WO2014192161A1 - 作業機械のエンジン制御装置およびそのエンジン制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[全体構成]
まず、図1および図2は、作業機械としての一例である油圧ショベル1の全体構成を示している。この油圧ショベル1は、車両本体2と作業機3とを備えている。車両本体2は、下部走行体4と上部旋回体5とを有する。下部走行体4は、一対の走行装置4aを有する。各走行装置4aは、履帯4bを有する。各走行装置4aは、右走行モータと左走行モータ(走行モータ21)とによって履帯4bを駆動することによって油圧ショベル1を走行あるいは旋回させる。
まず、図3および図4に示すトルク線図を参照してエンジン制御の概要について説明する。エンジンコントローラ30は、レバー操作量、作業モードおよび燃料調整ダイヤル(スロットルダイヤル)28の設定値、上部旋回体5の旋回速度(旋回回転数)などの情報(運転状態を示す信号)を取得し、エンジン出力指令値を求める。このエンジン出力指令値は、トルク線図上の等馬力曲線(エンジン出力指令値曲線)EL1となり、エンジンの出力を制限する曲線である。
図6は、エンジンコントローラ30あるいはポンプコントローラ33による全体制御フローを示している。エンジンコントローラ30あるいはポンプコントローラ33は、最終的にエンジン制御指令としてのエンジン回転数指令値とエンジン出力指令値を演算し、ポンプ制御指令としてポンプ吸収トルク指令値を演算する。
ファン馬力=ファン定格馬力×(エンジン回転数/ファン定格時エンジン回転数)^3
を用いて簡易的に演算することで求められる。
図10はエンジン目標出力演算ブロック140の詳細制御フローである。図10に示すように、エンジン目標出力演算ブロック140は、エンジン出力減少許容情報生成ブロック301とエンジン実出力演算ブロック242と、エンジン実出力のラッチ機能ブロック302と、エンジン目標出力演算部303とを有し、エンジン出力指令値であるエンジン目標出力D240を演算する。
エンジン実出力(kW)=2π÷60×エンジン回転数×エンジントルク÷1000
を用いて演算しエンジン実出力D400を求める。この求めたエンジン実出力D400はエンジン実出力のラッチ機能ブロック302に出力される。上述したように、エンジン実出力のラッチ機能ブロック302は、ラッチ出力を考慮したエンジン実出力D401を演算する。
図11に示すように、エンジン出力減少許容情報生成ブロック301は、ヒステリシス処理部304とレバー操作総和量減少フラグ演算処理部305とを有する。
図11に示すように、ヒステリシス処理部304は、入力されるレバー操作総和量D100の増加に伴って出力されるレバー操作総和量D100hが一方向の増加のみを許容する直線H1と、入力されるレバー操作総和量D100の減少に伴って出力されるレバー操作総和量D100hが一方向の減少のみを許容する直線H2とが、レバー操作総和量D100の所定量Δh、レバー操作総和量D100方向にずらして配置されるヒステリシス特性を有する。なお、直線H2は、直線H1に対してレバー操作総和量D100がレバー操作総和量D100の所定量Δh分小さい。
レバー操作総和量減少フラグ演算処理部305は、レバー操作総和量減少フラグD300を立てるか否かの演算処理を行う。この演算処理は、図12に示すように、まず、ワンタッチパワーアップ信号D108が入力中であるか否かを判断する(ステップS101)。ワンタッチパワーアップ信号D108が入力中である場合(ステップS101,Yes)には、レバー操作総和量減少フラグD300を「FALSE」に設定する(ステップS107)。この場合、レバー操作総和量減少フラグD300を「FALSE」に設定するのは、ワンタッチパワーアップが要求される場合、高いエンジン目標出力を設定する必要があるからである。
図13に示すように、エンジン実出力のラッチ機能ブロック302では、まず、判断部410が、入力されるエンジン実出力D400が遅延回路412を介して入力される前回のエンジン実出力D401を超えているか否かを判断する。さらに、判断部410は、レバー値信号D100から、全レバーがニュートラルであるか否かを判断する。また、判断部410は、レバー操作総和量減少フラグD300が「TRUE」であるか否かを判断する。
つぎに、積分部246の積分処理について説明する。図14に示すように、積分部246による積分処理は、まず、全レバーがニュートラルであるか否かを判断する(ステップS201)。全レバーがニュートラルである(ステップS201,Yes)場合、積分値をリセットする(ステップS205)。
図15に示すタイムチャートを参照して、エンジン目標出力演算処理の一例について説明する。図15に示すように、時点t1で、レバー操作総和量が100%にすると、エンジン実出力D400が徐々に増大する。そして、エンジン目標出力D240も、エンジン実出力のラッチ機能ブロック302などによって減少することなく増大する。特に、エンジン実出力D400は、領域E1で一瞬、エンジン実出力が落ちても、エンジン目標出力D240は、減少することなく前回のエンジン目標出力を維持する。
つぎに、図16に示すタイムチャートを参照して、エンジン目標出力演算処理の他の一例について説明する。図16では、時点t11で、レバー操作総和量が100%に増大したのち、時点t12で、さらにレバー操作総和量が200%に増大し、その後、時点t13で、再びレバー操作総和量が100%に戻っている。このような状況は、たとえば、時点t11でブーム11を作動し、時点t12~t13の間で、誤操作などによってバケット13を作動させた場合である。
エンジン回転数指令値D270=目標マッチング回転数np1を無負荷回転数に変換した回転数np1a+下限回転数オフセット値Δnm
を用いて求める値に近づけるようにする。このようにして求められたエンジン回転数指令値D270によってドループ線を制御することができ、ポンプ容量に余裕がある場合(平均ポンプ容量がある設定値より小の場合)には、図5に示すように、エンジン回転数を下げる(エンジン回転数をnm1(無負荷最小回転数)にする)ことが可能になり、燃料消費を抑えて燃費向上が可能になる。設定値q_com1は、あらかじめ設定した値であって、ポンプコントローラ33のメモリに記憶されている。なお、設定値q_com1は、エンジン回転数増加側とエンジン回転数減少側とに分けて2つの異なる設定値を設け、エンジン回転数が変化しない範囲を設けるようにしてもよい。
ポンプ目標マッチングトルク
=(60×1000×(エンジン目標出力-ファン馬力))
/(2π×目標マッチング回転数)
が演算される。求められたポンプ目標マッチングトルクは、ポンプ吸収トルク演算ブロック283に出力される。
ポンプ吸収トルク=ポンプ目標マッチングトルク
-Kp×(目標マッチング回転数-エンジン回転数)
が演算され、演算結果であるポンプ吸収トルク指令値D280が出力される。ここで、Kpは、制御ゲインである。
エンジン回転数指令値=目標マッチング回転数np1を無負荷回転数に変換した回転数np1a+下限回転数オフセット値Δnm
の演算によって求められる値となり、目標マッチング回転数に対してエンジンのドループ線は、最低でも下限回転数オフセット値Δnmが加味された高い回転数のところで設定される。このため、本実施の形態1によれば、油圧ポンプ18の実際の吸収トルク(ポンプ実吸収トルク)がポンプ吸収トルク指令に対して多少ばらついた場合でも、ドループ線にはかからない範囲でマッチングすることになり、エンジン17のマッチング回転数が多少変動してもエンジン出力をエンジン出力指令値曲線EL上で制限しエンジン目標出力を一定に制御しているため、実際の吸収トルク(ポンプ実吸収トルク)がポンプ吸収トルク指令に対してばらつきを生じてもエンジン出力の変動を小さくすることが可能となる。この結果、燃費のばらつきも小さく抑えることができ、油圧ショベル1の燃費に対する仕様を満たすことができる。
実施の形態1では、上部旋回体5が油圧モータ(旋回油圧モータ31)で旋回し、作業機3が全て油圧シリンダ14,15,16で駆動するような構造を有した油圧ショベル1に対して本発明を適用した例であったが、本実施の形態2は、上部旋回体5を電動旋回モータで旋回させる構造を有した油圧ショベル1に対して本発明を適用した例である。以下、油圧ショベル1は、ハイブリッド油圧ショベル1として説明する。以下、特に断りがないかぎり、本実施の形態2と実施の形態1は共通する構成をとる。
2 車両本体
3 作業機
4 下部走行体
5 上部旋回体
11 ブーム
12 アーム
13 バケット
14 ブームシリンダ
15 アームシリンダ
16 バケットシリンダ
17 エンジン
18 油圧ポンプ
18a 斜板角センサ
19 発電機
20 コントロールバルブ
20a ポンプ圧検出部
21 走行モータ
22 キャパシタ
23 インバータ
23a ハイブリッドコントローラ
24 旋回モータ
25 回転センサ
26R,26L 操作レバー
27 レバー操作量検出部
28 燃料調整ダイヤル
29 モード切替部
29a ワンタッチパワーアップボタン
30 エンジンコントローラ
31 旋回油圧モータ
32 コモンレール制御部
33 ポンプコントローラ
140 エンジン目標出力演算ブロック
242 エンジン実出力演算ブロック
246 積分部
301 エンジン出力減少許容情報生成ブロック
302 エンジン実出力のラッチ機能ブロック
303 エンジン目標出力演算部
304 ヒステリシス処理部
305 レバー操作総和量減少フラグ演算処理部
Pth 高圧閾値
Claims (7)
- エンジンと、少なくともエンジンの動力によって駆動する作業機と、少なくとも作業機の操作を行う操作レバーとを有する作業機械のエンジン制御装置において、
操作レバーによるレバー操作総和量が減少している間、エンジン出力の減少を許容するエンジン出力減少許容情報を生成するエンジン出力減少許容情報生成部と、
エンジントルクとエンジン回転数とをもとにエンジン実出力を演算するエンジン実出力演算部と、
前記エンジン出力減少許容情報が生成されていない間、現在までの最大の前記エンジン実出力を保持して出力し、前記エンジン出力減少許容情報が生成されている間、現在の前記エンジン実出力を出力するラッチ機能部と、
前記ラッチ機能部が出力したエンジン出力をもとにエンジン目標出力を演算して出力するエンジン目標出力演算部と、
前記エンジン目標出力の制限下で、エンジン回転数を制御するエンジンコントローラと、
を備えたことを特徴とする作業機械のエンジン制御装置。 - 前記エンジン出力減少許容情報生成部は、前記エンジン出力減少許容情報が生成されていない場合、入力される前記レバー操作総和量の減少変化が所定量以上となった場合に前記レバー操作総和量が減少したとして前記エンジン出力減少許容情報を生成し、前記エンジン出力減少許容情報が生成されている場合、入力される前記レバー操作総和量の増大変化が所定量以上となった場合に前記レバー操作総和量が増大したとして前記エンジン出力減少許容情報を生成しないヒステリシス処理を行うヒステリシス処理部を有することを特徴とする請求項1に記載の作業機械のエンジン制御装置。
- 前記エンジン出力減少許容情報生成部は、ポンプ圧が所定の高圧閾値を越えた場合、前記エンジン出力減少許容情報を生成しないことを特徴とする請求項1または2に記載の作業機械のエンジン制御装置。
- 一時的なエンジン出力の増大を指示するワンタッチパワーアップ信号を出力するワンタッチパワーアップボタンを備え、
前記エンジン出力減少許容情報生成部は、前記ワンタッチパワーアップ信号が入力されている間、前記エンジン出力減少許容情報を生成しないことを特徴とする請求項1~3のいずれか一つに記載の作業機械のエンジン制御装置。 - 前記エンジン目標出力演算部は、前記エンジン出力減少許容情報が生成されている場合、エンジン目標出力が増大する方向の演算処理を行わないことを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載の作業機械のエンジン制御装置。
- エンジンと、少なくともエンジンの動力によって駆動する作業機と、少なくとも作業機の操作を行う操作レバーとを有する作業機械のエンジン制御方法において、
操作レバーによるレバー操作総和量が減少している間、エンジン出力の減少を許容するエンジン出力減少許容情報を生成するエンジン出力減少許容情報生成ステップと、
エンジントルクとエンジン回転数とをもとにエンジン実出力を演算するエンジン実出力演算ステップと、
前記エンジン出力減少許容情報が生成されていない間、現在までの最大の前記エンジン実出力を保持して出力し、前記エンジン出力減少許容情報が生成されている間、現在の前記エンジン実出力を出力するラッチ機能ステップと、
前記ラッチ機能ステップが出力したエンジン出力をもとにエンジン目標出力を演算して出力するエンジン目標出力演算ステップと、
前記エンジン目標出力の制限下で、エンジン回転数を制御するエンジン制御ステップと、
を含むことを特徴とする作業機械のエンジン制御方法。 - 前記エンジン出力減少許容情報生成ステップは、前記エンジン出力減少許容情報が生成されていない場合、入力される前記レバー操作総和量の減少変化が所定量以上となった場合に前記レバー操作総和量が減少したとして前記エンジン出力減少許容情報を生成し、前記エンジン出力減少許容情報が生成されている場合、入力される前記レバー操作総和量の増大変化が所定量以上となった場合に前記レバー操作総和量が増大したとして前記エンジン出力減少許容情報を生成しないヒステリシス処理を行うヒステリシス処理ステップを含むことを特徴とする請求項6に記載の作業機械のエンジン制御方法。
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