JPH0396671A

JPH0396671A - ポンプトルク制御方法

Info

Publication number: JPH0396671A
Application number: JP2128848A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Moriya; 直行守屋; Makoto Samejima; 誠鮫島
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1991-04-22
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: DE69007866D1; DE404540T1; JP2752501B2; US5111789A; DE69007866T2; EP0404540B1; EP0404540A1; CA2019420A1; CA2019420C

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、複数個のポンプにてアクチュエー夕を駆動す
る建設機械等に使用されるポンプトルク制御方法に関す
るものである。

（従来の技術）第５図は、従来のエンジン・ポンプ構成を示した概略図
であり、２個のポンプの場合を示す。

エンジン１によって駆動される可変容量式ポンプ２ａ，
　２ｂには、ポンプの吐出流量を可変にするポンプ斜板
３１．　３ｂが設けられている。このポンプ斜板３ａ，
　　３ｂは、レギュレータｂ，４ｂにより駆動され、こ
のレギュレータ４ａ，　４ｂには、操作レバー５の操作
量に応じて変化するパイロット圧がライン６ａ，６ｈを
経て供給される。ポンプ斜板３ｉ．　３ｂは、操作レバ
ー５の操作の仕方により、両方あるいはどちらか一方が
駆動される。その選択回路はここでは省略する。また、
上記ポンプ斜板３１，　３ｂは、操作レバー５の操作量
に応じたパイロット圧（ライン６ａ，　６ｂ）と、ポン
プ２！，　２ｂ自身の吐出圧によりコントロールされる
。負荷が加わった（吐出圧が大となった）場合、エンジ
ン出力馬力を超えないよう一定の馬力制限を加えて斜板
の変位量を制限している。

従来、ポンプの総馬力設定は、エンジン定格出力に対し
余裕をみて決められていた。その場合、エンジンの運転
状態は第３図に示したようにエンジン特性のＢ点を上限
とするガバナ領域（ガバナによってエンジン出力トルク
の変動に対するエンジン回転数の変動を抑制できる領域
）で運転していることになる。さらに、燃費特性（図中
エンジン回転数が高ければ燃費が悪いことを示す）も、
Ｂ点のエンジン回転数では悪くなり、効率良い運転状態
ではない。

また、各ポンプの馬力設定は固定されているため、例え
ば１個のポンプのみを駆動する操作では、エンジン出力
の１７２以下しか使用していないことになる。

すなわち、従来技術では ■　燃費の悪い状態でエンジンを運転している。

■　エンジン出力を１００％利用していない。

という問題がある。

一方、特開昭６３−５０６８６号公報に示されるように
、エンジンの回転数に基づいて、ポンプに一定の仕事を
行わせるポンプ吸収トルク特性を設定し、このポンプ吸
収トルク特性とポンプ吐出圧力とに基づいてポンプ斜板
（ポンプ吐出流量）を制御する制御装置がある。

（発明が解決しようとする課題）エンジン出力トルクは、第３図に示されるように、ラッ
ク位置の変化（最大ラック以下）で調整可能なガバナ領
域と最大ラック位置となるラギング領域とでは顕著に異
なるため、ラック位置がどちらの領域に入るかによって
、前記ボンブ吸収トルクを切換える必要がある。前記特
開昭６３〜５０６８６号公報に記載された制御装置は、
このような課題について未解決である。

本発明は、ポンプ吸収トルクをラック指令値と予め設定
したラック変位との大小関係によって異なる補正系で補
正することにより、エンジンを最良の状態で運転するこ
とを目的とする。

し発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、燃料噴射ポンプを有するエンジン１により複
数台の可変容量式ポンプ２ａ，　２ｂを駆動するエンジ
ン・ポンプ系のポンプトルク制御方法であって、エンジ
ンの燃料噴射ポンプのコントロールラックを駆動するラ
ック指令値２３が予め設定したラック変位（最大ラック
変位２２の約９０％、システムにより異なる）を超えた
場合（重負荷の場合）は、エンジン設定回転数１０に対
応するエンジン出力トルクＴｔと、エンジン実回転数１
１が上記エンジン設定回転数１０よりさらに低くなるよ
うにポンプ吸収トルクを補正する信号Ｔ，との加算値を
ポンプトルク指令とし、上記ラック指令値２３が予め設
定したラック変位より小さい場合（軽負荷の場合）は、
エンジン設定回転数１０に対応するエンジン出力トルク
Ｔ，と、前記ラック指令値２３が最大ラック変位２２と
なるようにポンプ吸収トルクを補正する信号との加算値
をポンプトルク指令としたポンプトルク制御方法である
。

（作用）本発明は、全ポンプ駆動等によりエンジン１の負荷が大
きく、ラック指令値２３が予め設定したラック変位を超
えた場合、アクセルレバー等により決定されるエンジン
設定回転数１０に対応したエンジン出力トルクＴ，をボ
ンプ吸収トルクとしてポンプ２１，　２ｂに要求すると
ともに（第３図中Ａ点に対応）、エンジン実回転数１１
が上記エンジン設定回転数１０より低い回転数（ラギン
グ領域で第３図中Ｃ点に相当する）になるよう、さらに
ポンプ吸収トルクを補正（増加）することにより、不連
続点Ａ点より安定した領域でエンジン１を運転でき、さ
らに燃費を良くすることができる。

また、１ポンプ駆動等によりエンジン１の負荷が小さく
、ラック指令値２３が予め設定したラック変位より小さ
い場合は、上記エンジン出力トルクＴ，をボンプ吸収ト
ルクとしてポンプ２ａに要求するとともに、ラック指令
値２３が最大ラック変位２２となるよう、ポンプ吸収ト
ルクを補正（増加）することにより、負荷が増加し、第
３図中Ａ点に近いエンジン１の運転状態となり、エンジ
ン出力を１００％近く利用することになる。

（実施例）以下、本発明を第１図乃至第４図に示される実施例を参
照して詳細に説明する。

第１図は本発明のポンプトルク制御方法を実施する制御
回路であり、第２図は第１図の制御回路を含んだ複数個
（ここでは２台）のポンプを有するエンジン・ポンプ系
の概略図である。なお、第２図において、第５図と同一
の要素の説明は省略する。

第２図に示されるように、燃料噴射ポンプを有するエン
ジン１には、燃料噴射ポンプのコントロールラック（以
下、ラックと言う）を操作する操作部７が設けられてい
る。この操作部７に対しポンプトルク制御部８が設けら
れている。そうして、この操作部７からポンプトルク制
御部８に対し、電気信号ラインによってエンジン実回転
数目と、ラック指令値２３とが送られる。上記ポンプト
ルク制御部８に対し電気油圧変換部９が設けられ、そし
て、ポンプトルク制御部８から電気信号ラインによって
電気油圧変換部９にポンプトルク指令が送られ、このポ
ンプトルク指令が電気油圧変換部９によって油圧に変換
され、油圧ラインを経てレギュレータ４１，　　４ｂに
与えられる。

第ｌ図は上記ポンプトルク制御部８を示し、この第１図
には、アクセルレバー等により決定されるエンジン設定
回転数ｌＯと、エンジンの実際の回転数であるエンジン
実回転数１１とが示されている。さらに、第３図中Ａ点
からＣ点までのエンジン回転数の低下量（以下、アンダ
ースピード量ＵＳと称する）１２と、加え合せ点１３．
　１４と、比例ゲインＫ２１５と、積分ゲインＫＩ１６
と、積分要素ｌ７と、比例要素と積分要素との加え合せ
点ｌ８と、回転数変化量をトルク変化量に換算する換算
係数Ｋ３１９とによって、ラギング領域（第３図）で働
くポンプ吸収トルク補正回路が構成されている。

このポンプ吸収トルク補正回路は、エンジン回転数に対
するエンジン出力トルク特性２０のエンジン出力トルク
Ｔｔをラギング領域で補正するものであり、このエンジ
ン出力トルクＴ，と上記換算係数Ｋ，１９の出力すなわ
ちポンプ吸収トルク補正値とは加え合せ点２ｌにおいて
加算される。

このラギング領域のポンプ吸収トルク補正回路に対し、
予め設定しておく最大ラック変位２２と、操作部７から
送られるラック指令値２３と、上記最大ラック変位２２
とラック指令値２３との加え合せ点２４と、積分ゲイン
Ｋ４２５と、積分要素２６と、加え合せ点２７と、比例
ゲインとラック変化量をトルク変化量に換算する換算係
数との積Ｉ（，（以下、比例ゲインＫ，と称する）２８
と、上記エンジン出力トルクＴアと上記比例ゲインＫ，
２８のトルク変化量との加え合せ点２９とによって、ガ
バナ領域（第３図）で働くポンプ吸収トルク補正回路が
構成されている。

さらに、この第１図に示されるように、ラギング領域（
第３図）で働くポンプ吸収トルク補正回路と、ガバナ領
域（第３図）で働くポンプ吸収トルク補正回路とを選択
する切換部３０が設けられている。そして、この切換部
３０によりラック指令値２３≧予め設定したラック変位
の場合は、ａ側が選択され、ラック指令値２３＜予め設
定したラック変位の場合は、ｂ側が選択される。

次に、この実施例の作用を説明する。

（１）全ポンプ（ここでは２ボンブ）を駆動し、負荷が
大きく、ラック操作部７からのラック指令値２３が予め
設定したラック変位以上となった場合。

この場合、切換部３０により第１図中のａが選択される
。

エンジン出力トルク特性２０のエンジン出力トルクＴ，
は、エンジン設定回転数１０に対応したエンジン出力ト
ルクであり、このトルクをポンプ吸収トルクとして電油
変換部９に出力すると、エンジンの運転状態は第３図中
のＡ点すなわち燃費特性の良好なエンジン回転数の限界
点で、エンジン出力を１０θ％利用することになる。

ただし、第３図に示されるＡ点は、ガバナ領域とラギン
グ領域との交点であり、不連続点であるから、安定した
運転が確保されないおそれがある。そこで、安定した運
転をなすべく運転状態を第３図中Ａ点よりＣ点へ制御す
る。その制御を行なう部分がエンジン実回転数１１〜換
算係数１９の部分である。アンダースピード量（ＵＳ）
＋２は、第３図中Ａ点−Ｃ点間の回転数差であり、エン
ジン設定回転数１０とこのアンダースピード量（ＵＳ）
との差が新たな目標回転数となる。この目標回転数とエ
ンジン実回転数１１との偏差ΔＮがゼロとなるように、
比例ゲイン１５〜加え合せ点１８までのＰ■（比例＋積
分）制御部によってＰＩ制御を行なう。このＰＩ制御部
からの出力は回転数のディメンジョンであるため、これ
を上記換算係数１９によってトルクに変換する。なお、
ここで使用するＰＩ制１１ｊ部の積分要素１７は、制御
の応答性を良くするため、最大値および最小値を有する
。上記換算係数１９からの出力Ｔ，を加え合せ点２１に
てエンジン出力トルクＴｔから減算し、ポンプ吸収トル
クとする。

第４図はポンプの馬力特性を示している。２ポンブ駆動
の場合を（Ａ）に、１ポンプ駆動の場合を（Ｂ）に示す
。各図の横軸はポンプの吐出圧力ＰＩ，Ｐ２を示し、縦
軸はポンプの吐出流量Ｑｌ，Ｑ２を示す。また、図中の
ＰＳＩ　，　ＰＳ２で示された曲線（双曲線）はポンプ
馬力（＝ＰＩＸＱｌ　，Ｐ２　ＸＱ２　）を示したもの
である。本発明の制御は、ポンプ吸収トルク（エンジン
出力トルクからポンプがポンプ吐出圧力×ボンプ吐出流
量の形で吸収する負荷トルク）を制御するものであるた
め、図中のポンプ馬力曲線ＰＳＩ　，　ＰＳ２の位置を
制御することに相当する。なお、馬力一トルク×エンジ
ン回転数であり、このエンジン回転数が一定の場合、馬
力とトルクは１対１で対応する。

２ボンプの場合、一方のポンプ２ａの馬力ＰＳＩ　と他
方のボンプ２ｂの馬力ＰＳ２との和はエンジンの利用可
能な最大出力に等しくなる。

第１図を用いて、具体的な制御内容を以下に示す。

エンジン実回転数１１が目標回転数（加え合せ点ｌ３の
出力、第３図中Ｃ点）より低い場合（エンジンに対して
過負荷を意味し第３図中Ｃ点より左側）、ΔＮは正とな
るため、ＰＩ（比例＋積分）制御出力も正となり、当然
換算係数Ｋ，１９の出力も正となり、加え合せ点２１に
てエンジン出力トルクＴ，より換算係数Ｋ３の出力ＴＦ
（正の値）が減算される。そして、この値に基づきポン
プトルク指令が減少制御されると、第４図中、ポンプ馬
力曲線Ｐｓｉ　，　ＰＳ２が左下に移動する。すなわち
、エンジンに対する負荷が軽減されるため、エンジン回
転数は徐々に増加する。

逆に、第３図中の目標回転数Ｃ点よりエンジン実回転数
１１が大きい場合（これはポンプ吸収トルクが目標値よ
り少ないことを意味する）、ΔＮは負、ＰＩ制御出力も
負、換算係数Ｋ３１９の出力Ｔ，も負となるので、加え
合せ点２１の値は、エンジン出力トルクＴＥより換算係
数Ｋ，の出力分だけ増加した値となる。すなわち第４図
中、ポンプ馬力曲線Ｐｓｉ　，　ＰＳ２が右上に移動す
る。したがって、エンジンに対する負荷が増加されるた
め、エンジン回転数は徐々に低下し、目標回転数Ｃ点に
整定される。

また、このようにして、ポンプトルクの制御によりエン
ジン回転数を目標回転数Ｃ点に整定させることは、燃費
特性の上からも効率の良いことが第３図から明かである
。

（２）次に、操作レバーの操作により、１ポンプ駆動し
た場合を以下に説明する。

この場合、エンジンにかかる総負荷が小さいため、操作
部７からのラック指令値２３は、予め設定したラック変
位より小さくなり、第１図中の切換部３０にて、ｂが選
択される。最大ラック変位２２〜加え合せ点２９での制
御は、ガバナ領域で極力第３図中のＢ点をＡ点に近付け
ようとするものである。ここでも、前記（１）で述べた
エンジン出力トルクＴ７を基準としている。

最大ラック変位２２は、第３図のＡ点でのラック変位に
相当する。ここでは、ラック指令値２３が前記最大ラッ
ク変位となるよう、すなわち両者の差ΔＲがゼロとなる
よう積分ゲイン２５〜比例ゲイン２８までのＰＩ制御を
行い、ポンプ吸収トルクを増加させる。比例ゲイン２８
は、前述した如くラック変位のディメンジョンからトル
クのディメンジョンに変換する要素を含んでいる。この
比例ゲイン２８の出力とエンジン出力トルク特性２０の
出力であるエンジン出力トルクＴ，とを加え合せ点２９
にて加え合せた値がポンプトルク指令となる。なお、こ
こで使用するＰＩ制御の積分要素はエンジンの暴走を防
ぐため、最大値および最小値を有する。

上述の状態を馬力特性で示すと、第４図（Ｂ）のように
なる。ここでは、ボンプ２！を例にとり示しているが、
このポンプ２！の馬力ＰＳ１は、第４図（Ａ）での位置
よりさらに右上に移動し、１台のポンプの馬力が増加し
ていることを示している。

ただし、１台のポンプの最大馬力がエンジンの最大出力
に達しない場合、第３図中のＡ点までは達しないことに
なる。

（３）なお、２ポンプでも、微操作等により負荷が小さ
い場合は、（２）で説明した制御が行われ、２ボンプに
第４図（Ｂ）に示した馬力となるようポンプトルク指令
が出力されるが、レギュレータ４ａ，　４ｂは、操作レ
バー５のパイロット圧でも駆動しており、上記パイロッ
ト圧の方を優先する油圧回路にすれば、微操作性は確保
できる。

以上述べたように、本発明の制御方法により、（１）全
ポンプ駆動等の重負荷の場合は、エンジン出力を安定な
領域で１００％利用し、燃費の良いエンジンの運転が実
現する。

（２）１ポンプ駆動等の軽負荷の場合でも、エンジン出
力を１００％近くまで利用することが可能となる。

［発明の効果］本発明のポンプトルク制御方法によれば、全ポンプ駆動
等の重負荷の場合は、エンジン実回転数がエンジン設定
回転数よりさらに低い値に整定されるようにポンプ吸収
トルクを補正することにより、エンジン出力を安定な領
域でＩＮ％利用でき、燃費の良いエンジンの運転が実現
できる。また、１ボンプ駆動等の軽負荷の場合は、ラッ
ク指令値が最大ラック変位となるようにポンプ吸収トル
クを補正することによりエンジン出力を１００％近くま
で利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のポンプトルク制御方法に係るポンプト
ルク制御部のブロック図、第２図はそのポンプトルク制
御部を含むエンジン・ポンプ制御系の構成概略図、第３
図はエンジンートルク特性および燃費特性を示したグラ
フ、第４図はポンプ馬力特性を示すグラフ、第５図は従
来のエンジン・ポンプ制御系の構成概略図である。１●●エンジン、２ｔ．　２ｂ●・ポンプ、３！，　３
ｂ・ポンプ斜板、８・・ポンプトルク制御部、１０・エ
ンジン設定回転数、１１＠●エンジン実回転数、２２・
・最大ラック変位、２３・・ラック指令値、Ｔ，　　●
エンジン出力トルク。？■旦ｐｓｌ十Ｐｓ２＝エンシ角ｈ大±乃（Ｂ）１ホ゛ンフ′のぢシｆｔ１１り』

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃料噴射ポンプを有するエンジンにより複数台の
可変容量式ポンプを駆動するエンジン・ポンプ系のポン
プトルク制御方法であって、エンジンの燃料噴射ポンプ
のコントロールラックを駆動するラック指令値が予め設
定したラック変位より大きい場合は、エンジン設定回転
数に対応するエンジン出力トルクをポンプ吸収トルクと
した信号と、エンジン実回転数が上記エンジン設定回転
数よりさらに低くなるようにポンプ吸収トルクを補正す
る信号との加算値をポンプトルク指令とし、上記ラック指令値が予め設定したラック変位より小さい
場合は、エンジン設定回転数に対応するエンジン出力ト
ルクをポンプ吸収トルクとした信号と、前記ラック指令
値が最大ラック変位となるようにポンプ吸収トルクを補
正する信号との加算値をポンプトルク指令としたことを特徴とするポンプトルク制御方法。