WO2005024208A1 - 作業車両用エンジンのパワー出力の制御方法及び制御装置 - Google Patents

作業車両用エンジンのパワー出力の制御方法及び制御装置 Download PDF

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WO2005024208A1
WO2005024208A1 PCT/JP2004/012641 JP2004012641W WO2005024208A1 WO 2005024208 A1 WO2005024208 A1 WO 2005024208A1 JP 2004012641 W JP2004012641 W JP 2004012641W WO 2005024208 A1 WO2005024208 A1 WO 2005024208A1
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power output
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control device
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PCT/JP2004/012641
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Inventor
Eiji Toda
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Komatsu Ltd.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D15/00—Clutches with wedging balls or rollers or with other wedgeable separate clutching members
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2246—Control of prime movers, e.g. depending on the hydraulic load of work tools
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/18—Control of the engine output torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for controlling a power output of a work vehicle engine.
  • the driver manually selects these modes by operating the switching switch. That is, if it is determined that the work to be performed is heavy work, the heavy work mode is selected, and if it is determined that the work is light work, the light work mode is selected.
  • the controller that controls the engine controls the power output capability of the engine based on an instruction from the switching switch. That is, in the light operation mode, the power output range of the engine is limited to a predetermined value lower than the rated power output by, for example, limiting the fuel supply amount. On the other hand, in the heavy work mode, the above restriction is not applied so that the power output of the engine can reach the rated power output or the maximum power output.
  • Patent Document 1 JP 08-218442 A
  • one or more variable values relating to the state of one or more workloads consuming power output from the engine are detected, and the power of the engine is determined based on the detected variable values. Output capability is controlled. As a result, the power output capability of the engine can be automatically controlled according to the state of the work.
  • the power is set so that the upper limit output torque curve when it is determined that the vehicle is not traveling uphill is lower than the upper limit output torque curve when it is determined that the vehicle is traveling uphill.
  • Output capability can be controlled.
  • the magnitude of the power output required by a workload such as a work machine or a traveling device is determined based on a detection result of a specific variable value related to the state of the work machine or the travel device. Can be determined. Then, the power output capability can be controlled stepwise or continuously according to the determination result.
  • whether or not the excavation process is being performed is determined based on the detected value of the pressure of the hydraulic cylinder that moves the work implement. Since the hydraulic cylinder pressure of the work equipment changes in response to the start and end of the excavation process, the reliability of the judgment of the excavation process is high. And when the excavation process is taking place, the full power of the high engine The engine is operated in a high output mode in which one output capability can be exhibited. On the other hand, at times other than the excavation process, the engine is operated in a low-power mode in which the power output capacity is lower than in the high-power mode. In the low output mode, the upper limit output torque curve is limited so that the upper limit output torque curve in the high output mode is multiplied by a coefficient less than a predetermined value.
  • the engine is operated in the above-described high-power mode even when the vehicle is traveling uphill not only by the excavation process.
  • FIG. 1 is a side view of a wheel loader.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a step of an excavation loading operation of a wheel loader.
  • FIG. 3 is a system diagram of an engine control device.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an outline of an engine control procedure.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of an upper limit output torque curve corresponding to an engine power output capability in a high output mode and a low output mode.
  • FIG. 6 is a graph showing another example of an upper limit output torque curve corresponding to the power output capability of the engine in the high output mode and the low output mode.
  • FIG. 7 is a side view showing a state of a working machine of the wheel loader in an excavation process.
  • FIG. 8 is a graph showing a change in bottom pressure of a lift cylinder.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a control procedure for determining the start of an excavation process.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a control procedure for determining the end of the excavation process.
  • FIG. 11 is a side view showing the excavation position of the work machine.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an outline of a control procedure for selecting a high-output mode during an excavation process and when traveling uphill.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of control for determining which process is currently being performed and switching the output mode of the engine.
  • an embodiment of the present invention for controlling a power output of an engine of a wheel loader will be described by taking a wheel loader as an example of a work vehicle.
  • the wheel loader is an example for explaining the present invention, and the present invention can be applied to engine power output control of various other work vehicles.
  • FIG. 1 is a side view of a wheel loader 1 as an example of a work vehicle.
  • the wheel loader 1 has a cab 2, an engine room 3, a rear body 5 having rear wheels 4, 4, and a front frame 7 having front wheels 6, 6.
  • a work machine 10 is mounted on the front frame 7.
  • the lift arm 11 is attached to the front frame 7 with its base end swingable.
  • the front frame 7 and the lift arm 11 are a pair of lift cylinders 13
  • a packet 12 is swingably attached to the tip of the lift arm 11.
  • Tilt arm 14 force The lift arm 11 is rotatably supported at a substantially central portion thereof.
  • One end of the tilt arm 14 and the front frame 7 are connected by a tilt cylinder 15, and the other end of the tilt arm 14 and the bucket 12 are connected by a tilt rod 16.
  • a traveling device 20 for traveling the wheel loader 1 and an engine 21 for supplying power to the traveling device 20 are mounted on the rear body 5, a traveling device 20 for traveling the wheel loader 1 and an engine 21 for supplying power to the traveling device 20 are mounted.
  • the traveling device 20 includes a torta converter 22, a transmission 23 capable of switching between forward and reverse and a plurality of speeds, a distributor 24, and reduction gears 25, 25 for driving the rear wheels 4 and the front wheels 6, and the like. ing.
  • the power output of the engine 21 is transmitted to the distributor 24 through the torque converter 22 and the transmission 23 in order, and is distributed to the rear wheels 4 and the front wheels 6 therefrom.
  • the rear body 5 is also mounted with a variable displacement hydraulic pump 26 that supplies pressurized oil to the lift cylinder 13 and the tilt cylinder 15 described above.
  • the variable displacement hydraulic pump 26 is driven by using a part of the power output from the engine 21 described above.
  • a driving operation device 30 including a transmission shift lever operated by a driver, an accelerator pedal, a brake pedal, and a lever for operating the lift cylinder 13 and the tilt cylinder 15 is provided. I have.
  • the driver switches the forward / backward movement of the wheel loader 1, adjusts the traveling speed (acceleration and deceleration), and operates the work implement 10 (lift cylinder 13 and tilt cylinder 15). be able to.
  • the rear vehicle body 5 controls the driving of the lift cylinder 13 and the tilt cylinder 15 in response to an operation signal from the driving operation device 30, and controls the power output capability of the engine 21 in accordance with the principle of the present invention.
  • An engine control device (not shown in FIG. 1) is installed. Details of this engine control device will be described later.
  • the load components that consume the power output of the engine 21 include a work load and a parasitic load.
  • the work load is a component that requires the power output from the engine 21 in order to perform a work directly affecting the external environment of the vehicle (digging and lifting of soil and rocks, moving the vehicle itself, and the like).
  • the work load includes, for example, the work machine 10, the variable displacement hydraulic pump 26, and the traveling device 20 described above.
  • the parasitic load is a component that requires the power output from the engine 21 not for work but for operation inside the vehicle.
  • the parasitic load includes, for example, an engine cooling device and an air conditioner / battery charging device, but all of them are omitted in FIG.
  • the above-described engine control device includes a work load (for example, the work machine 10, the variable displacement hydraulic pump).
  • the power output capability of the engine 21 is controlled by detecting the state of the pump 26 and the traveling device 20) (hereinafter referred to as the work state) and estimating the degree of power output required by the workload based on the work state detection results. It has a function to do.
  • the degree of power output required by the workload often varies from step to step. For example, in a series of steps, a certain step may require a higher power output S, while other steps may require a lower power output.
  • the power output control by the engine control device will be specifically described by taking, as an example, an excavation loading operation which is a typical operation type in which the wheel head 1 is used.
  • FIG. 2 shows an example of a series of steps constituting the digging and loading operation of the wheel loader 1.
  • the wheel loader 1 repeatedly performs a plurality of steps as described below in order to excavate a work object and load the work object into a transport machine such as a dump truck.
  • Excavation process (FIGS. 2B and 2C): The driver further advances the vehicle and plunges the blade of packet 12 into the work target (FIG. 2B: plunge sub-process), and operates tilt cylinder 15 to operate the cylinder.
  • the bucket 12 is tilted back, and the work object is scooped into the bucket 12 (FIG. 2C: scooping sub-process).
  • the scooping sub-step may be completed only by tilting back the packet 12 once depending on the type of the work object, or repeating the operation of tilting back the packet 12 to neutral, and then tilting back again. In some cases.
  • Unloading process (Fig. 2F): The driver dumps the packet 12 at a predetermined position and loads the work object on the loading platform of the dump truck. This process starts from the previous advance boom raising process. It is often done while moving forward continuously.
  • Reverse ⁇ Boom lowering process (FIG. 2G): The driver lowers the lift arm 11 while moving the vehicle backward, and returns the packet 12 to the excavation posture.
  • FIG. 2H shows a simple traveling process in which the vehicle travels simply. In this step, the driver lowers the lift arm 11 and moves the vehicle forward. In some cases, the bucket 12 is loaded with cargo and transported, and in other cases, the vehicle travels without loading.
  • the excavation process ( Figures 2B and 2C) requires higher power output than any of the other processes. Therefore, it is desirable to control the power output capability of the engine 21 so that the currently performed process can be determined and the required power output can be output.
  • the above six types of processes can be roughly classified into two types, ie, an excavation process and other processes, and the power output capability of the engine 21 can be controlled in two stages.
  • the above six types of processes may be classified into three or more types, and the power output capability of the engine 21 may be controlled in three or more stages.
  • the degree of the power output required by the workload may be determined, and the power output capability of the engine 21 may be changed stepwise or continuously in accordance with the determination.
  • the power output capability of the engine 21 refers to the maximum power output capability and the capability or capacity of the engine 21.
  • the power output capability of the engine 21 can be typically controlled by, for example, controlling the upper limit of the amount of fuel injected into the engine 21. For example, if the upper limit of the fuel injection amount is set to be larger, the power output capability will be higher, and if the upper limit of the fuel injection amount is set to be smaller, the power output capability will be lower.
  • the power output capability can be expressed using a torque curve indicating the upper limit output torque that the engine 21 can output according to the rotation speed. The higher the maximum output tonnole curve, the higher the power output capability.
  • FIG. 3 is a system diagram showing an example of the engine control device 40 that controls the power output capability of the engine 21.
  • the controller 50 can be realized by, for example, a storage device used as a program memory or a work memory, and a computer having a CPU that executes a program.
  • the controller 50 is connected to a governor 27 that controls the power output of the engine 21 by adjusting the fuel injection amount supplied from a fuel injection pump (not shown) to the engine 21. By outputting a command from the controller 50 to the governor 27 to change the fuel injection amount, the power output of the engine 21 can be changed.
  • the engine 21 drives a variable displacement hydraulic pump 26, which is one of the work loads.
  • a displacement control device 41 is connected to the variable displacement hydraulic pump 26.
  • a command is output from the controller 50 to the displacement control device 4 so that the displacement of the variable displacement hydraulic pump 26 can be changed.
  • a valve 44 is provided.
  • a bottom pressure detector 45 is provided at the bottom side of the lift cylinder 13.
  • the “bottom side” of the cylinder refers to the side on which the cylinder extends when the hydraulic pressure on that side increases.
  • the side opposite to the “bottom side” is the “head side” or “rod side.
  • the bottom pressure detector 45 is, for example, a pressure switch.
  • the detection signal of the bottom pressure output from the bottom pressure detector 45 is input to the controller 50.
  • the controller 50 is connected to a shift position detecting device 31 that detects a position of a transmission shift lever included in the driving operation device 30, and receives a shift position detection signal from the shift position detecting device 31, A shift operation (or a speed stage selected by a software operation) of the transmission 23 of the traveling device 20, which is one of the workloads, is detected. If the transmission 23 is, for example, a transmission 23 having four forward speeds (F1 and F4) and two reverse speeds (R1 and R2), the controller 50 performs a shift operation to perform F1-F4 based on the shift position detection signal. , Rl or R2 is selected.
  • the controller 50 also includes an arm operation instruction detection device 32 that detects the position of a lift cylinder operation lever (lift arm operation lever) included in the operation operation device 30 (that is, an arm operation instruction from the driver). And an operation instruction detection signal from the arm operation instruction detection device 32 is input.
  • the controller 50 operates the lift operation based on the operation instruction detection signal. Operate the lift arm 11 by controlling the valve operation 44. Further, the controller 50 determines the type of operation currently performed on the lift arm 11 (for example, raising, neutral, or the like) based on a detection signal from the arm operation instruction detection device 32 or an operation signal to the lift operation valve 44. Lower, float) is detected.
  • the controller 50 also includes a bucket operation instruction detection device 33 that detects the position of a tilt cylinder operation lever (bucket operation lever) included in the operation operation device 30 (that is, a packet operation instruction from the driver). It is connected and inputs an operation instruction detection signal from the packet operation instruction detection device 33.
  • the controller 50 controls the bucket operating valve 43 based on the packet operation instruction detection signal to operate the bucket 12.
  • the controller 50 also determines the type of operation currently being performed on the packet 12 based on the operation instruction detection signal from the packet operation instruction detection device 33 or the operation signal to the tilt operation valve 43 (for example, tilt back, Neutral, dump).
  • the controller 50 is further connected to a speed meter 34 that detects the traveling speed of the vehicle, and inputs a traveling speed detection signal from the speed meter 34.
  • the controller 50 controls the detected shift operation of the transmission 23 (selected speed stage), the bottom pressure of the lift cylinder 13, the operation of the lift arm 11, the operation of the bucket 11, and the running speed of the vehicle.
  • the power output capability of the engine 21 is controlled according to the principle of the present invention based on one or more variable values among various variable values indicating various states of the workload. Hereinafter, the procedure of this control will be described.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an outline of an example of a control procedure of the output capability of the engine 21.
  • the currently performed process is performed in a predetermined process requiring a particularly high power output (for example, a digging process). Is determined. According to the determination result, one of two prepared control modes, “low output mode” and “high output mode”, is selected as a mode for controlling the power output capability of the engine. The specific meaning of these two control modes will be described later.
  • step S11 the controller 50 first outputs a command to the governor 27 at the same time as the start of the engine 21 to operate the engine 21 in the low output mode.
  • Low output mode the controller 50 instructs the governor 27 to limit the engine upper limit of the variable range of the injection amount (mg / stroke) of a fuel injection pump (not shown) to a predetermined low value, for example. Limit the power output capability of the 21 to lower than the high output mode.
  • step S12 the controller 50 performs an excavation start determination, which will be described later, to determine whether or not the wheel loader 1 is in the excavation process (FIGS. 2A to 2B described above). If the result of step S12 is that excavation is not being performed, control returns to step S11.
  • step S12 If the result of step S12 is that excavation is in progress, the process proceeds to step S13, where the controller 50
  • the controller 50 releases the above-mentioned restriction on the injection amount of the fuel injection pump, thereby increasing the upper limit value of the variable range of the injection amount to a value higher than that in the low output mode. Make the capacity higher than in the low power mode (for example, to allow the engine 21 to exhibit its inherent maximum power output).
  • step S14 the controller 50 performs an excavation end determination described later to determine whether or not the excavation process of the wheel loader 1 has been completed. If the result of step S14 is that the excavation step has not been completed, the process returns to step S13. Also, as a result of Step S14, if the excavation process has been completed, the process returns to Step S11, and the engine 21 is again operated in the low output mode.
  • FIG. 5 shows an example of a torque curve showing the power output capability of the engine 21 in the high output mode and the low output mode.
  • the horizontal axis represents the rotation speed of the engine 21, and the vertical axis represents the output torque.
  • the curve 29 is a matching curve of the torque converter 22.
  • a solid line 28A shows a curve of the upper limit output torque of the engine 21 in the high power mode in which the power output capability of the engine 21 is not limited and a high power output is obtained. For example, it corresponds to the rating of the engine 21 or the maximum power output.
  • the output torque of engine 21 is controlled by adjusting the fuel injection amount by operating the accelerator pedal by the driver.
  • the variable range is the range of the upper limit output torque curve 28A or less.
  • a broken line 28B shows a curve of the upper limit output torque of the engine 21 in the low output mode in which only a lower power output capability than in the high output mode is obtained.
  • the upper limit output torque curve 28B in the low output mode is limited to be a multiple of the upper limit output torque curve 28A in the high output mode (subtract 1) (for example, 80%).
  • the variable range of the engine output is limited to a low range below the upper limit output torque curve 28B.
  • the controller 50 controls the governor 27 to execute the low power mode by a method such as limiting the fuel injection amount (for example, setting the upper limit value of the fuel injection amount lower than that in the high power mode). I do.
  • FIG. 6 shows a torque curve showing the power output performance of the engine 21 that is used in another control example.
  • a broken line 28C indicates an upper limit output torque curve in the low output mode, which indicates an output torque variable range that is further lower than the upper limit output torque curve 28B in the low output mode shown in FIG. means.
  • the specific torque curve to be adopted. Only one of the upper limit output torque curves 28B and 28C in the low output mode shown in FIGS. 5 and 6 may be used, or the upper limit output torque curves 28B and 28C may be used according to the state. Is also good.
  • FIG. 7 is a side view showing a state in which the wheel loader 1 is excavating the work target with the bucket 12.
  • the vehicle advances in the direction of arrow A, plunges the edge of the bucket 12 into the work Z, and tilts the packet 12 back.
  • a force is applied to the packet 12 in the directions of arrows B and C.
  • a high oil pressure is generated on the bottom side of the lift cylinder 13 and the tilt cylinder 15 (the side where the cylinder extends when the oil pressure on the side becomes higher).
  • a force in the direction of arrow D is applied to the packet 12, and in this case, a high oil pressure is generated on the head side (rod side) of the tilt cylinder 15.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of a change in the bottom pressure of the lift cylinder 13 in each step shown in FIGS. 2A to 2G during the digging and loading operation of the wheel loader 1.
  • the vertical axis represents the bottom pressure of the lift cylinder 13
  • the horizontal axis represents time.
  • the bottom pressure of the lift cylinder 13 is considerably low in the advancing process (Fig. 2A).
  • the bottom pressure rises sharply and sharply.
  • C When the excavation process, which continues to be quite high over the entire section, is sharply reduced.
  • a pressure P as shown in FIG. 8 is set as one reference value, the bottom pressure of the lift cylinder 13 is lower than the reference value P over the entire section in the forward process and is lower than the reference value P in the entire excavation process. The difference, significantly higher than the value P, is clear.
  • the bottom pressure of the lift cylinder 13 is higher than the reference value P. After that, it becomes lower than the reference value P.
  • the time for the forward process is usually about several seconds (for example, 5 seconds). Therefore, when the bottom pressure of the lift cylinder 13 is lower than the predetermined pressure P for a predetermined time (for example, 1 second) and then rises and exceeds the reference value P, the time is determined as the start of the excavation process. It can be detected that it is time.
  • step S101 the controller 50 determines whether or not the bottom pressure of the lift cylinder 13 is equal to or less than the reference value P based on the detection result of the bottom pressure detector 45. If the result of step S101 is N ⁇ , control returns to before step S101. If the result of step S101 is YES, control proceeds to step S102, where the controller 50 starts time measurement.
  • step S103 the controller 50 determines that the bottom pressure of the lift cylinder 13 is lower than the reference value P. It is determined whether or not the state has continued for a predetermined time (for example, 1 second). If the result of step S103 is NO, control returns to before step S103. If the result of step S103 is YES, the control proceeds to step S104, and the controller 50 determines whether or not the bottom pressure of the lift cylinder 13 has exceeded the reference value P. If the result of step S104 is N ⁇ , control returns to before step S104. If the result of step S104 is YES, control proceeds to step S105, where the controller 50 determines that the excavation process has started.
  • a predetermined time for example, 1 second
  • Determination Condition A1 After the excavation process starts, the transmission 23 is switched from forward to neutral or reverse.
  • Judgment condition A2 After the excavation process starts, the bottom pressure of the lift cylinder 13 falls below the reference value P, and thereafter, keeps a state lower than the reference value P for a predetermined time (for example, 1 second).
  • step S 105 in the control of the excavation start determination shown in FIG. 9 that the excavation process has started, it may not actually be the excavation process.
  • the bottom pressure of the lift cylinder 13 exceeds the reference value P for a moment due to the vehicle falling immediately after colliding with the work object Z, or when the work machine This is the case when a shock occurs instantaneously at 10.
  • the duration during which the bottom pressure of the lift cylinder 13 exceeds the reference value P is measured after it is determined that the excavation process has started, and when the duration does not exceed the predetermined time length. The excavation process has just begun. This is called judgment condition A3.
  • step S109 the controller 50 receives the detection signal from the shift position detection device 31 (FIG. 3) and determines whether the transmission 23 is in the neutral or reverse position. If the result of step S109 is NO, control returns to before step S109. If the result of step S109 is YES, control proceeds to step S110, where the controller 50 determines that the excavation process has been completed.
  • step S114 the controller 50 determines whether the bottom pressure of the lift cylinder 13 has fallen below the reference value P. If the result of step S114 is NO, control returns to before step S114. If the result of step S114 is YES, control proceeds to step S115, and the controller 50 starts time measurement.
  • step S116 the controller 50 sets the measurement time, that is, the time during which the state in which the bottom pressure of the lift cylinder 13 is lower than the reference value P continues for a predetermined second set time (for example, 0.5 seconds). ) It is determined whether or not it has continued. If the result of step S116 is NO, control returns to before step S116. When the result of step S116 is YES, the control proceeds to step S110, and the controller 50 determines that the excavation process has been completed.
  • a predetermined second set time for example, 0.5 seconds
  • step S112 the controller 50 starts time measurement.
  • step S113 the controller 50 determines whether the measured time, that is, the time during which the state in which the bottom pressure of the lift cylinder 13 is higher than the reference value P, exceeds a first predetermined time (for example, 1 second). Is determined. If the result of step S113 is YES, control returns to before step S112. If the result of step S113 is NO, the controller 50 proceeds to step S110, and determines that excavation work has been completed.
  • a first predetermined time for example, 1 second.
  • the determination of the determination condition A3 is performed before the determination of the determination conditions A1 and A2, the determination of the determination condition A3 is performed. If the result of step S113 of the determination condition A3 is YES, the determination of the determination conditions A1 and A2 is performed. You may make a decision. Alternatively, as another modified example, the determination of the determination condition A3 is performed immediately after the step S105 of the excavation start determination shown in FIG. 9, and in the control of the excavation end determination shown in FIG. 10, the determination of the determination condition A3 is performed. You can omit it.
  • the controller 50 mainly operates based on the state of the bottom pressure of the lift cylinder 13. Then, it is determined whether or not the current process is a digging process, and during the digging process, the power output capability of the engine 21 is controlled to the high output mode. Control to low output mode. As a result, each task can be performed with a high power output capacity during heavy work and a low power output capacity during other light work, so that the power output required for the work can be obtained, and power is wasted. Since high energy consumption is prevented, fuel consumption is reduced. Further, during the excavation process, the power output capability of the engine 21 automatically increases, so that a comfortable operation feeling can be given to the driver.
  • the bottom pressure of the lift cylinder 13 exceeds the reference value P after being below the reference value P for a predetermined time, it is determined that the excavation process has started. This reduces the possibility of erroneous detection of the start of the excavation process during the reverse 'boom raising process, the forward' boom raising process, or the earth removal process.
  • the bottom pressure of the lift cylinder 13 only momentarily or temporarily exceeds the reference value P, the determination of the start of the excavation process is immediately canceled. Therefore, for example, even if the engine 21 is operated in the high-output mode by erroneously determining that the digging operation is being performed, the erroneous determination can be determined in a short time, and a decrease in fuel efficiency can be prevented.
  • the transmission 23 shifts to the neutral or reverse position after the start of the excavation process is determined, it is determined that the excavation process is completed. Also, when the bottom pressure of the lift cylinder 13 becomes equal to or less than the reference value P after the start of the excavation process is determined, and the state exceeds a predetermined second set time, the end of the excavation process is also determined. Is done. As a result, the detection accuracy at the end of the excavation process is high.
  • the bottom pressure of the lift cylinder 13 is used to determine whether or not the excavation process is performed.
  • the bottom pressure of the tilt cylinder 15 may be used instead or in combination. For example, when the bottom pressure of the tilt cylinder 15 is lower than a predetermined value for a predetermined time and then exceeds the predetermined value, it can be determined that the excavation process has been started. Also, when the packet 12 rushes into the work object and the bottom pressure rises above the reference value P, the power output capability of the engine is switched to the high output mode. In the output mode, there is no delay in increasing the power output of the engine.
  • a force applied to the actuator of the working machine such as the hydraulic pressure of the lift cylinder 13 or the tilt cylinder 15, is used as a material for determining whether or not the excavation process is performed.
  • the actuator of the working machine such as the hydraulic pressure of the lift cylinder 13 or the tilt cylinder 15
  • other factors can also be used in the judgment.
  • Judgment condition B1 The transmission 23 is at the first or second forward speed (F1 or F2) position.
  • Judgment condition B2 Work implement 10 is at the excavation position.
  • Judgment condition B3 The vehicle traveling speed is lower than or equal to the set speed.
  • the work vehicle is determined to be in the excavation process.
  • FIG. 11 shows a side view of the work machine 10 at the excavation position.
  • the base end of the lift arm 11 is attached to the front frame 7 by an arm pin 73 so as to be swingable, and the front frame 7 and the lift arm 11 are connected to the lift cylinders 13, 13. Are connected by When the lift cylinders 13 and 13 expand and contract, the lift arm 11 swings around the arm pin 73.
  • a bucket 12 is attached to the tip of the lift arm 11 so as to be swingable by a bucket bin 76, and the front frame 7 and the bucket 12 are connected via a tilt cylinder 15 and a link device 78. When the tilt cylinder 15 expands and contracts, the bucket 12 swings about the bucket bin 76.
  • the controller 50 determines, for example, a line Y-Y (that is, a line indicating the posture or position of the lift arm 11) connecting the arm pin 73 and the bucket bin 76 as a reference line, and sets a reference line with respect to a horizontal line passing through the arm pin 73.
  • a line Y-Y that is, a line indicating the posture or position of the lift arm 11
  • the calculation method based on the operation command output to 44 can be adopted.
  • control of this modified example can be used together with the above-described control of selecting the high-output mode during the above-described excavation process, or can be employed instead.
  • the wheel loader 1 may want an output torque higher than the upper limit output torque that can be output in the low output mode. Therefore, in the present embodiment, it is determined whether the vehicle is traveling uphill or not, and a higher power output is obtained when traveling uphill than when not traveling.
  • step S21 the controller 50 outputs a command to the governor 27 simultaneously with the start of the engine 21, performs a power output restriction such as reducing the injection amount of the fuel injection pump, and outputs a low output of the engine 21. Drive in mode.
  • step S22 the controller 50 performs the above-described digging start determination to determine whether the wheel loader 1 is in the digging step. Stets As a result of Step S22, if it is not determined that the excavation process is being performed, the control returns to Step S21. If it is determined in step S22 that the excavation process is being performed, the control proceeds to step S23, where the controller 50 outputs a command to the governor 27, and returns the injection amount of the fuel injection pump to the state without the above restriction. Then, the engine 21 is operated in the high output mode in which the high power output capability can be exhibited.
  • the engine 21 is operated in the same high-output mode during both excavation work and uphill traveling, but the control is not limited to this.
  • the engine 21 when traveling uphill, the engine 21 may be operated in an intermediate output mode having a power output capability intermediate between the low output mode and the high output mode.
  • the magnitude of the load when climbing a hill may be detected, and the power output capability of the engine 21 may be changed in multiple stages or continuously according to the magnitude of the load.
  • the above control provides sufficient power output for uphill traveling, not just during the excavation process, so that smooth operation is possible. Is possible.
  • Reverse ⁇ Boom raising process (Fig. 2D): Speed stage is R1 or R2, lift arm operation is raised, packet operation is neutral, and work equipment cylinder pressure is in the range of reference value B to P. Further, the history of the determination that the process determined immediately before was the scooping sub-step of excavation may be adopted as an additional determination condition.
  • the controller 50 operates the engine 21 in the low output mode. Further, when the simple traveling process is determined, the controller 50 determines the magnitude of the load exerted on the vehicle by, for example, determining whether or not the vehicle is traveling uphill as described above, and determines the magnitude of the load exerted on the vehicle. Select low output mode or high output mode according to the size.
  • the present invention is applicable to other types of work vehicles other than the wheel loader.
  • the method of detecting the work state may vary depending on the type of work vehicle to which the present invention is applied.
  • the magnitude of the load exerted on the hydraulic shovel may be determined by detecting the hydraulic pressure of a boom cylinder, an arm cylinder, or a bucket cylinder.
  • the controller 50 calculates the power output of the engine by calculation so as to match the magnitude of the detected load and the work situation.
  • the capacity may be variably controlled continuously, that is, steplessly.

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Abstract

【課題】　エンジン制御装置４０は、建設機械などの作業車両の作業の状態を検出して自動的にエンジンのパワー出力能力を制御する。アームの油圧シリンダ１３の油圧検出器４５、アームやバケットの操作指令の検出器３２，３３、変速機２３のシフト操作検出器３１、車体の傾斜角検出器４６、走行加速度検出器４７、アクセル開度検出器４８からの検出信号に基づいて、掘削又は登坂走行が行われているか判定される。判定の結果、掘削又は登坂走行が行われている時は高パワー出力能力で、それ以外の時は低パワー出力能力で、エンジンが運転される。

Description

明 細 書
作業車両用エンジンのパワー出力の制御方法及び制御装置
技術分野
[0001] 本発明は、作業車両用エンジンのパワー出力を制御するための方法及び装置に 関する。
背景技術
[0002] 従来から、建設機械等の作業車両にぉレ、て、作業の負荷に応じて、エンジンのパ ヮー出力性能を切り替える技術が知られている（例えば特許文献 1および 2)。これら の技術によれば、作業車両は、高パワー出力まで得ることの可能な重作業モードと、 より低いパワー出力までしか得られない軽作業モードを備えている。
[0003] 運転者は、切替スィッチを操作することによって、これらのモードを手動で選択する 。即ち、これから行なう作業が重作業であると判断すれば重作業モードを、軽作業で あると判断すれば軽作業モードを、それぞれ選択する。
[0004] このとき、エンジンを制御するコントローラは、切替スィッチからの指示に基づいて、 エンジンのパワー出力能力を制御する。即ち、軽作業モードにおいては、例えば燃 料供給量を制限することで、エンジンのパワー出力範囲を、定格パワー出力より低い 所定の値以下に制限する。これに対し、重作業モードにおいては、エンジンのパワー 出力が定格パワー出力又は最大パワー出力まで到達できるよう、上記のような制限を 加えない。
[0005] これにより、軽作業時には、低く狭いパワー出力範囲が使用されるので、消費エネ ルギが小さくなり燃費が低減する。そして、重作業時には、エンジンのパワー出力に 制限が加わらないから、作業を円滑に行うために充分なパワー出力を得ることが可能 である。
[0006] 特許文献 1 :特開平 08 - 218442号公報
特許文献 2：特開平 11 - 293710号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0007] 或る種の作業車両は、重作業のみ又は軽作業のみを連続的に行なうのではなぐ 一連の作業工程の中で、重作業と軽作業とを交互に行なうことが多い。例えば、ホイ ールローダでの典型的な掘削積込作業の場合、車両が作業対象物にアプローチし ( 軽作業）、作業対象物を掘削してパケットに積み込み (重作業）、作業対象物をダン プトラック等の運搬車両上にダンプする（軽作業）などの工程が逐次に行われる。
[0008] この種の作業車両又は作業工程において、従来技術の利点を最大限に享受する には、重作業と軽作業が切り替わるたびに、運転者が切替スィッチを操作しなければ ならない。しかし、作業工程中に頻繁にスィッチ操作を行なうのは非常に面倒である 。その結果、常に切替スィッチを重作業モードに固定して作業を行なう場合が多ぐ 燃費の低減が期待できない。他方、燃費を重視して、切替スィッチを軽作業モードに 固定して作業を行なった場合には、掘削等の重作業時に充分なパワー出力が得ら れず、作業能率が低下するおそれがある。
[0009] 本発明の目的は、建設機械などの作業車両において、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にある。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明に従えば、エンジンからのパワー出力を消費する 1又は複数の作業負荷の 状態に関する 1又は複数の変数値が検出され、検出された変数値に基づいて、ェン ジンのパワー出力能力が制御される。その結果、作業の状態に応じて自動的にェン ジンのパワー出力能力を制御することができる。
[0011] 上記作業負荷には、例えばアームやパケットのような作業機が含まれ得る。作業機 の状態に関する変数値として、例えば、上記作業機を動かすための油圧シリンダの 油圧、上記作業機に対して行われる操作の種類、又は、上記作業機の位置又は姿 勢などが採用し得る。
[0012] 或いは、上記作業負荷には、例えば車輪や変速機などからなる走行装置が含まれ 得る。走行装置の状態に関する変数値として、例えば、変速機に対して行われるシフ ト操作の種類又は選択される速度段、車体の前後方向（つまり走行方向）における傾 斜角、走行速度、又はアクセルペダルの開度に応じた走行加速度などが採用し得る [0013] 一つの制御例として、作業機又は走行装置の状態に関する特定の変数値の検出 結果に基づいて、掘削が行われているか否力を判定することができる。この判定結果 に応じて、掘削が行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブ 力 掘削が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブよりも低く なるように、パワー出力能力の制御を行なうことができる。
[0014] 別の制御例として、走行装置の状態に関する特定の変数値の検出結果に基づい て、登坂走行が行われているか否力、を判定することができる。その判定結果に応じて 、登坂走行が行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブが、 登坂走行が行われていると判定された場合における上限出力トノレクカーブよりも低く なるように、パワー出力能力を制御することができる。
[0015] また別の制御例として、作業機及び走行装置の状態に関する特定の変数値の検 出結果に基づいて、掘削が行われているか否かの判定と、登坂走行が行われている か否かの判定とを並行的に行うことができる。そして、掘削と登坂走行のいずれもが 行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブが、掘削と登坂走 行の少なくとも一方が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブ よりも低くなるように、パワー出力能力を制御することができる。
[0016] また別の制御例として、作業機及び走行装置の状態に関する特定の変数値の検 出結果に基づいて、異なる種類の工程のうちのどれが行われているか否かを判定す ること力 Sできる。そして、判定された工程に応じて上限出力トルクカーブが異なるよう に、エンジンのパワー出力能力を制御することができる。
[0017] また更に別の制御例として、作業機又は走行装置の状態に関する特定の変数値の 検出結果に基づいて、作業機又は走行装置といった作業負荷が要求するパワー出 力の大きさの程度を判定することができる。そして、その判定結果に応じて前記パヮ 一出力能力を段階的に又は連続的に制御することができる。
[0018] 好適な実施形態では、作業機を動かす油圧シリンダの圧力の検出値に基づいて、 掘削工程が行われているか否かが判定される。作業機の油圧シリンダ圧力は、掘削 工程の開始と終了に敏感に応答して変化するので、掘削工程の判定の確実性が高 レ、。そして、掘削工程が行われている時には、高いエンジンが元来持つフルのパヮ 一出力能力が発揮できる高出力モードでエンジンが運転される。一方、掘削工程以 外の時には、高出力モードより低くパワー出力能力を制限した低出力モードでェンジ ンが運転される。低出力モードでは、その上限出力トルクカーブが、高出力モードの 上限出力トルクカーブに所定の 1未満の係数を乗じたものになるように制限される。
[0019] 好適な実施形態では、また、走行中の車体の傾斜角、又はアクセルペダル開度に 応じた走行加速度の検出結果に基づいて、登坂走行中か否かが判定される。そして 、掘削工程だけでなぐ登坂走行が行われているときにも、上記の高出力モードでェ ンジンが運転される。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]ホイールローダの側面図。
[図 2]ホイールローダの掘削積込作業の工程の一例を示す説明図。
[図 3]エンジン制御装置の系統図。
[図 4]エンジンの制御手順の概略を示すフローチャート。
[図 5]高出力モードと低出力モードでのエンジンのパワー出力能力に相当する上限 出力トルクカーブの一例を示すグラフ。
[図 6]高出力モードと低出力モードでのエンジンのパワー出力能力に相当する上限 出力トルクカーブの別の例を示すグラフ。
[図 7]掘削工程でのホイールローダの作業機の状態を示す側面図。
[図 8]リフトシリンダのボトム圧の変化を示すグラフ。
[図 9]掘削工程の開始を判定する制御手順を示すフローチャート。
[図 10]掘削工程の終了判定する制御手順を示すフローチャート。
[図 11]作業機の掘削位置を示す側面図。
[図 12]掘削工程時と登坂走行時に高出力モードを選択する制御手順の概略を示す フローチャート。
[図 13]現在どの工程が行われているかを判定してエンジンの出力モードを切り替える 制御の説明図。
符号の説明
[0021] 1：ホイールローダ、 2：運転室、 3：エンジンルーム、 4：後輪、 5：後部車体、 6：前輪 、 7:前部フレーム、 10:作業機、 11:リフトアーム、 12:バケツト、 13:リフトシリンダ、 1 4:チルトアーム、 15:チルトシリンダ、 16:チノレトロッド、 20:走行装置、 21:エンジン、 22:トルクコンバータ、 23:変速機、 24:分配機、 25:減速機、 26:可変容量型油圧 ポンプ、 27:ガバナ、 28:上限出力トルクカーブ、 29:マッチングカーブ、 30:運転操 作装置、 31:シフト位置検出装置、 32:アーム操作指示検出装置、 33:パケット操作 指示検出装置、 34:速度メータ、 40:エンジン制御装置、 41:容量制御装置、 42:吐 出回路、 43:チルト操作弁、 44:リフト操作弁、 45:ボトム圧検出器、 46:傾斜角検出 器、 47:加速度検出器、 48:アクセル開度検出器、 49:アクセルペダル、 50:コント口 ーラ。
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下に本発明に従う作業車両のエンジンの制御装置と制御方法について、図面を 参照して幾つかの実施形態を詳述する。
[0023] 以下の開示では、作業車両としてホイールローダを例にとり、ホイールローダのェン ジンのパワー出力を制御するための本発明の実施形態が説明される。しかし、ホイ一 ルローダは本発明の説明のための例示であり、それ以外の種々の作業車両のェンジ ンパワー出力制御にも本発明が適用可能である。
[0024] 図 1は、作業車両の一例であるホイールローダ 1の側面図である。
[0025] 図 1に示すように、ホイールローダ 1は、運転室 2、エンジンルーム 3及び後輪 4， 4を 有する後部車体 5と、前輪 6, 6を有する前部フレーム 7とを有する。前部フレーム 7に は、作業機 10が取付けられている。
[0026] 作業機 10において、リフトアーム 11が、その基端部を揺動自在にして、前部フレー ム 7に取付けられている。前部フレーム 7とリフトアーム 11とは一対のリフトシリンダ 13
, 13により連結され、リフトシリンダ 13, 13が伸縮することにより、リフトアーム 11が揺 動する。リフトアーム 11の先端部には、パケット 12が揺動自在に取付けられている。
[0027] チルトアーム 14力 そのほぼ中央部にて、回動自在にリフトアーム 11に支持されて いる。チルトアーム 14の一端部と前部フレーム 7とは、チルトシリンダ 15により連結さ れ、チルトアーム 14の他端部とバケツト 12とは、チルトロッド 16により連結されている
。チルトシリンダ 15が伸縮するとパケット 12が揺動する。 [0028] 後部車体 5には、ホイールローダ 1を走行させるための走行装置 20と、走行装置 20 にパワー出力を供給するエンジン 21とが搭載されている。走行装置 20は、トルタコン バータ 22、前後進切り替え及び複数段の変速段切り替えが可能な変速機 23、分配 機 24、並びに、後輪 4及び前輪 6を駆動する減速機 25， 25等から構成されている。 エンジン 21のパワー出力はトルクコンバータ 22及び変速機 23を順に通じて分配機 2 4に伝達され、そこから後輪 4と前輪 6に分配される。
[0029] 後部車体 5には、また、上述したリフトシリンダ 13及びチルトシリンダ 15に圧油を供 給する可変容量型油圧ポンプ 26も搭載されている。可変容量型油圧ポンプ 26は、 上述したエンジン 21からのパワー出力の一部を使って駆動される。
[0030] 運転室 2内には、運転者により操作される変速機シフトレバー、アクセルペダル、ブ レーキペダル、ならびにリフトシリンダ 13及びチルトシリンダ 15を操作するレバー等を 含む運転操作装置 30が設けられている。運転者は、運転操作装置 30を操作するこ とにより、ホイールローダ 1の前後進の切り替え、走行速度の調節 (加速と減速)及び 作業機 10 (リフトシリンダ 13及びチルトシリンダ 15)の操作を行うことができる。
[0031] さらに、後部車体 5には、運転操作装置 30からの操作信号に応答してリフトシリンダ 13及びチルトシリンダ 15の駆動を制御したり、本発明の原理に従ってエンジン 21の パワー出力能力を制御したりするためのエンジン制御装置（図 1では図示省略）が搭 載されている。このエンジン制御装置の詳細については後に説明する。
[0032] このようなホイールローダ 1において、エンジン 21のパワー出力を消費する負荷コン ポーネントには、作業負荷と寄生負荷がある。作業負荷とは、車両の外部環境に直 接働きかける作業（土や岩の掘削や持ち上げ、車両自体の移動など)を行うために、 エンジン 21からのパワー出力を要求するコンポーネントである。作業負荷には、例え ば上述した作業機械 10、可変容量型油圧ポンプ 26、及び走行装置 20が含まれる。 これに対し、寄生負荷とは、作業ではなく車両内部の動作のために、エンジン 21から のパワー出力を要求するコンポーネントである。寄生負荷には、例えばエンジン冷却 装置や空調装置ゃバッテリ充電装置などが含まれるが、いずれも図 1では図示省力 されている。
[0033] 上述したエンジン制御装置は、作業負荷 (例えば作業機械 10、可変容量型油圧ポ ンプ 26、及び走行装置 20)の状態 (以下、作業状態という）を検出し、作業状態の検 出結果から、作業負荷が要求するパワー出力の程度を推測してエンジン 21のパワー 出力能力を制御する機能を有する。一連の複数の工程から構成される作業を行うと き、作業負荷が要求するパワー出力の程度は工程によって異なることが多い。例え ば、一連の工程中、特定の工程では比較的に高いパワー出力が要求される力 S、他の 工程では比較的に低いパワー出力で足りるということがある。以下では、ホイール口 ーダ 1が使われる典型的な作業種類である掘削積込作業を例にとり、エンジン制御 装置によるパワー出力制御について具体的に説明する。
[0034] 図 2は、ホイールローダ 1の掘削積込作業を構成する一連の工程の例を示す。
[0035] ホイールローダ 1は、次のような複数の工程を順次に行うことを繰り返して、作業対 象物を掘削し、ダンプトラック等の運搬機械に作業対象物を積み込んでいる。
[0036] 前進工程（図 2A) : 運転者はリフトシリンダ 13及びチルトシリンダ 15を操作して、作 業機 10をリフトアーム 11が低い位置にありパケット 12が水平を向いた掘削姿勢にし て、車両を作業対象物に向けて前進させる。
[0037] 掘削工程（図 2B、図 2C) : 運転者は車両を更に前進させパケット 12の刃先を作業 対象物に突っ込み（図 2B :突込みサブ工程）、そして、チルトシリンダ 15を操作してバ ケット 12をチルトバックさせ、バケツト 12内に作業対象物を掬い込む（図 2C :掬込み サブ工程)。掬込みサブ工程は、作業対象物の種類によって、パケット 12を 1回チル トバックさせるだけで完了する場合もあるし、或いは、パケット 12をチルトバックさせ、 中立にし、再びチルトバックさせるという動作を繰り返す場合もある。
[0038] 後進'ブーム上昇工程（図 2D) : パケット 12に作業対象物をすくい込んだ後、運転 者は、車両を後進させつつ、リフトシリンダ 13を伸張させてリフトアーム 11を上昇させ る。
[0039] 前進'ブーム上昇工程（図 2E) : 運転者は車両を前進させてダンプトラックに接近 しつつ、パケット 12の高さが積込高さになるまで、リフトシリンダ 13をさらに伸張させて リフトアーム 11を上昇させる。
[0040] 排土工程 (図 2F) : 運転者は所定位置でパケット 12をダンプして作業対象物をダ ンプトラックの荷台上に積み込む。この工程は、その前の前進'ブーム上昇工程から 連続的に前進しつつ行われることも多い。
[0041] 後進 ·ブーム下げ工程（図 2G) : 運転者は車両を後進させながらリフトアーム 11を 下げ、パケット 12を掘削姿勢に戻す。
[0042] 以上が、掘削積込作業の 1サイクルをなす典型的な工程である。
[0043] さらに、図 2Hには、車両が単純に走行する単純走行工程が示されている。このェ 程では、運転者はリフトアーム 11を低い位置にして、車両を前進させる。バケツト 12 に荷を積んで荷を運搬する場合もあるし、荷を積まずに走行する場合もある。
[0044] これら 6種類の工程で必要とされるエンジン 21のパワー出力は、工程ごとに異なる。
特に、掘削工程（図 2B、図 2C)では、他の工程のどれよりも、大きなパワー出力が必 要とされる。そこで、現在行われている工程を判別して、それに必要なパワー出力を 出力できるように、エンジン 21のパワー出力能力の制御が行うことが望ましい。その 場合、上記の 6種類の工程を、掘削工程とそれ以外の工程という 2つの種類に大分 類して、エンジン 21のパワー出力能力を 2段階で制御することが可能である。或いは 、上記の 6種類の工程を 3種類以上に分類して、エンジン 21のパワー出力能力を 3 段階以上で制御してもよい。或いは、工程を判別するというより、むしろ、作業負荷が 要求するパワー出力の程度を判別して、それに応じてエンジン 21のパワー出力能力 を段階的又は連続的に変化させるようにしてもよい。
[0045] ここで、エンジン 21のパワー出力能力とは、最高でどの程度のパワー出力を出力 することが可能かとレ、うエンジン 21の能力又はキャパシティである。エンジン 21のパ ヮー出力能力の制御は、典型的には、例えば、エンジン 21への燃料噴射量の上限 値を制御するという方法で行うことができる。例えば、燃料噴射量の上限値をより大き く設定すれば、パワー出力能力はより高くなるし、燃料噴射量の上限値をより小さく設 定すれば、パワー出力能力はより低くなる。エンジン 21が回転数に応じて出力できる 上限出力トルクを示したトルクカーブを用いて、パワー出力能力を表現することができ る。上限出力トノレクカーブがより高ければ、パワー出力能力がより高いということにな る。
[0046] 図 3は、エンジン 21のパワー出力能力の制御を行なうエンジン制御装置 40の一例 を示す系統図である。 [0047] 図 3において、コントローラ 50は、例えばプログラムメモリやワークメモリとして使用さ れる記憶装置、プログラムを実行する CPUを有するコンピュータにより実現されること ができる。コントローラ 50は、図示しない燃料噴射ポンプからエンジン 21へ供給され る燃料噴射量を調節してエンジン 21のパワー出力を制御するガバナ 27と接続され ている。コントローラ 50からガバナ 27に指令を出力して燃料噴射量を変化させること により、エンジン 21のパワー出力を変更することができるようになつている。エンジン 2 1は、作業負荷の一つである可変容量型油圧ポンプ 26を駆動する。
[0048] 可変容量型油圧ポンプ 26には、容量制御装置 41が接続されている。コントローラ 5 0から容量制御装置 4に指令を出力して、可変容量型油圧ポンプ 26の容量を変更す ることができるようになつている。可変容量型油圧ポンプ 26の吐出回路 42上には、作 業負荷の一つであるチルトシリンダ 15に接続するチルト操作弁 43と、同じく作業負荷 の一つであるリフトシリンダ 13に接続するリフト操作弁 44とが設けられている。
[0049] リフトシリンダ 13のボトム側には、ボトム圧検出器 45が設けられている。 （ここで、シリ ンダの「ボトム側」とは、その側の油圧が高くなるとシリンダが伸長する側のことをいう。 「ボトム側」とは反対の側は、「ヘッド側」又は「ロッド側」と呼ばれる。）ボトム圧検出器 4 5は、例えば圧力スィッチである。ボトム圧検出器 45から出力されるボトム圧の検出信 号は、コントローラ 50に入力される。
[0050] またコントローラ 50は、運転操作装置 30に含まれる変速機シフトレバーの位置を検 出するシフト位置検出装置 31と接続され、シフト位置検出装置 31からのシフト位置 の検出信号を入力し、作業負荷の一つである走行装置 20の変速機 23のシフト操作 (又はソフト操作により選択された速度段）を検出する。変速機 23が例えば前進 4速 度段（F1 F4)および後進 2速度段（Rl、 R2)を有する変速機 23の場合、シフト位置 検出信号に基づいて、コントローラ 50は、シフト操作により F1— F4、 Rl、 R2のうちのど の速度段を選択されたかを検出する。
[0051] コントローラ 50は、また、運転操作装置 30に含まれるリフトシリンダ操作レバー（リフ トアーム操作レバー）の位置（つまり、運転者からのアーム操作指示）を検出するァー ム操作指示検出装置 32と接続され、アーム操作指示検出装置 32からの操作指示検 出信号を入力する。コントローラ 50は、この操作指示検出信号に基づいて、リフト操 作弁 44を制御して、リフトアーム 11を操作する。また、コントローラ 50は、アーム操作 指示検出装置 32からの検出信号またはリフト操作弁 44への操作信号に基づいて、リ フトアーム 11に対して現在行われている操作の種類（例えば、上げる、中立、下げる 、フロート）を検出する。
[0052] コントローラ 50は、また、運転操作装置 30に含まれるチルトシリンダ操作レバー（バ ケット操作レバー）の位置（つまり、運転者からのパケット操作指示）を検出するバケツ ト操作指示検出装置 33と接続され、パケット操作指示検出装置 33からの操作指示 検出信号を入力する。コントローラ 50は、パケット操作指示検出信号に基づいて、チ ノレト操作弁 43を制御することにより、バケツト 12を操作する。また、コントローラ 50は、 パケット操作指示検出装置 33からの操作指示検出信号またはチルト操作弁 43への 操作信号に基づいて、パケット 12に対して現在行われている操作の種類 (例えば、 チルトバック、中立、ダンプ）を検出する。
[0053] コントローラ 50は、さらに、車両の走行速度を検出する速度メータ 34に接続され、 速度メータ 34から走行速度の検出信号を入力する。
[0054] コントローラ 50は、検出された変速機 23のシフト操作 (選択された速度段）、リフトシ リンダ 13のボトム圧、リフトアーム 11の操作、バケツト 11の操作、および車両の走行 速度などの、作業負荷の各種状態を示す各種変数値のうちの 1又はそれ以上の変 数値に基づいて、本発明の原理に従い、エンジン 21のパワー出力能力を制御する。 以下、この制御の手順について説明する。
[0055] 図 4に、エンジン 21の出力能力の制御手順の一例の概略をフローチャートで示す。
[0056] 図 4に示される制御では、上記の作業状態を示す特定の変数値に基づいて、現在 行われている工程が、特に高いパワー出力が要求される所定の工程 (例えば掘削ェ 程)であるか否かが判断される。その判断結果に応じて、エンジンのパワー出力能力 を制御するモードとして、予め用意された「低出力モード」と「高出力モード」の 2種類 の制御モードのうちのいずれか一方が選択される。この 2種類の制御モードの具体的 意味については後に説明する。
[0057] 図 4に示すように、ステップ S11で、コントローラ 50は、まずエンジン 21の始動と同 時にガバナ 27に指令を出力し、エンジン 21を低出力モードで運転させる。低出力モ ードでは、コントローラ 50は、ガバナ 27に指令して、例えば図示しない燃料噴射ボン プの噴射量 (mg/ストローク）の可変範囲の上限値を所定の低い値に制限するなど の方法で、エンジン 21のパワー出力能力を高出力モードよりも低く制限する。
[0058] そしてステップ S 12で、コントローラ 50は、後述する掘削開始判定を行って、ホイ一 ルローダ 1が掘削工程中（前述した図 2Aから図 2B)であるか否かを判定する。ステツ プ S12の結果、掘削作業中でなければ、制御はステップ S11に戻る。
[0059] ステップ S12の結果、掘削作業中であればステップ S13に進み、コントローラ 50は
、ガバナ 27に指令を出力し、エンジン 21を高出力モードで運転する。高出力モード では、コントローラ 50は、燃料噴射ポンプの噴射量に対する上述の制限を解除する ことで、噴射量の可変範囲の上限値を低出力モードよりも高くするなどして、エンジン 21のパワー出力能力を低出力モードよりも高くする（例えば、エンジン 21が本来的に もつ最大のパワー出力を発揮できるようにする）。
[0060] そしてステップ S14においてコントローラ 50は、後述する掘削終了判定を行って、 ホイールローダ 1の掘削工程が終了したか否かを判定する。ステップ S14の結果、掘 削工程が終了していなければ、ステップ S13に戻る。また、ステップ S14の結果、掘 削工程が終了していれば、ステップ S11に戻って、エンジン 21を再び低出力モード で運転する。
[0061] 以下、図 4に示したフローチャートのそれぞれのステップについて、詳細に説明する
[0062] まず、ステップ S11と S14に示した、エンジン 21の高出力モードと低出力モードとに ついて説明する。図 5に、高出力モードと低出力モードでのエンジン 21のパワー出 力能力を示すトルクカーブの一例を示す。図 4において、横軸がエンジン 21の回転 数であり、縦軸が出力トルクである。また、曲線 29力 トルクコンバータ 22のマツチン グカーブである。
[0063] 図 5において、実線 28Aが、エンジン 21のパワー出力能力に制限を加えず高パヮ 一出力が得られるようにした高出力モードでのエンジン 21の上限出力トルクのカーブ を示し、これは例えばエンジン 21の定格又は最大のパワー出力に相当する。ェンジ ン 21の出力トノレクは、運転者のアクセルペダル操作による燃料噴射量の調節によつ て可変であるが、その可変範囲は、上限出力トルクカーブ 28A以下の範囲である。
[0064] 一方、破線 28Bは、高出力モードよりも低いパワー出力能力しか得られないようにし た低出力モードでのエンジン 21の上限出力トルクのカーブを示す。低出力モードで の上限出力トルクカーブ 28Bは、高出力モードでの上限出力トルクカーブ 28Aの係 数ひ倍（ひく 1) (例えば 80%)になるように制限される。低出力モードでは、エンジン 出力の可変範囲は、上限出力トルクカーブ 28B以下の低い範囲に制限される。その 反面、燃料の節約ができるという利点がある。コントローラ 50は、ガバナ 27を制御し て、燃料噴射量に制限を加える (例えば、燃料噴射量の上限値を高出力モードのと きのそれより低くする）などの方法により、低出力モードを実行する。
[0065] また、図 6に、別の制御例に力かるエンジン 21のパワー出力性能を示すトルクカー ブを示す。図 6において、破線 28Cが低出力モードでの上限出力トルクカーブを示し 、これは、上述の図 5に示す低出力モードでの上限出力トルクカーブ 28Bより更に低 く制限された出力トルク可変範囲を意味する。このように、エンジンのパワー出力性能 を制限する場合に、具体的にどのようなトルクカーブを採用するかについては、様々 なバリエーションがある。図 5と図 6に示した低出力モードでの上限出力トルクカーブ 2 8Bと 28Cのうちの一方だけを採用しても良いし、或いは、状態に応じて上限出力トル クカーブ 28Bと 28Cを使い分けても良い。
[0066] 図 7は、ホイールローダ 1が、バケツト 12で作業対象物を掘削している状態を示す 側面図である。
[0067] 図 7に示すように、掘削工程では、車両が矢印 Aの方向に前進してバケツト 12の刃 先を作業対象物 Zに突っ込み、そして、パケット 12をチルトバックさせる。この動作中 、パケット 12には、矢印 B及び矢印 Cの方向に力が加わる。その結果、リフトシリンダ 1 3及びチルトシリンダ 15のボトム側（その側の油圧が高くなるとシリンダが伸長する側） には、高い油圧が発生する。また作業姿勢によっては、パケット 12には矢印 Dの方向 の力が加わり、この場合には、チルトシリンダ 15のヘッド側（ロッド側）に高い油圧が 発生する。
[0068] これらの油圧の大きさは、掘削工程時と他の工程時とでは明らかに異なる。従って、 これらの油圧の少なくとも一つの大きさから、掘削工程が行われている否力、を判定す ること力 Sできる。例えば、リフトシリンダ 13のボトム側の油圧（以下、リフトシリンダ 13の ボトム圧と言う）を、予め定めた基準値と比較することで、掘削工程中であるか否かを 判定することができる。あるいは、チルトシリンダ 15のボトム側の油圧（以下、チルトシ リンダ 15のボトム圧と言う）を、予め定めた基準値と比較することで、掘削工程中であ るか否かを判定することもできる。
[0069] 図 8は、ホイールローダ 1の掘削積込作業時の図 2Aから図 2Gに示した各工程にお ける、リフトシリンダ 13のボトム圧の変化の一例を示すグラフである。図 8において縦 軸はリフトシリンダ 13のボトム圧を示し、横軸は時間を示す。
[0070] 図 8に示すように、リフトシリンダ 13のボトム圧は前進工程（図 2A)ではかなり低ぐ 掘削工程（図 2B、 C)が開始すると急峻に大幅に上昇し、掘削工程（図 2B、 C)の全区 間にわたり継続してかなり高ぐ掘削工程が終了すると急激に大幅に低下する。今、 一つの基準値として図 8に示すような圧力 Pを設定した場合、リフトシリンダ 13のボト ム圧は、前進工程では全区間にわたり基準値 Pより低ぐ掘削工程では全区間にわ たり基準値 Pより大幅に高ぐその差は明瞭である。
[0071] また、後進'ブーム上昇工程（図 2D)、前進 ·ブーム上昇工程（図 2E)、及び排土工 程（図 2F)の前半では、リフトシリンダ 13のボトム圧は基準値 Pより高ぐその後は基準 値 Pより低くなる。前進工程の時間は、通常数秒間（例えば 5秒)程度ある。従って、リ フトシリンダ 13のボトム圧力 所定の時間（例えば 1秒）にわたつて所定の圧力 Pより 低ぐその後、上昇して基準値 Pを超えた時点を検出すると、その時点が、掘削工程 の開始時点であると検知できる。
[0072] 以下、図 9に示したフローチャートを用いて、掘削工程の開始時点を検知する制御 について具体的に説明する。
[0073] 作業開始後、ステップ S101で、コントローラ 50は、ボトム圧検出器 45の検出結果 に基づき、リフトシリンダ 13のボトム圧が基準値 P以下か否かを判定する。ステップ S1 01の結果が N〇の場合には、制御はステップ S101の前に戻る。ステップ S101の結 果が YESの場合には、制御はステップ S102に進み、コントローラ 50は時間計測を 開始する。
[0074] ステップ S103でコントローラ 50は、リフトシリンダ 13のボトム圧が基準値 P以下であ る状態が、所定時間（例えば 1秒）以上続いたか否かを判定する。ステップ S103の結 果が NOの場合には、制御はステップ S103の前に戻る。ステップ S103の結果が YE Sの場合には、制御はステップ S104に進み、コントローラ 50はリフトシリンダ 13のボト ム圧が基準値 Pを越えたか否かを判定する。ステップ S104の結果が N〇の場合には 、制御はステップ S104の前に戻る。ステップ S104の結果が YESの場合には、制御 はステップ S105に進み、コントローラ 50は掘削工程の開始と判定する。
[0075] 次に、図 4のステップ S14に示した、掘削工程が終了したか否かを判定する掘削終 了判定の制御について説明する。
[0076] 図 2に示した掘削積込作業の各工程で車両の移動方向及び図 8に示した各工程で のリフトシリンダ 13のボトム圧の変化に基づいて、掘削工程が終了したことは、次のよ うな判定条件 Al、 A2及び A3を用いて判定することができる。
[0077] 判定条件 A1：掘削工程が開始した後、変速機 23が前進から、中立又は後進へ切 り替えられる。
[0078] 判定条件 A2 :掘削工程が開始した後、リフトシリンダ 13のボトム圧が基準値 Pよりも 下がり、その後、所定の時間（例えば 1秒）にわたつて、基準値 Pより低い状態を保つ
[0079] ところで、図 9に示した掘削開始判定の制御の中のステップ S 105において掘削ェ 程の開始とー且判定した場合であっても、実は掘削工程でなかったという場合がある 。例えば、車両が作業対象物 Zに衝突してすぐに下がるなどして、リフトシリンダ 13の ボトム圧が基準値 Pを一瞬だけ越えたような場合、或いは、前進中に路面の凹凸で作 業機 10にショックが瞬間的に発生した場合などが、これに相当する。このような場合 には、掘削工程がまだ実際に開始されてないから、エンジン 21を高出力モードから 低出力モードに戻す必要がある。この制御を行うために、掘削工程の開始と判断され た後、リフトシリンダ 13のボトム圧が基準値 Pを越えている継続時間を測定し、この継 続時間が所定の時間長を越えない場合には、掘削工程が終了したほだ開始してな レ、）と判断する。これを、判定条件 A3と呼ぶ。
[0080] 本実施形態においては、上記の判定条件 A1 A3のうちいずれか 1つでも満たし た場合に、掘削作業が終了したと判断する。 [0081] 以下、図 10に示したフローチャートを用いて、掘削工程の終了を検知する制御に ついて具体的に説明する。
[0082] まず、判定条件 A1について説明する。ステップ S109でコントローラ 50は、シフト位 置検出装置 31 (図 3)からの検出信号を入力し、変速機 23が中立または後進位置に あるか否かを判定する。ステップ S109の結果が NOの場合には、制御はステップ S1 09の前に戻る。ステップ S109の結果が YESの場合には、制御はステップ S110に 進み、コントローラ 50は掘削工程が終了したと判断する。
[0083] 次に、判定条件 A2について説明する。ステップ S114でコントローラ 50は、リフトシ リンダ 13のボトム圧が基準値 Pより下がったか否かを判定する。ステップ S 114の結果 が NOの場合には、制御はステップ S114の前に戻る。ステップ S114の結果が YES の場合には、制御はステップ S115に進み、コントローラ 50は時間計測を開始する。
[0084] ステップ S116でコントローラ 50は、計測している時間、すなわちリフトシリンダ 13の ボトム圧が基準値 Pより低い状態が継続する時間が、予め定めた第 2設定時間（例え ば 0· 5秒）以上続いたか否かを判定する。ステップ S116の結果が NOの場合には、 制御はステップ S 116の前に戻る。ステップ S 116の結果が YESの場合には、制御は ステップ S110に進み、コントローラ 50は掘削工程が終了したと判断する。
[0085] 次に、判定条件 A3について説明する。ステップ S112でコントローラ 50は、時間計 測を開始する。ステップ S113でコントローラ 50は、計測している時間、すなわちリフト シリンダ 13のボトム圧が基準値 Pより高い状態が継続している時間力 予め定めた第 1設定時間 (例えば 1秒)を越えたか否かを判定する。ステップ S 113の結果が YESの 場合には、制御はステップ S 112の前に戻る。ステップ S 113の結果が NOの場合に は、コントローラ 50はステップ S110に進み、掘削作業終了と判断する。
[0086] なお、変形例として、判定条件 A1及び A2の判定を行う前に、判定条件 A3の判定 を行い、判定条件 A3のステップ S 113の結果が YESである場合に判定条件 A1及び A2の判定を行うようにしてもよレ、。或いは、別の変形例として、判定条件 A3の判定を 、図 9に示した掘削開始判定のステップ S105の直後に行い、図 10に示した掘削終 了判定の制御では、判定条件 A3の判定を省略してもよレ、。
[0087] 以上説明したように、コントローラ 50は、リフトシリンダ 13のボトム圧の状態に主に基 づいて、現在の工程が掘削工程であるか否かを判断し、掘削工程中はエンジン 21の パワー出力能力を高出力モードに制御し、掘削工程以外の時には、エンジン 21のパ ヮー出力能力を低出力モードに制御する。これにより、重作業時には高いパワー出 力能力で、その他の軽作業時には低いパワー出力能力で、それぞれの作業を行な えるので、作業に必要なだけのパワー出力を得ることができ、し力も無駄に大きなェ ネルギーを消費することが防止されるので、燃費が低減される。また、掘削工程中は エンジン 21のパワー出力能力が自動的に増加するため、運転者に快適な操作感を 与えることができる。
[0088] また、リフトシリンダ 13のボトム圧力 所定時間にわたって基準値 P以下であった後 に基準値 Pを越えた時に、掘削工程が開始したと判断される。これにより、後進'ブー ム上昇工程、前進 'ブーム上昇工程又は排土工程のときに掘削工程の開始を誤検 出するおそれが低減される。また、リフトシリンダ 13のボトム圧が瞬間的又は一時的 に基準値 P以上になったに過ぎない場合には、直ちに掘削工程の開始の判定が取り 消される。そのため、例えば掘削作業中と誤判定してエンジン 21を高出力モードで 運転したとしても、短時間で誤判定であることを判断でき、燃費の低下を防止できる。
[0089] また、掘削工程の開始が判定された後、変速機 23が中立または後進位置にシフト したときに、掘削工程の終了と判断される。また、掘削工程の開始が判定された後、リ フトシリンダ 13のボトム圧が基準値 P以下になり、その状態が予め定めた第 2設定時 間を越えたときにも、掘削工程の終了と判断される。それにより、掘削工程の終了時 点の検出精度が高い。
[0090] ところで、上述した制御では、掘削工程であるか否かの判断に、リフトシリンダ 13の ボトム圧を用いている。し力 ながら、これに代えてまたは併用して、チルトシリンダ 15 のボトム圧を用いてもよレ、。例えばチルトシリンダ 15のボトム圧力 所定時間にわたつ て所定値以下の状態であった後にその所定値を越えた時に、掘削工程が開始され たと判断することができる。また、パケット 12が作業対象物に突っ込んで上記ボトム圧 が基準値 P以上に上昇した時にエンジンのパワー出力能力を高出力モードに切換え るので、その後のパケットチルト操作を開始する時点では、既に高出力モードになつ ていて、エンジンのパワー出力の上昇に遅れが生じない。 [0091] また、上述した制御では、掘削工程であるか否かの判断材料として、リフトシリンダ 1 3またはチルトシリンダ 15の油圧のような、作業機のァクチユエータに加わる力を用い ている。しかし、これとは別の因子を判断材料に用いることもできる。
[0092] ここで、そのような他の因子を用いた制御の変形例の一つを説明する。すなわち、 掘削開始判定では、次の判定条件 Bl、 B2及び B3が用いられる。
[0093] 判定条件 B1 :変速機 23が、前進第 1又は第 2速度段（F1又は F2)位置にある。
[0094] 判定条件 B2 :作業機 10が、掘削位置にある。
[0095] 判定条件 B3：車両走行速度が、設定速度以下である。
[0096] これら判定条件 B1— B3のうち、少なくとも 1つの判定条件が充足された時に、作業 車両は掘削工程中であると判断される。
[0097] ここで、上記判定条件 B2の掘削位置について説明する。図 11に、掘削位置にお ける作業機 10の側面図を示す。
[0098] 図 11に示すように、前部フレーム 7には、リフトアーム 11の基端部がアームピン 73 により揺動自在に取付けられ、前部フレーム 7とリフトアーム 11とはリフトシリンダ 13, 13により連結されている。リフトシリンダ 13, 13が伸縮するとリフトアーム 11はアーム ピン 73を中心として揺動する。リフトアーム 11の先端部には、バケツト 12がバケツトビ ン 76により揺動自在に取付けられ、前部フレーム 7とバケツト 12とは、チルトシリンダ 1 5及びリンク装置 78を介して連結されている。チルトシリンダ 15が伸縮すると、バケツ ト 12はバケツトビン 76を中心として揺動する。
[0099] コントローラ 50は、例えば、アームピン 73とバケツトビン 76とを結ぶ線 Y— Y (つまり、 リフトアーム 11の姿勢又は位置を示す線）を基準線として定め、アームピン 73を通る 水平線に対する基準線の下方への伏角が所定値以上である場合、作業機 10が掘 削位置にあると判断することができる。コントローラ 50が、このような作業機 10の姿勢 又は位置を把握するための方法としては、例えば、リフトシリンダ 13, 13に取り付けた ストロークセンサ（図示せず）により検出されるリフトシリンダ 13， 13のストロークを用い て計算する方法、リフトシリンダ 13, 13に取り付けた角度センサ（図示せず）により検 出されるリフトシリンダ 13， 13の仰角を用いて計算する方法、あるいは、コントローラ 5 0からリフト操作弁 44に出力した操作指令に基づいて計算する方法などが採用し得 る。
[0100] 次に、掘削工程以外の特定の作業状況においてより高いパワー出力を得られるよう にした制御の変形例を説明する。この変形例に力かる制御は、上述した掘削工程時 に高出力モードを選択する上述の制御と併用することも、あるいは、それに代えて採 用することちできる。
[0101] ここでは、傾斜地において、ホイールローダ 1が登坂走行を行なう場合に高出力モ ードを選択する制御例を説明する。
[0102] ホイールローダ 1は、所定以上の傾斜角を有する斜面において登坂走行を行なう 際には、低出力モードで出力できる上限出力トルクよりも高い出力トルクが欲しいこと がある。従って本実施形態においては、登坂走行を行なっているか否力、を判定し、登 坂走行を行なっている場合には、そうでない場合よりも高いパワー出力が得られるよ うにしている。
[0103] 前述した図 3を再び参照して、ホイールローダ 1の車体には、車体の前後方向にお ける傾斜角を測定する傾斜角検出器 46と、アクセルペダル 49の開度を測定するァク セル開度検出器 48と、車両の加速度を測定する加速度検出器 47とが設けられてお り、それぞれコントローラ 50に接続されている。コントローラ 50は、これらのセンサ 46 一 48の出力に基づき、車両の傾斜角、アクセルペダルの開度、及び加速度を検出 する。加速度についは、加速度検出器 47を用いる代わりに、速度メータ 34により検 出された速度から計算してもよい。コントローラ 50は、車両が一定以上の傾斜角で傾 いていて、かつ走行している場合、登坂走行中と判定する。また、コントローラ 50は、 アクセルペダルが一定以上開いているにも拘らず、所定以上の加速度が得られない 場合も、登坂走行中と判定する。あるいは、アクセルペダルと加速度のみから、登坂 走行中か否力、を判断してもよい。
[0104] 図 12に、この変形例に力かるエンジン 21の制御手順をフローチャートで示す。
[0105] ステップ S21でコントローラ 50は、エンジン 21の始動と同時にガバナ 27に指令を出 力し、例えば燃料噴射ポンプの噴射量を絞るなどのパワー出力制限を行って、ェン ジン 21を低出力モードで運転させる。そしてステップ S22でコントローラ 50は、前述 の掘削開始判定を行って、ホイールローダ 1が掘削工程中か否かを判定する。ステツ プ S22の結果、掘削工程中と判定されなければ、制御はステップ S21に戻る。ステツ プ S22の結果、掘削工程中と判定されれば、制御はステップ S23に進み、コントロー ラ 50は、ガバナ 27に指令を出力し、燃料噴射ポンプの噴射量を上記制限のない状 態に戻して、エンジン 21が高パワー出力能力を発揮することのできる高出力モード で運転させる。
[0106] 高出力モードの運転に入った後、ステップ S24においてコントローラ 50は、前述の 掘削終了判定を行って、ホイールローダ 1の掘削工程が終了したか否かを判定する 。ステップ S24の結果、掘削工程の終了が判定されなければ、制御はステップ S23に 戻る。また、ステップ S24の結果、掘削工程の終了が判定されれば、制御はステップ S21に戻って、エンジン 21を低出力モードで運転させる。
[0107] またステップ S22と並歹 IJに、コントローラ 50はステップ S25で、前述の登坂走行判定 を行って、ホイールローダ 1が登坂走行中か否かを判定する。ステップ S25の結果、 登坂走行中と判定されなければ、制御はステップ S21に戻る。ステップ S25の結果、 登坂走行中と判定されれば、制御はステップ S26に進み、コントローラ 50は、ガバナ 27に指令を出力し、燃料噴射ポンプの噴射量を上記制限のない状態に戻して、ェン ジン 21が高パワー出力能力を発揮できる高出力モードで運転させる。
[0108] 高出力モードの運転に入った後、ステップ S27においてコントローラ 50は、前述の 登坂走行判定を行って、ホイールローダ 1が登坂走行しているか否かを判定する。ス テツプ S27の結果、登坂走行していると判定されれば、制御はステップ S26に戻る。 また、ステップ S27の結果、登坂走行していると判定されなければ、制御はステップ S 21に戻って、コントローラ 50は、エンジン 21を低出力モードで運転させる。
[0109] ところで、上記の制御においては、掘削作業時にも登坂走行にも、エンジン 21が同 様の高出力モードで運転されるが、制御はこれに限られるものではない。例えば、登 坂走行時においては、エンジン 21を低出力モードと高出力モードとの中間のパワー 出力能力をもった中間出力モードで運転するようにしてもよい。或いは、登坂時の負 荷の大きさを検出して、その負荷の大きさに応じてエンジン 21のパワー出力能力を 多段階又は連続的に変更してもよい。いずれにせよ、上記のような制御により、掘削 工程時だけでなぐ登坂走行にも十分なパワー出力を得られるので、スムーズな運転 が可能である。
[0110] 次に、エンジンのパワー出力能力の制御のさらに別の変形例について説明する。
[0111] この変形例に力かる制御では、コントローラ 50は、ホイールローダ 1の作業負荷の 状態の検出結果に基づいて、図 2Aから図 2Hに示した工程のうちのどれが現在行わ れているかを判定し、その判定結果に基づいて、エンジン 21のパワー出力能力を制 御する。
[0112] 図 13は、この制御における工程の判定方法と判定結果に応じたエンジンのパワー 出力能力の制御方法をテーブルで示す。
[0113] 図 13に示したテーブルにおいて、一番上の「作業工程」の行には、図 2Aから図 2H に示した作業工程の名称が示されている。その下の「速度段」、「作業機操作」及び「 作業機シリンダ圧力」の行には、コントローラ 50が現在の工程がどの工程であるかを 判定するために使用する、各種の判断条件が示されている。
[0114] すなわち、「速度段」の行には、変速機 23の速度段についての判定条件が丸印で 示されている。ここでは、変速機 23が前進 4速度段 F1— F4及び後進 2速度段 Rl、 R 2を有する場合を想定している。また、「作業機操作」の行には、作業機 10に対する 運転者の操作についての判定条件が丸印で示されている。すなわち、「アーム」の行 にはリフトアーム 11に対する操作に関する判定条件力 「バケツト」の行にはバケツト 1 2に対する操作に関する判定条件が示されている。また、「作業機シリンダ圧力」の行 には、作業機 10のシリンダの現在の油圧、例えばリフトシリンダ 11のボトム圧、につ いての判定条件が示されている。ここで、リフトシリンダボトム圧に関して、図 8に示す ように、前述の基準値 Pの他に、その基準値 Pより高い 3つの基準値 A, B, Cが予め 設定され、これら基準値 A, B, C, Pにより複数の圧力範囲（例えば、基準値 P未満の 範囲、基準値 Aから Cの範囲、基準値 Bから Pの範囲、基準値 C未満の範囲）が定義さ れ、これらの圧力範囲が上記判断条件として設定されてレ、る。
[0115] 以上のような各工程ごとの「速度段」、「アーム」、「パケット」「作業機シリンダ圧力」の 判定条件の組み合わせを用いることにより、コントローラ 50は、現在行われているェ 程がどの工程なのかを判別することになる。
[0116] 「エンジン出力モード」の行には、上記判別の結果として、コントローラ 50が「高出力 モード」と「低出力モード」のいずれを選択するが示されている。その下の「出力トルク 変ィ匕」の行には、このようなエンジンパワー出力制御の結果として、エンジン 21の出 力トルクが具体的にどのように変化するかの例が示されている。
[0117] 図 13に示した制御を行う場合のコントローラ 50の具体的動作を以下に説明する。
[0118] コントローラ 50は、図 13に示した各工程に対応する「速度段」、「アーム」、「パケット 」及び「作業機シリンダ圧力」の判定条件の組み合わせを予め記憶している。コント口 ーラ 50は、図 3に示したシフト位置検出装置 31からの信号に基づいて変速機 23の 現在選択されている速度段（F1— F4、 R1又は R2)を把握し、アーム操作指示検出装 置 32からの信号に基づレ、てリフトアーム 11に対する現在の操作の種類（例えば、フ ロート、下げる、中立又は上げる）を把握し、また、パケット操作指示検出装置 33から の信号に基づいてパケット 12に対する現在の操作の種類 (例えば、ダンプする、中 立又はチルトする）を把握する。さらに、コントローラ 50は、図 3に示したボトム圧検出 器 45からの信号に基づいて、リフトシリンダ 11の現在のボトム圧を把握する。
[0119] そして、コントローラ 50は、把握された現在の速度段、アーム操作種類、バケツト操 作種類及びリフトシリンダボトム圧力の組み合わせ（つまり現在の作業状態）を、予め 記憶してある各工程に対応する「速度段」、「アーム」、「パケット」及び「作業機シリン ダ圧力」の判定条件の組み合わせと対照するというマッチング処理を行なう。マツチン グ処理の結果として、コントローラ 50は、現在の作業状態に最も良くマッチする判定 条件の組み合わせに対応する工程がどれであるか判定する。
[0120] ここで、図 13に示す各工程に対応する判定条件の組み合わせは、具体的には次 のとおりである。
[0121] 前進工程（図 2A) : 速度段が F1で、アーム操作とパケット操作が共に中立で、作業 機シリンダ圧力が基準値 P未満である。速度段については、単純に現在の速度段が F1又は F2とレ、うことだけでなく、速度段が F2から F1に切り替わったというシフトダウン も判定条件として採用し得る（まず F2で発進してから F1にシフトダウンして前進する ことが多いため）。また、直前に判定された工程が後進 ·ブーム下げ工程であったとい う、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
[0122] 掘削工程 (突込みサブ工程）（図 2B) : 速度段が F1又は F2で、リフトアーム操作と パケット操作が共に中立で、作業機シリンダ圧力が基準値 Aから Cの範囲である。ま た、直前に判定された工程が前進工程であったという、判定の履歴も追加の判定条 件として採用し得る。
[0123] 掘削工程 (掬込みサブ工程）（図 2C) : 速度段が F1又は F2で、リフトアーム操作が 上げるか又は中立で、パケット操作がチルトで、作業機シリンダ圧力が基準値 Aから Cの範囲である。パケット操作については、さらに、チルトと中立が交互に繰り返され る場合も含むような判定条件を追カロしてもよい（作業対象物の種類によっては、バケ ット 12をチルトバックさせ、中立にし、再びチルトバックさせるという動作を繰り返す場 合があるから）。また、直前に判定された工程が掘削の突込みサブ工程であったとい う、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
[0124] 後進 ·ブーム上げ工程（図 2D) : 速度段が R1又は R2で、リフトアーム操作が上げ るで、パケット操作が中立で、作業機シリンダ圧力が基準値 Bから Pの範囲である。ま た、直前に判定された工程が掘削の掬込みサブ工程であったという、判定の履歴も 追加の判定条件として採用し得る。
[0125] 前進'ブーム上昇工程（図 2E)： 速度段が F1又は F2で、リフトアーム操作が上げ るか又は中立で、パケット操作が中立で、作業機シリンダ圧力が基準値 Bから Pの範 囲である。また、直前に判定された工程が後進 ·ブーム上げ工程であったという、判 定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
[0126] 排土工程（図 2F) : 速度段が F1又は F2で、リフトアーム操作が上げるか又は中立 で、バケツト操作がダンプで、作業機シリンダ圧力が基準値 Bから Pの範囲である。ま た、直前に判定された工程が前進'ブーム上昇工程であったという、判定の履歴も追 加の判定条件として採用し得る。
[0127] 後進.ブーム下げ工程（図 2G) : 速度段が R1又は R2で、リフトアーム操作がフロー ト又は下げるで、パケット操作がチルトで、作業機シリンダ圧力が基準値 P未満の範 囲である。また、直前に判定された工程が排土工程であったという、判定の履歴も追 加の判定条件として採用し得る。
[0128] 単純走行工程（図 2H) : 速度段が Fl、 F2、 F3又は F4で、リフトアーム操作とバケ ット操作が中立で、作業機シリンダ圧力が基準値 C未満の範囲である。 [0129] コントローラ 50は、以上のような工程ごとの判定条件の組み合わせの中から、現在 の作業状態（単なる現在の状態だけでなぐ上述したように変速シフト動作や作業機 操作の変化や判定の履歴も含み得る）に最も良くマッチしたものを見つけ出すことで 、現在の工程がどの工程であるかを判別する。そして、コントローラ 50は、判別された 工程に対応したエンジン出力モードで、エンジン 21を運転する。すなわち、図 13に 示すように、掘削工程が判別された場合には、コントローラ 50は高出力モードでェン ジン 21を運転する。他方、前進工程、後進'ブーム上げ工程、前進'ブーム上げ工程 、掘削工程又は後進'ブーム下げ工程が判別された場合には、コントローラ 50は低 出力モードでエンジン 21を運転する。また、単純走行工程が判別された場合には、 コントローラ 50は、例えば既に説明したような登坂走行かどうかなどの判定を行うこと で、車両に力かる負荷の大きさを判断し、その負荷の大きさに応じて低出力モードか 高出力モードを選択する。運転者による変速機操作や作業機操作や作業機のシリン ダ油圧などの組み合わせに基づいた判定結果によりエンジンのパワー出力能力が 制御されるため、工程の遷移に即応してパワー出力能力を変更することができる。
[0130] 上記の制御の結果として、図 13の一番下の行に示されているように、掘削積込作 業では、掘削工程のときには、運転者がアクセルペダルを踏み込めば、エンジン 21 の出力トルクは、エンジン 21が出し得るフルトルクまで上昇する。しかし、掘削工程以 外の工程では、運転者がアクセルペダルを最も深く踏み込んでも、エンジン 21の出 力トルクは、制限された上限トルク、例えばフルトルクの 80%までしか上昇しないが、 その分だけ燃料が節約される。ところで、このトルク変化カーブにおいて、変速機 23 の前進と後進の切り替え時に一時的に生じる出力トルクの低下は、運転者がァクセ ルペダルの踏み込みを一時的に緩めることに因るものである。また、排土工程の後半 での出力トルクの低下は、作業対象物がすべてダンプされた後に運転者がアクセル ペダルの踏み込みを緩めることに因るものである。
[0131] 以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例 示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではなレ、。本発明 は、その要旨を逸脱することなぐその他の様々な態様でも実施することができる。
[0132] 例えば、ホイールローダ以外の他の種類の作業車両においても本発明は適用が可 能である。そして本発明が適用される作業車両の種類に応じて、作業状態の検出方 法も変り得る。例えば、油圧ショベルの場合には、ブームシリンダ、アームシリンダ又 はバケツトシリンダの油圧を検出することで、油圧ショベルに力かる負荷の大きさを判 断するようにしてよい。
[0133] 上記実施形態では、高出力モードではエンジンパワー出力に制限を加えずに定格 又は最大のパワー出力能力が発揮できるようにしているが、制御はこれだけに限定さ れない。例えば、高出力モードでは最大パワー出力能力よりもわずかに低いパワー 出力能力が得られるようにしてもよい。また、トルクカーブの形状が異なる複数のェン ジン出力モードを用意して、それらモードを現在の作業状態に応じて適宜に選択す るようにしてもよい。
[0134] さらには、予め用意された複数のエンジン出力モードを選択する制御に代えて又は 併用して、検出された負荷の大きさや作業状況に合うように、コントローラ 50が演算 によりエンジンのパワー出力能力を連続的につまり無段階で可変制御するようにして あよい。

Claims

請求の範囲
[1] 作業車両用エンジンのパワー出力を制御する方法において、
エンジン (21)からのパワー出力を消費する 1又は複数の作業負荷の状態に関する 1又は複数の変数値を検出するステップと、
検出された前記 1又は複数の変数値に基づいて、エンジン（21)のパワー出力能力 を制御するステップと
を有するエンジン制御方法。
[2] 作業車両用エンジンのパワー出力を制御する装置 (40)において、
エンジン (21)からのパワー出力を消費する 1又は複数の作業負荷の状態を表す 1 又は複数の変数値を検出する 1又は複数の検出装置と、
前記 1又は複数の検出装置により検出された前記 1又は複数の変数値に基づいて
、前記エンジン（21)のパワー出力能力を制御するコントローラ（50)と
を備えるエンジン制御装置。
[3] 前記 1又は複数の作業負荷が、前記作業車両（1)に備えられる作業機（10)を含む 請求項 2記載のエンジン制御装置。
[4] 前記 1又は複数の検出装置が、前記作業機（10)を動かすための 1又は複数の油圧 シリンダ（13又は 15)の油圧を検出する油圧検出装置を含む請求項 3記載のェンジ ン制御装置。
[5] 前記 1又は複数の検出装置が、前記作業機（10)の操作を検出する作業機操作検 出装置（32又は 33)を含む請求項 3記載のエンジン制御装置。
[6] 前記 1又は複数の検出装置が、前記作業機（10)の位置又は姿勢を検出する作業機 位置検出装置を含む請求項 3記載のエンジン制御装置。
[7] 前記 1又は複数の作業負荷が、前記作業車両（1)に備えられる走行装置 (20)を含 む請求項 2記載のエンジン制御装置。
[8] 前記 1又は複数の検出装置が、前記走行装置（10)に含まれる変速機（23)の操作 又は選択されている速度段を検出する変速機操作検出装置（31)を含む請求項 7記 載のエンジン制御装置。
[9] 前記 1又は複数の検出装置が、前記作業車両の車体の前後方向における傾斜角を 検出する傾斜角検出装置 (46)を含む請求項 7記載のエンジン制御装置。
[10] 前記 1又は複数の検出装置が、前記走行装置（10)による走行速度を検出する速度 検出装置（34)を含む請求項 7記載のエンジン制御装置。
[11] 前記 1又は複数の検出装置が、前記エンジンへの燃料噴射量を運転者が操作する ためのアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出装置と、前記走行装置（1
0)による走行加速度を検出する加速度検出装置 (47)とを含む請求項 7記載のェン ジン制御装置。
[12] 前記コントローラ（50)力 前記 1又は複数の変数値に基づいて、掘削が行われてい るか否かを判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を制御する請求項 2， 4， 5, 6及び 8のうちのいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
[13] 前記コントローラ（50)力 S、前記掘削が行われていないと判定された場合における上 限出力トルクカーブ（28B又は 28C)が、前記掘削が行われていると判定された場合 における上限出力トノレクカーブ（28A)よりも低くなるように、前記パワー出力能力を 制御する請求項 12記載のエンジン制御装置。
[14] 前記コントローラ（50) 前記 1又は複数の変数値に基づいて、登坂走行が行われ ているか否力を判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を制御する請求項 2 , 9, 10及び 11に記載のエンジン制御装置。
[15] 前記コントローラ（50) 前記登坂走行が行われてレ、ないと判定された場合におけ る上限出力トルクカーブ（28B又は 28C)が、前記登坂走行が行われていると判定さ れた場合における上限出力トルクカーブ（28A)よりも低くなるように、前記パワー出 力能力を制御する請求項 14記載のエンジン制御装置。
[16] 前記コントローラ（50)力 前記 1又は複数の変数値に基づいて、掘削が行われてい るか否かと、登坂走行が行われているか否かとを判定し、判定結果に応じて前記パヮ 一出力能力を制御する請求項 2， 4， 5, 6, 8, 9， 10及び 11のうちのいずれか一項 に記載のエンジン制御装置。
[17] 前記コントローラ（50)力 S、前記掘削と前記登坂走行のいずれもが行われていないと 判定された場合における上限出力トノレクカーブ（28B又は 28C)が、前記掘削と前記 登坂走行の少なくとも一方が行われていると判定された場合における上限出力トルク カーブ（28A)よりも低くなるように、前記パワー出力能力を制御する請求項 16記載 のエンジン制御装置。
[18] 前記コントローラ（50) 前記 1又は複数の変数値に基づいて、異なる種類の工程 のうちのどれが行われているか否力、を判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能 力を制御する請求項 2， 4， 5, 6, 8， 9， 10及び 11のうちのいずれか一項に記載の エンジン制御装置。
[19] 前記コントローラ（50)力 判定された工程に応じて上限出力トルクカーブが異なるよ うに、前記パワー出力能力を制御する請求項 16記載のエンジン制御装置。
[20] 前記コントローラ（50)力 前記 1又は複数の変数値に基づいて、前記作業負荷が要 求するパワー出力の大きさの程度を判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力 を段階的に又は連続的に制御する請求項 2， 4, 5, 6， 8， 9, 10及び 11のうちのい ずれか一項に記載のエンジン制御装置。
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