して検出された実回転数が低下する場合もある。このような場合であっても、何とかエンジンストールを回避し、エンジンの出力を有効に利用する必要がある。作業車両の分野においては、スピードセンシング制御に加えて、別の側面からエンジンストールを回避するために、エンジンの負荷を低下させることが課題となっている。

特公昭６２−８６１８号公報

本発明の課題は、エンジンストールを回避することができる作業車両を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、エンジンと、前記エンジンの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、前記エンジンの実回転数を検出する実回転数検出手段と、前記エンジンによって駆動される少なくとも１つの油圧ポンプと、前記油圧ポンプを含む油圧駆動システムと、前記エンジンによって駆動される圧縮機と、前記圧縮機を含む空調システムと、前記エンジン、前記油圧駆動システム及び空調システムを制御する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記目標回転数に対して前記実回転数が低下したときには、吐出量可変の油圧ポンプの負荷トルクを低下させ、さらに前記目標回転数に対して前記実回転数が低下したときには、前記エンジンと前記圧縮機との接続を切るものである。

本発明の作業車両によれば、エンジンストールを回避することができる。

本発明の第実施形態に係る旋回作業車の全体的な構成を示す側面図。同じくエンジンの周囲構成を示す構成図。同じくエンジンストール回避制御の流れを示すフロー図。同じく段付き制御ピンの構成を示す模式図。

図１を用いて、旋回作業車１００について説明する。旋回作業車１００は、本発明の旋回作業車の実施形態である。旋回作業車１００は、走行装置１２０と、旋回装置１３０と、作業装置１４０と、を具備している。

走行装置１２０は、左右一対のクローラ１２５・１２５と、左走行用油圧モータ１２５Ｌと、右走行用油圧モータ１２５Ｒと、を具備している。走行装置１２０は、左走行用油圧モータ１２５Ｌにより機体左側のクローラ１２５を、右走行用油圧モータ１２５Ｒにより機体右側のクローラ１２５を、それぞれ駆動することで、旋回作業車１００を前後進及び旋回させるものである。

走行装置１２０には、掘削作業に伴う整地作業を行う際に使用されるブレード１７０を具備する。ブレード１７０は、走行装置１２０の前後一側に上下方向に回動可能に支持され、伸縮自在に駆動するブレードシリンダ１７５によって昇降される。

旋回装置１３０は、旋回台１３１と、旋回モータ１３２と、操縦部１３３と、エンジン１０と、空調システム２０と、を具備している。旋回台１３１は、走行装置１２０の上方に配置され、走行装置１２０に旋回可能に支持される。旋回装置１３０は、旋回モータ１３２を駆動することで、旋回台１３１を走行装置１２０に対して旋回させるものである。また、旋回台１３１上には、種々の操作具を備える操縦部１３３、動力源となるエンジン１０、操縦部１３３の空調を行う空調システム２０等が配置されている。

作業装置１４０は、ブーム１４１と、アーム１４２と、バケット１４３と、ブームシリンダ１４６と、アームシリンダ１４７と、バケットシリンダ１４８と、スイングシリンダ１４９と、を具備している。

ブーム１４１は、その一端部が旋回台１３１の前部に前後方向に回転可能に支持され、伸縮自在に駆動するブームシリンダ１４６によって回転される。さらに、ブーム１４１は、一端部がブームブラケットを介して左右方向に回転可能に支持され、伸縮自在に駆動するスイングシリンダ１４９によってブームブラケットが回転される。アーム１４２は、その一端部がブーム１４１の他端部に枢支され、伸縮自在に駆動するアームシリンダ１４７によって回転される。バケット１４３は、その一端部がアーム１４２の他端部に支持されて、伸縮自在に駆動するバケットシリンダ１４８によって回転される。

図２を用いて、エンジン１０の周囲構成について説明する。なお、図２では、油圧駆動システム３０において、太線はメイン回路を示し、細線はパイロット回路を示している。また、図２では、空調システム２０において、太線は冷媒回路を示している。さらに、図２では、点線は、電気信号線を示している。

エンジン１０は、その周囲に、油圧ポンプとしての第一ポンプ３１と、油圧ポンプとしての第二ポンプ３２と、油圧ポンプとしての第三ポンプ３３と、圧縮機２１と、制御手段としてのコントローラ５０と、回転数変更手段としてのラックアクチュエータ５３と、目標回転数設定手段としてのアクセルレバー５５と、を具備している。

エンジン１０の構成について説明する。エンジン１０の出力軸は、第一ポンプ３１の入力軸、第二ポンプ３２の入力軸及び第三ポンプ３３の入力軸と連結されて（なお、本実施例では、第一ポンプ３１の入力軸、第二ポンプ３２の入力軸及び第三ポンプ３３の入力軸は同一の軸で構成され、図４において後述する入力軸２０１としている）、第一ポンプ３１、第二ポンプ３２及び第三ポンプ３３がエンジンにより駆動され、さらに、エンジン１０の出力軸は、クラッチ５２を介して圧縮機２１の入力軸と連結されて駆動される。

エンジン１０のクランクシャフト近傍には、実回転数検出手段としてのエンジン回転数センサ５１が配置されている。エンジン回転数センサ５１は、エンジン１０の実回転数Ｎｅを検出するものである。エンジン回転数センサ５１は、コントローラ５０に接続されている。

エンジン１０は、電子ガバナによってアクセルレバー５５で設定された目標回転数となるように制御される。より詳しくは、アクセルレバー５５で設定された目標回転数となるように、回転数変更手段となるラックアクチュエータ５３の作動により燃料噴射量が変更されて制御される。ラックアクチュエータ５３はコントローラ５０と接続されている。

油圧ポンプの構成について説明する。第一ポンプ３１、第二ポンプ３２及び第三ポンプ３３は、油圧駆動システム３０に含まれている。油圧駆動システム３０は、油圧アクチュエータとして、上述した、左走行用油圧モータ１２５Ｌと、右走行用油圧モータ１２５Ｒと、ブレードシリンダ１７５と、ブームシリンダ１４６と、アームシリンダ１４７と、バケットシリンダ１４８と、スイングシリンダ１４９と、を具備している。油圧駆動システム３０では、油圧ポンプによって、作動油タンクに貯留された作動油を吸入して圧力を加え、油圧アクチュエータに作動油を圧送するものである。

第一ポンプ３１及び第二ポンプ３２は、可動斜板４１または可動斜板４２の傾斜角度を変更することによって、作動油の吐出量を変更可能な可変容量型のポンプである。可動斜板４１及び可動斜板４２は、一体的に構成されている。つまり、第一ポンプ３１と第二ポンプ３２は、同一のシリンダブロック内に複数のプランジャが往復動可能に収納され、一つの吸入口と二つの吐出口が形成され、前記プラジャは一つの斜板に当接され、吐出量は同時に変更される構成とされている。第三ポンプ３３は、例えば、トロコイド型またはギヤ型のポンプで構成された吐出量が一定である固定容量型のポンプである。

可動斜板４１は、バネ機構４７、第一ダンパ機構６１及び回転偏差ダンパ機構６５によって、傾斜角度が制限（制御）される構成とされている。バネ機構４７は、第一ポンプ３１及び第二ポンプ３２の吐出量が最大吐出量となるように、すなわち可動斜板４１が所定の傾斜角度で傾斜するように、可動斜板４１を付勢するものである。第一ダンパ機構６１は、第一ポンプ３１の吐出量に応じて第一ポンプ３１及び第二ポンプ３２の吐出量を調整するように、すなわち可動斜板４１の傾斜角度を調整するように、可動斜板４１を付勢するものである。

可動斜板４２は、第二ダンパ機構６２及び第三ダンパ機構６３によって、傾斜角度が制限される構成とされている。第二ダンパ機構６２は、第二ポンプ３２の吐出量に応じて第一ポンプ３１及び第二ポンプ３２の吐出量を調整するように、すなわち可動斜板４２の傾斜角度を調整するように、可動斜板４２を付勢するものである。第三ダンパ機構６３は、第三ポンプ３３の吐出量に応じて第一ポンプ３１及び第二ポンプ３２の吐出量を調整するように、すなわち可動斜板４２の傾斜角度を調整するように、可動斜板４２を付勢するものである。

電磁比例制御弁６９は、図示しないパイロットポンプから回転偏差ダンパ機構６５に送り出されるパイロット圧力を調整するものである。電磁比例制御弁６９の切換作動部となるソレノイドは、コントローラ５０に接続されている。

圧縮機の構成について説明する。圧縮機２１は、空調システム２０に含まれている。空調システム２０は、図示しない室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、を具備している。空調システム２０は、圧縮機２１によって冷媒を循環させ、操縦部１３３の空調を行うものである。

エンジン１０の出力軸と圧縮機２１の入力軸との間にはクラッチ５２が介装され、該クラッチ５２によってＯＮ（接続）またはＯＦＦ（切断）が切換えられる構成とされている。クラッチ５２は、電磁クラッチにより構成されてコントローラ５０と接続されている。

アクセルレバー５５は、エンジン１０の目標回転数ｍＮｅを設定するものである。アクセルレバー５５は、操縦部１３３に配置されている。アクセルレバー５５の操作量（回動角）は、操作量検知手段となる角度センサにより検知され、該角度センサはコントローラ５０と接続されている。

コントローラ５０は、エンジン１０、空調システム２０及び油圧駆動システム３０を総合的に制御するものである。コントローラ５０には、エンジン回転数センサ５１と、クラッチ５２と、アクセルレバー５５（角度センサ）と、電磁比例制御弁６９と、が接続されている。

図３を用いて、エンジンストール回避制御Ｓ１００の流れについて説明する。なお、ステップＳ１２０〜ステップＳ１３０は、スピードセンシング制御のステップを示している。

エンジン１０では、例えば油圧ポンプの負荷が増加した場合には、エンジンの実回転数Ｎｅが減少するが、後述する第一設定値Ａ１の負荷までは電子ガバナにより所定の実回転数の減少に抑えられる。さらにエンジン負荷Ａが増加し、第一設定値Ａ１を越え第二設定値Ａ２までは、電磁比例制御弁６９が作動されて、可動斜板４２の傾斜が変更され、第一ポンプ３１及び第二ポンプ３２の作動油の吐出量が低下される。更に、第二設定値Ａ２を越えると、エンジン１０がストールしてしまう。そこで、エンジンストール回避制御Ｓ１００は、エンジン負荷Ａが第二設定値Ａ２の上回るような場合には、クラッチ５２を一定時間ＯＦＦとして圧縮機２１への動力伝達を遮断し、エンジン１０がエンジンストールに至ることを回避するように制御する。

本実施形態では、エンジン負荷を、目標回転数ｍＮｅと実回転数Ｎｅと差に基づいて算出する。しかし、負荷の検出は本実施形態に限定するもではなく、例えば、燃料噴射量を変更する目標ラック位置と実ラック位置の差、可動斜板の目標角度と実角度の差、または作動油圧等で求めることもできる。

ステップＳ１１０において、コントローラ５０は、アクセルレバー５５によって設定されている目標回転数ｍＮｅからエンジン回転数センサ５１によって検出される実回転数Ｎｅを差し引いた回転数偏差ｄＮｅを算出し、さらに、回転数偏差ｄＮｅに基づいてエンジン負荷Ａを演算する。

ステップＳ１２０において、コントローラ５０は、回転数偏差ｄＮｅが増加し、エンジン負荷Ａが第一設定値Ａ１より大きい場合には、ステップＳ１３０に移行する。一方、エンジン負荷Ａが第一設定値Ａ１以下の場合には、ステップＳ２００に移行し、ガバナ制御によって回転数偏差ｄＮｅは０に近づくように制御される。

ステップＳ１３０において、コントローラ５０は、電磁比例制御弁６９によってパイロット圧を調整して可動斜板４２の傾斜を変更し、第一ポンプ３１及び第二ポンプ３２の作動油の吐出量を低下させる、すなわち第一ポンプ３１及び第二ポンプ３２の負荷トルクを低下させる。以上、ステップＳ１２０〜ステップＳ１３０は、スピードセンシング制御のステップを示している。

ステップＳ１４０において、コントローラ５０は、スピードセンシング制御を実行しても、なお回転数偏差ｄＮｅが増加し、エンジン負荷Ａが第二設定値Ａ２より大きいかどうかを判断する。エンジン負荷が第二設定値Ａ２より大きい場合には、ステップＳ１５０に移行する。

ステップＳ１５０において、コントローラ５０は、クラッチ５２をＯＦＦとし、ステップＳ１６０に移行する。このとき、エンジン１０と圧縮機２１との接続は断絶され、エンジン負荷Ａは軽減される。

ステップＳ１６０において、クラッチ５２をＯＦＦとしてから設定時間ｔ１を経過したかどうかを判断する。設定時間ｔ１を経過した場合には、ステップＳ１７０に移行し、クラッチ５２をＯＮとする。

エンジンストール回避制御Ｓ１００の効果について説明する。エンジンストール回避制御Ｓ１００によれば、エンジンストールを回避することができる。すなわち、スピードセンシング制御を実行しても、なお回転数偏差ｄＮｅが増加して負荷が増加している場合には、エンジン１０と圧縮機２１との接続を断絶し、エンジン１０の負荷を低下させ、エンジン出力を低下させることで、エンジンストールを回避することができる。

図４を用いて、左段付きピン２１０及び右段付きピン２２０について説明する。図４（Ａ）は、ポンプユニット２００の側面を一部断面図として模式的に示している。また、図４（Ｂ）は、ポンプユニット２００の平面を一部断面図として模式的に示している。なお、図４では、説明を分かり易くするため、第一ポンプ３１及び第二ポンプ３２の図示を省略している

ポンプユニット２００は、第一ポンプ３１、第二ポンプ３２及び第三ポンプ３３を１つのケーシング３００に一体化したものである。

ポンプユニット２００は、ケーシング３００と、入力軸２０１と、図示しない第一ポンプ３１と第二ポンプ３２のプランジャと、第三ポンプ３３と、左段付きピン２１０と、右段付きピン２２０と、バネ機構２３０と、斜板２４０と、を具備している。

斜板２４０は、図２の可動斜板４１と可動斜板４２に相当するものである。バネ機構２３０は、図２のバネ機構４７に相当するものである。

左段付きピン２１０は、図２の第一ダンパ機構６１及び第二ダンパ機構６２に相当するものである。左段付きピン２１０は、第一径部（小径部）２１１と、第二径部（大径部）２１２と、を具備している。第一径部２１１は、左段付きピン２１０の一端側に形成されている。第二径部２１２は、左段付きピン２１０の他端部に形成され、他端は斜板２４０に当接されている。第二径部２１２は、第一径部２１１よりも大きい径で形成されている。

ケーシング３００には、左段付きピン２１０を収納する空間が形成されている。第一空間３１１は、左段付きピン２１０の第一径部２１１を収納する空間である。第二空間３１２は、左段付きピン２１０の第二径部２１２を収納する空間である。第一油路４１１は、第一径部２１１の一端側と連通するように形成されている。第一油路４１１は、第一ポンプ３１の吐出配管と連通している。第二油路４１２は、第二径部２１２の一端側と連通するように形成されている。第二油路４１２は、第二ポンプ３２の吐出配管と連通している。第一径部２１１の受圧面積と第二径部２１２の受圧面積との比は、第一ポンプ３１の吐出容量と第二ポンプ３２の吐出容量の比に比例する。

このような構成とすることで、左段付きピン２１０は、第一ポンプ３１の吐出量、あるいは、第二ポンプ３２の吐出量に応じて、斜板２４０に向けて付勢されることになる。すなわち、斜板２４０は、左段付きピン２１０によって、傾斜角度が変更されることになる。

右段付きピン２２０は、図２の第三ダンパ機構６３及び回転偏差ダンパ機構６５に相当するものである。右段付きピン２２０は、第三径部（小径部）２２３と、第四径部（大径部）２２４と、を具備している。第三径部２２３は、右段付きピン２２０の一端側に形成されている。第四径部２２４は、右段付きピン２２０の他端部に形成され、他端は斜板２４０に当接されている。第四径部２２４は、第三径部２２３よりも大きい径で形成されている。

ケーシング３００には、右段付きピン２２０を収納する空間が形成されている。第三空間３２３は、右段付きピン２２０の第三径部２２３を収納する空間である。第四空間３２４は、右段付きピン２２０の第四径部２２４を収納する空間である。第三油路４２３は、第三径部２２３の一端側と連通するように形成されている。第三油路４２３は、第三ポンプ３３の吐出配管と連通している。第四油路４２４は、第四径部２２４の一端側と連通するように形成されている。第四油路４２４は、電磁比例制御弁６９のパイロット配管と連通している。

このような構成とすることで、右段付きピン２２０は、第三ポンプ３３の吐出量、あるいは、電磁比例制御弁６９によって調整されたパイロット圧に応じて、斜板２４０に向けて付勢されることになる。すなわち、斜板２４０は、右段付きピン２２０によって、傾斜角度が変更されることになる。

１０エンジン
２０空調システム
２１圧縮機
３０油圧駆動システム
３１第一ポンプ
３２第二ポンプ
３３第三ポンプ
５０コントローラ
５１エンジン回転数センサ
５２クラッチ
１００旋回作業車
２００ポンプユニット

Claims

エンジンと、
前記エンジンの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、
前記エンジンの実回転数を検出する実回転数検出手段と、
前記エンジンによって駆動される少なくとも１つの油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを含む油圧駆動システムと、
前記エンジンによって駆動される圧縮機と、
前記圧縮機を含む空調システムと、
前記エンジン、前記油圧駆動システム及び空調システムを制御する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記目標回転数に対して前記実回転数が低下したときには、前記油圧ポンプの負荷トルクを低下させ、
さらに前記目標回転数に対して前記実回転数が低下したときには、前記エンジンと前記圧縮機との接続を切る、
作業車両。