JPS6229777A - エンジン駆動油圧ポンプの制御装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧ショベル等の建設機械又は産業機械に適用
されるエンジン駆動油圧ポンプの制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は従来の油圧ポンプの制御装置の一例を示す概略
構成図である。この図においてｌはエンジン、２は油圧
ポンプであり１図示していたいミッションを介してエン
ジン１で駆動される。４はエンジン回転数を設定するス
ロットルレバーであシ、連結棒３を介し【、エンジンが
バナ１０へ設定回転数を与えるものである。５はエンジ
ン１への燃料供給量に比例する燃料ラック位置を検出す
るラック変位検出器である。

６は関数発生器であシ、上記ラック変位検出器５から出
力されたラック変位信号りが所定値以上になったとき、
出力Ｋが減少するように構成されている。一方、油圧ポ
ンプ２の吐出量を加減する操作レバー（以下レバーと称
す）７から吐出量指令φが出力され、この吐出量指令φ
と上記関数発生器６の出力にとを乗算器８により乗じた
値φ１をポンプ傾転角制御機構９に入力し。

ポンプ２の傾転量の指令値としている。

このような制御装置において、レバー７が操作されると
まずポンプ吐出量が増加する。吐出量増加にともない、
油圧ポンプ２の吸収馬力が増加するとエンジン回転数が
低下する。エンジン回転数が低下すると、エンジンガバ
ナＩＩＩ）作用によシラツク変位が増加する。ラック変
位が所定値以上になると関数発生器６の出力が低下し、
ポンプ傾転指令φ０が小さくなり、ポンプ吸収馬力を小
さくすることにより、エンジンノが過負荷になることを
防止している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の制御装置は構造がシフプルであるという利点を有
するが、次のような欠点を持つ。すなわち、レバー２が
急にフル操作されたとき、ポンプ傾転指令は最大値とな
り、ポンプ傾転量が急速に増加する。油圧回路の負荷が
大きな慣性負荷であるときは、傾転量の増加にともない
、ポンプ吐出圧が急速に増加し、二時的にエンジンが過
負荷状態となるなど同時に一時的なエンジン回転数の低
下はまぬがれない。これはエンジン回転数の低下量によ
りて、ポンプ傾転指令を小さくするため、馬力制限回路
が作動するからである。エンジン回転数の低下が著しい
場合は、エンジン回転数の回復に時間を要し、その間は
エンジン出力を１００％利用できないという欠点がある
。

本発明は、レバーを急操作してもエンジンが過負荷状態
になることがなく、エンジン回転数の低下を出来る限り
小さくできるエンジン駆動油圧ポンプの制御装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記欠点を除去し目的を達−成するた　　゛め
に次のように構成したものである。すなわち、エンジン
駆動油圧ポンプにおいて、エンジン回転数を検出する回
転数検出器と、エンジンラック角を検出するラック角検
出器と、このラック角検出器からのラック角検出値と上
記回転数検出器からの回転数検出値を入力しエンジン負
荷を推定し負荷に見合うエンジン出力を発生するための
必要ラック角を算出する必要ラック角推定器と、ポンプ
傾転角を検出するポンプ傾転角検出器と、上記必要ラッ
ク角推定器からの必要ラック角が所定の最大ラック角を
越えるとき必要ラック角／最大ラック角なる値で上記ポ
ンプ傾転角検出器からのポンプ傾転角検出値を除算する
除算器と、この除算器の出力と操作レバーで操作される
吐出指令との小さい方をポンプ傾転角制御機構にポンプ
傾転角指令として与える回路とからなるものである。

〔作用〕

上記のように構成して（、）推定した必要ラック角が所
定の最大ラック以下のとき吐出指令と等しいポンプ傾転
指令としくｂ）推定した必要ラック角が最大ラック角以
上のときは、ポンプ傾転角をポンプ吸収馬力が最大ラッ
ク位置でのエンジン出力にほぼ等しくなるよう制御する
。従り【。

ポンプ吸収馬力がエンジン最大出力を大巾に越ないよう
、ポンプ傾転角が制御されるので、エンジンが過負荷状
態になることがなく、エンジン回転数の低下量を小さく
することができる。

〔実施例〕

以下１本発明によるエンジン駆動油圧ポンプの制御装置
の一実施例について第１図の概略構成図を参照して説明
するが、ここでは第２図と同一部分には同一符号を付し
その説明を省略し、第４図と異る点を説明する。ｔｉＳ
１図において、２０は設定回転数Ｎ、。、を出力するエ
ンジン回転数設定器、２１はエンジン回転数ＮＩ＋を検
出する回転数検出器、２２は上記設定回転数Ｎ１゜ｔか
らエンジン回転数Ｎ、を減算し回転数偏差を求める加減
算器、２３はこの加減算器２２の回転数偏差を入力し、
この回転数偏差を小さくする方向の修正信号を求める比
例・積分・微分制御器である。２４はエンジンラック角
駆動機構であシ、これは上記比例・積分・微分制御器２
３で求められた修正信号が与えられ、これによりエンジ
ン回転数を一定に保つフィードバック制御系が構成され
ている。２５はラック角Ｌａを検出するラック角検出器
、２６は必要ラック角推定器であり、これは上記ラック
角検出器２５からのラック角Ｌａと上記回転数検出器２
１−からのエンジン回転数Ｎ０を入力し、後述する手法
により必要ラック角Ｌｅを出力するものである。２７は
上記必要ラック角推定器２６からの必要ラック角Ｌｅを
入力し、係数−’−（Ｌｍａｘは最大ラックＬｍ＆Ｘ 角）を乗じる係数器で、必要ラック角Ｌｅが最大ラック
角Ｌｍ＆Ｘのとき１（Ｌｅ）を出力するものである。

一方２８はポンプ傾転角φ３を検出するポンプ傾転角検
出器、２９はこのゾンデ傾転角検出器２８からのポンプ
傾転角φ８が上記係数器２７の出力Ｌｃで除される除算
器、３０は最小値選択器であり、これは上記除算器２９
の出力φ。と上記レバー７からの吐出指令φとが入力さ
れ、このうちの小さい方の値を選択し、これをポンプ傾
転指令φ０として上記ポンプ傾転角制御機構９に与える
ものである。

上記ポンプ傾転角制御機構９は第２図に示すように、所
定の最小傾転量φｍｌ。以上のポンプ傾転指令φに対し
ては傾転角φ、とポンプ傾転指令φ０と等しくなるよう
に制御するが、最小傾転量φｍｉｎ以下のポンプ傾転指
令φ１に対しては最小傾転量φｍｉｎが一定となるよう
に傾転角φ１を制御する。

つぎに、上記必要ラック角指定器２６の構成および機能
について説明する。第１図のラック角り、とエンジンの
負荷をラック角に換算した値（必要ラック角）Ｌｅの変
化に対し、エンジン回転数島の応答は第一次近似的に次
の微分方程式％式％ 但し、ＴＩ、：エンジンと油圧ポンプのＧＤ２、及び単
位ラック変化に対するエンジン発生トルクなどから決ま
る定数 エンジン回転数Ｎ８及びラック角Ｌ１を検出して必要ラ
ック角Ｌ６を推定する手法として有効なものにカルマン
フィルタがある。カルマンフィルタを応用して必要ラッ
ク角り、を推定するには次のようにする。

エンジンの数式モデルを上記した（１）式と次の（２）
式とで表わすことができる。

、−Ｌ、＝Ｖ。　　　　　　　　　　　　・・・（２）
但し、ｖｅは白色ノイズである。

すなわち必要ラック角Ｌ６は白色ノイズｖｅを時間的に
積分したものであると仮定する。今１図示しない推定器
が推定した推定エンジン回転数へ をＮ。、ラック角換算の負荷推定量をり。とすると。

カルマンフィルタは次の数式で表わされる。

””＝　Ｋ２　（ＮＥ　−Ｎｖ　）　　　　　　　　−
（４）ｔ Ｋ、　、　Ｋ２は図示しない推定器の推定速さを決める
定数であり、ノイズの性質を考慮して決定されるもので
ある。

第３図は上記（３）式、（４）式を計算するためのブロ
ック図であり、これは加減算器２６ノ、積分器２６２．
加減算器２６３、係数器２６４゜２６５および積分器２
６６から構成されている。

上記加減算器２６１の出力は（３）式右辺の（）部の計
算結果であり、これを積分器２６２で１をＴ。

乗じ【時間積分し、エンジン回転数Ｎ！、を求める。

加減算器２６０で実際のエンジン回転数Ｎ。と推定エン
ジン回転数Ｎ８との偏差ΔＮ、を求め、係数器２６５で
に２を乗じ、積分器２６６で（４）式の積分を行なう。

積分器２６６の出力がラック角換算の負荷推定量Ｌ６と
なる。係数器２６４は偏差ΔＮ８に係数に１を乗じ、（
３）式右辺第２項を計算する。

このようにしてエンジンの負荷を時々刻々推定できる。

次に以上のように構成されたエンジン駆動油圧ポンプの
制御装置の作用について述べる。

まず、レバー７からの吐出指令φが０であるとき、最小
値選択器３０の出力φはＯとなシ、傾転角φ１はφｍｉ
ｎの状態となっている。また、エンジンの負荷はごくわ
ずかであるから必要ラック角推定器２６の必要ラック角
Ｌ８はほぼＯとなっている。除算器２９０分母はほぼＯ
であり、分子がφｍｉｎであるから除算器２９の出力φ
。は十分大きな値となっている。

次にレバー７をわずかに操作し、吐出指令φを正の小さ
な値にしたときを示す。出力φ。は十分大きな値である
から、最小値選択器３０の出力φ１は吐出指令φと等し
くなり、指令通りのポンプ吐出量を得ることができる。

吐出指令φが大きくなり、エンジンにかかる負荷が大き
くなると、必要ラック角推定器２６の必要ラック角り、
も増大する。この必要ラック角り。が所定の最大ラック
角Ｌｍ＆Ｘを越えると係数器２７の出力Ｌｃが１よりも
大きくなる。

今、エンジンにかかる実際の負荷（ポンプ吸収馬力）を
ラック角に換算した負荷推定量Ｌ０は（５）式で与えら
れる。

Ｌｅ＝Ｃ−Ｐ−φＢ　　　　　　　　　　　・（５）但
し、Ｐ：ポンプ吐出圧力 Ｃ：定数 である。

一方、除算器２９の出力φ。は（６）式で与えられるＯ ｍ 吐出指令φが除算器２９の出力φ。よりも大きくなると
最小値選択器３Ｑは除算器２９の出力φ。を出力する。

ここでり、中Ｌ６であるから（５）式のＬｅを（６）式
のり。へ代入すると とな！０　、（７）式を書き換えると、ｃ−ｐ・φ。中
Ｌｍａエ　　　　　　　　　・・・（８）となる。すな
わち吐出指令φが除算器２９の出力φ。よりも大きくな
る状況では、（８）式を満すφ。

がＩンプ傾転角指令として出力される。（８）式は除算
器２９の出力φ。が、最大ラック時のエンジン出力に見
合う傾転角であることを示している。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明は、エンジン駆動油圧ポンプにおいて
、エンジン回転数を検出する回転数検出器と、エンジン
ラック角を検出するラック角検出器と、このラック角検
出器からのラック角検出値と上記回転数検出器からの回
転数検出値を入力しエンジン負荷を推定し負荷に見合う
エンジン出力を発生するための必要ラック角を算出する
必要ラック角推定器と、ポンプ傾転角を検出するポンプ
傾転角検出器と、上記必要ラック角推定器からの必要ラ
ック角が所定の最大ラック角を越えるとき必要ラック角
／最大ラック角なる値で上記ポンプ傾転角検出器からの
ポンプ傾転角検出値を除算する除算器と、この除算器の
出力と操作レバーで操作される吐出指令との小さい方を
ポンプ傾転角制御機構にポンプ傾転角指令として与える
回路とからなるものである。

したがって、ポンプ吸収馬力が最大ラック時のエンジン
出力程度に常に制限されるため、レバーを急操作しても
エンジンに過負荷がかかることがなく、エンジン回転数
の著るしい低下を防止することができるエンジン駆動油
圧ポンプの制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるエンジン駆動油圧ポンプの制御装
置の一実施例を示す概略構成図、第２図は同実施例のポ
ンプ傾転角制御機構の入力信号と傾転角の関係を示す図
、第３図は同実施例の必要ラック角推定器の概略構成図
、第４図は従来の油圧ポンプの制御装置の一例を示す概
略構成図である。 １・・・エンジン、２・・・油圧ポンプ、７・・・操作
レバー、９・・・ポンプ傾転角制御機構、２０・・・エ
ンジン回転数設定器、２１・・・エンジン回転数検出器
、２２・・・加減算器、２３・・・比例・積分・微分制
御器、ｚ　４・・・エンジンラック角駆動機構、２５・
・・ポンプ傾転角検出器、２６・・・必要ラック角推定
器、２７・・・係数器、２８・・・ポンプ傾転角検出器
、２９・・・除算器、３０・・・最小値選択器。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジン駆動油圧ポンプにおいて、エンジン回転数を検
   出する回転数検出器と、エンジンラック角を検出するラ
   ック角検出器と、このラック角検出器からのラック角検
   出値と上記回転数検出器からの回転数検出値を入力しエ
   ンジン負荷を推定し負荷に見合うエンジン出力を発生す
   るための必要ラック角を算出する必要ラック角推定器と
   、ポンプ傾転角を検出するポンプ傾転角検出器と、上記
   必要ラック角推定器からの必要ラック角が所定の最大ラ
   ック角を越えるとき必要ラック角／最大ラック角なる値
   で上記ポンプ傾転角検出器からのポンプ傾転角検出値を
   除算する除算器と、この除算器の出力と操作レバーで操
   作される吐出指令との小さい方をポンプ傾転角制御機構
   にポンプ傾転角指令として与える回路とからなるエンジ
   ン駆動油圧ポンプの制御装置。