JP2004270491A

JP2004270491A - 建設機械のエンジン制御装置

Info

Publication number: JP2004270491A
Application number: JP2003059797A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Fujimoto; 吉明藤本
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】省エネ運転から通常運転に復帰する過渡期において油圧ポンプの吐出流量を制御し、建設機械を安定動作させることのできるエンジン制御装置を提供する。
【解決手段】全気筒が駆動する通常運転状態と一部の気筒が休止する特定運転状態とに切り換えるエンジン制御部１０ａを備えた気筒数制御エンジンと、この気筒数制御エンジンを動力源として駆動する可変容量形の油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２の吐出流量を制御するレギュレータ１６と、特定運転時に、油圧ポンプ２の吐出流量を最小にする流量低下指令をレギュレータ１６に対して出力し、特定運転解除時に遅れを持たせてその流量低下指令を解除する油圧ポンプ制御部１０ｂとを備えてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建設機械のエンジン制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、キャビンの乗降口を開閉するゲートレバーの開閉によって建設機械の作業状態を検知し、非作業状態を検知したときにはエンジンを停止させ、作業状態を検知したときにはエンジンの駆動を継続させて無駄な燃料消費を抑制するとともに環境に有害な排気ガスの削減を図るようにしたエンジン制御システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
詳しくは、このエンジン制御システムによれば、オペレータがキャビン外に出る際にゲートレバーが開かれるとエンジンが停止し各操作レバーを操作してもアクチュエータは動作せず、一方、オペレータがキャビンに乗り込んでゲートレバーが閉じられるとエンジンが自動的に始動し、操作レバーの操作によるアクチュエータの使用が可能になる。
【０００４】
ところが、油圧ショベルで土砂を例えばダンプするような作業ではトラックとの積み込みタイミングを合わせるためにしばしば待機状態となり非作業状態が発生する。この非作業状態が発生するたびにエンジンが停止してしまうと、作業を再開したい場合であってもスタータが廻りエンジン起動した後、さらにエンジン回転数が安定するまで操作を行うことができず、操作性が低下するという問題がある。
【０００５】
一方、エンジンにおける一部の気筒を休止させる気筒数制御エンジンでは、エンジンを完全に停止させないため、すばやく通常運転に復帰させることができる（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−４１０６９号公報（第（３）頁、図３）
【特許文献２】
特開昭６０−１５０４１２号公報（第（２）頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記気筒数制御エンジンでは、休筒運転から全筒運転に切り換えられた時に、休止していた気筒がブレーキとして作用することによって瞬間的にエンジンドロップが生じショックが発生するという問題がある。
【０００８】
上記特許文献２では、そのショックを解消するためにバルブタイミングを制御し、休筒運転時と全筒運転時との出力差を小さくしてトルクショックを低減している。
【０００９】
しかしながら、建設機械のエンジンには負荷としての油圧ポンプが接続されているため、エンジン側でバルブタイミングを制御しても油圧ポンプがブレーキとして作用するため、トルクショックを低減することができないという問題がある。
【００１０】
エンジンドロップが発生した状態で油圧ポンプを駆動させると、その油圧ポンプを駆動源とする油圧アクチュエータの動作が不安定になり、結果として建設機械が安定動作しなくなるという問題がある。
【００１１】
本発明は以上のような従来の建設機械における課題を考慮してなされたものであり、作業が行われていないときにエンジンを制御して燃料を節約する省エネ仕様の建設機械において、通常運転に復帰する過渡期において油圧ポンプの吐出流量を制御し、建設機械を安定動作させることのできる建設機械のエンジン制御装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の本発明は、全気筒が駆動する通常運転状態と一部の気筒が休止する特定運転状態とに切り換えるエンジン制御手段を備えた気筒数制御エンジンと、この気筒数制御エンジンを動力源として駆動する可変容量形の油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出流量を制御する流量制御手段と、特定運転時に、油圧ポンプの吐出流量を最小にする流量低下指令を流量制御手段に対して出力し、特定運転解除時に遅れを持たせてその流量低下指令を解除する油圧ポンプ制御手段と、を備えてなる建設機械のエンジン制御装置である。
【００１３】
本発明に従えば、一部の気筒に対して燃料供給が遮断され特定運転に切り換わると、油圧ポンプ制御手段は、流量制御手段を介して油圧ポンプの吐出流量を最小に制御する。作業が再開されて全筒が駆動する通常運転に復帰すると、流量低下指令を遅れて解除する。それにより、特定運転から通常運転に切り換わる過渡期において発生する不安定なエンジン回転が建設機械の動作に影響することを防止することができる。また、エンジン制御手段による休筒機能により、待機状態から即作業に移ることが可能になる。
【００１４】
請求項２の本発明は、上記油圧ポンプで駆動する油圧アクチュエータを操作する操作体と、この操作体の操作有無によって建設機械が作業状態か否かを判断する作業状態判断手段とを有し、作業状態判断手段が非作業状態と判断したときにエンジン制御手段によって特定運転に切り換わるように構成されていることを要旨とする。操作体の操作状態に基づいて休筒運転と全筒運転とを切り換えるようにしているため、応答性を速くすることができる。
【００１５】
請求項３の本発明は、上記エンジン制御手段が、特定運転時に、駆動する気筒のエンジン回転数をアイドリング回転数に低下させるように構成されていることを要旨とする。それにより、休筒運転時の燃費効果を高めることができる。
【００１６】
請求項４の本発明は、タイマを有し、上記油圧ポンプ制御手段が、そのタイマによって計時される時間が経過した後、流量低下指令を解除するように構成されていることを要旨とする。
【００１７】
請求項５の本発明は、エンジンの回転数を検知するエンジン回転数検知手段を有し、上記油圧ポンプ制御手段が、エンジン回転数検知手段によって検知されるエンジン回転数が所定の回転数に上昇するまで流量低下指令の解除を待機させるように構成されていることを要旨とする。
【００１８】
請求項６の本発明は、上記エンジン制御手段が、休止する気筒と駆動する気筒とを切り換えるように構成されていることを要旨とする。それにより、一部の気筒のみが消耗することを防止してエンジンの寿命を長くすることができる。
【００１９】
請求項７の本発明は、気筒数に応じて燃料供給を遮断する燃料遮断手段が設けられ、エンジン制御手段が、燃料遮断手段を選択して動作させることにより休止する気筒の数を変更するように構成されていることを要旨とする。それにより、エンジンの負荷として油圧ポンプ以外に、エアコンのコンプレッサ等を使用していて負荷が大きい場合には、例えば６気筒のうち休止させる気筒数を３気筒から２気筒に減らすことによって通常運転復帰時にエンジンを円滑に駆動させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る建設機械のエンジン制御装置の一実施形態を示したものである。
【００２２】
同図において、エンジン１を動力源として可変容量形油圧ポンプ２およびパイロットポンプ３が駆動する。このエンジン１は、特定運転時に燃料供給が遮断されて一部の気筒が休止する構成のいわゆる気筒数制御エンジンである。
【００２３】
上記パイロットポンプ３は操作レバー（操作体）４が直結されたリモコン弁５に制御圧を供給しており、その操作レバー４の操作量に応じてリモコン弁５が作動し、このリモコン弁５から導出されるパイロット圧がコントロールバルブ６の左ポート６ａまたは右ポート６ｂに作用し、中立位置ａからｂ位置またはｃ位置に切り換わる。
【００２４】
コントロールバルブ６によって流量および方向が制御された圧油は、油圧アクチュエータとしての例えば油圧モータ７に供給される。
【００２５】
パイロットライン８ａには圧力センサ９ａが、また、パイロットライン８ｂには圧力センサ９ｂがそれぞれ設けられ、各圧力センサ９ａ，９ｂによって検出された操作圧は電気信号としてコントローラ１０に与えられるようになっている。
【００２６】
コントローラ１０は、上記操作圧を監視することによって建設機械が作業状態か否かを判断する作業状態判断部１０ａを備えている。
【００２７】
また、コントローラ１０のエンジン制御部（エンジン制御手段）１０ｂには、エンジン回転数を検知するための回転センサ（エンジン回転数検知手段）１１の出力信号が与えられ、現在のエンジン回転数を演算するようになっている。
【００２８】
１２はダイヤル式スロットルであり、このスロットル１２から出力されるスロットル信号に基づいてエンジン制御部１０ｂは、ステッピングモータ１３にエンジン制御指令Ｓ１を与え、ステッピングモータ１３は燃料ポンプ１４のガバナスロットル（図示しない）を動かし、燃料噴射量を調整することでエンジン回転数を変化させている。なお、１５は燃料タンクである。
【００２９】
１６はコントローラ１０の油圧ポンプ制御部１０ｃから出力される流量制御信号Ｓ２によって制御されるレギュレータ（流量制御手段）であり、このレギュレータ１６によって油圧ポンプ２の傾転角を変化させ、油圧ポンプ２からの吐出流量を調整している。
【００３０】
本実施形態におけるエンジン１０は６気筒で構成されており、燃料ポンプ１４からそのエンジン１に燃料を供給する系統は独立した２系統からなっている。Ｎｏ．１〜３の気筒へは、切換弁１７を介したＡ系統から、Ｎｏ．４〜６の気筒へは切換弁１８を介したＢ系統からそれぞれ個別に燃料が供給されるようになっている。
【００３１】
上記切換弁１７，１８をエンジン制御部１０ｂによって開閉制御することにより、一部の気筒としてのＮｏ．１〜３の気筒に対しては燃料供給をカットして駆動を休止させ、残りの気筒としてのＮｏ．４〜６の気筒については駆動させることによって全体として軽負荷領域の燃費を改善するようになっている。
【００３２】
油圧モータ７を操作するための操作レバー４が今、中立位置であり、圧力センサ９ａ（または９ｂ）から信号が出力されなくなると、エンジン制御部１０ｂは、後述するタイマ１８によって計時される猶予時間が経過した後、切換弁１７に対して閉信号を出力し、Ｎｏ．１〜３の気筒に供給される燃料を遮断して休筒（特定）運転に切り換える。
【００３３】
なお、上記猶予時間は、すぐに作業を再開させるような一時的な休止については休筒運転に切り換えず、作業を継続して行えるようにするために設定されている。
【００３４】
上記タイマ１８は、作業が停止する毎に計時を開始して上記猶予時間をカウントしており、猶予時間を経過したときに計時終了信号をエンジン制御部１０ｂに与えるようになっている。
【００３５】
また、このタイマ１８は、休筒運転を全筒（通常）運転に復帰させたときも計時を開始するように構成されており、所定の遅延時間を計時し終えたときも計時終了信号をエンジン制御部１０ｂに与えるようになっている。
【００３６】
図２（ａ）は、休筒運転切り換え時におけるエンジン運転状態、ポンプ流量を示したタイミングチャートである。
【００３７】
同図（ａ）において、ａ時点にて操作レバー４が中立位置に戻され圧力センサ９ａまたは９ｂから信号が出力されなくなると、作業状態判断部１０ａは無操作（非作業）状態であると判断し（特性Ｐ１参照）、非作業状態がエンジン制御部１０ｂに出力され、エンジン制御部１０ｂはタイマ１８の計時を開始させる。
【００３８】
タイマ１８が所定の猶予時間Ｔ１を計時し終えると計時終了信号をエンジン制御部１０ｂに与え、計時終了信号を受けたエンジン制御部１０ｂは、切換弁１７に対して閉信号を出力し、それによりｂ時点で全筒運転を休筒運転に切り換える（特性Ｐ３参照）。
【００３９】
一方、非作業状態は油圧ポンプ制御部１０ｃにも出力され、油圧ポンプ制御部１０ｃは、レギュレータ１６に対して流量低下信号を出力して油圧ポンプ２から吐出される流量を最小に設定する（特性Ｐ４参照）。なお、ポンプ吐出量を最小にするタイミングは必ずしもｂ時点に限らず、それ以前であってもよい。
【００４０】
なお、特性Ｐ２におけるＤはエンジンドロップである。無操作状態であってもエンジン１にとってはエアコンのコンプレッサ等、連れ廻りする要素があるため、全くの無負荷ではない。全筒運転から休筒運転に切り換えると、その連れ廻りする要素によってエンジン出力が一時的に低下する。それによってエンジンドロップが発生する。ただし、この場合のエンジンドロップは既に休筒運転に入っているため、建設機械の動作に何ら影響を与えるものではなく問題はない。
【００４１】
図２（ｂ）は全筒運転復帰時におけるエンジン運転状態、ポンプ流量を示したタイミングチャートである。
【００４２】
休筒運転が行われているときにｃ時点にて操作レバー４が操作されると（特性Ｐ５参照）、圧力センサ９ａまたは９ｂから作業状態判断部１０ａに信号が与えられ、作業状態判断部１０ａで作業状態であると判断されると、エンジン制御部１０ｂは、切換弁１７に対して開信号Ｓ４を出力し、全筒運転に復帰させる（特性Ｐ７参照）。
【００４３】
全筒運転に復帰させる時、休止していた気筒は定常運転するまでの間、ブレーキとして作用するため、特性Ｐ６に示すようにエンジン回転数はドロップする。
【００４４】
このようにエンジン回転数がドロップした状態で建設機械の作動を行えば、ショックが発生するかまたはエンストを起こす虞れがある。そこで、油圧ポンプ制御部１０ｃは、レギュレータ１６に対して出力していた流量低下指令を、遅延時間Ｔ２経過後に解除する。特性Ｐ８で説明すると、ｄ時点にてポンプ流量を作業状態で要求される流量に復帰させる。
【００４５】
このように、遅延時間Ｔ２の期間内ではポンプ流量を最小に維持してエンジンドロップが発生しても建設機械の動作に影響を与えないようにしている。そしてｄ時点以後は所定のポンプ流量に戻されるため、通常の作業を行うことが可能になる。
【００４６】
なお、上記実施形態ではタイマ１８によって計時される遅延時間Ｔ２経過後にポンプ流量を復帰させるように構成したが、これに限らず、エンジン回転数に基づいて遅れて復帰させるように構成することもできる。
【００４７】
詳しくは、回転センサ１１によって検知されるエンジン回転数がエンジン制御部１０ｂに与えられていることを利用して、圧力センサ９ａまたは９ｂによって検知される操作圧によって作業状態判断部１０ａが作業状態であると判断したときに、油圧ポンプ制御部１０ｃは、検知されたエンジン回転数が所定の回転数に上昇するまで流量低下指令の解除を待機させる。それにより、タイマ１８を用いて流量低下信号の解除を遅らせるのと同じ効果が得られるが、実際にエンジン回転数を検知しているため、流量低下指令の解除時期をより正確に決めることができるようになる。すなわち、図２（ｂ）において、エンジン回転数の上昇に応じて漸次、滑らかに流量Ｐ８を増加させることもできる。
【００４８】
また、本実施形態においてエンジン制御部１０ｂは、切換弁１７と切換弁１８とをそれぞれ開閉制御することができるようになっており、Ｎｏ．１〜３の気筒を駆動させ、Ｎｏ．４〜６の気筒を休止させることが可能である。それにより、駆動する気筒のみが片減りすることを防止してエンジン１の寿命を長くすることができる。
【００４９】
休止気筒と駆動気筒の切り換えは、コントローラ１０にカレンダ機能を備え、例えば半年毎に切り換えるようにすることができる。
【００５０】
また、休筒運転から全筒運転に復帰するまでの時間が毎回、ほとんど変化しないような作業形態では、休筒運転に切り換わった回数をカウントするカウンタを設け、そのカウント値が例えば１０００回に達したときにエンジン制御部１０ｂによって休止気筒と駆動気筒とを切り換えるようにすることもできる。
【００５１】
また、休筒運転へ切り換える制御と切り換えない制御とを、建設機械の作業内容に応じてオペレータが選択する運転切換手段を設ければ、例えばトラックへのダンプ作業のように待機時間があっても繰り返し行われる作業などの場合に、休筒運転に移行しないようにすることができるようになり、作業性を高めることができる。
【００５２】
また、第二の実施形態として、図１において、燃料遮断手段としての切換弁１７，１８を、気筒数に応じた数だけ設け、エンジン制御部１０ｂによって各切換弁を選択して開閉動作させるように構成することもできる。例えば、エンジン１の負荷として油圧ポンプ２以外にエアコン等の付加装置を有し、作動中であれば、スロットル１２に対するエンジン回転数（回転センサ１１で検知される）の低下量によって吸収馬力を推定することができる。
【００５３】
したがって、エンジン制御部１０ｂが、その吸収馬力に応じて閉信号を出力する切換弁を選択するように構成すれば、全筒運転に復帰する際にエンジン１を円滑に駆動させることができるようになる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１の本発明によれば、一部の気筒が休止する特定運転に切り換わると、油圧ポンプの吐出流量が最小に制御され、作業が再開されて全筒が駆動する通常運転に復帰すると、流量低下指令を遅れて解除するように構成したため、特定運転から通常運転に切り換わる過渡期において発生する不安定なエンジン回転が建設機械の動作に影響することを防止することができる。また、エンジン制御手段による休筒機能により、待機状態から即作業に移ることが可能になる。
【００５５】
請求項２の本発明によれば、操作体の操作状態に基づいて休筒運転と全筒運転とを切り換えるようにしているため、応答性を速くすることができる。
【００５６】
請求項３の本発明によれば、エンジン制御手段が、特定運転時に、駆動する気筒のエンジン回転数をアイドリング回転数に低下させるように構成したため、休筒運転時の燃費効果を高めることができる。
【００５７】
請求項４の本発明によれば、タイマによって計時される時間が経過した後、流量低下指令を解除するように構成したため、計時時間を記憶しておけば常に同じタイミングで作業を再開することができる。
【００５８】
請求項５の本発明によれば、エンジン回転数が所定の回転数に上昇するまで流量低下指令の解除を待機させるように構成したため、エンジンの駆動状態に合わせて作業を再開することができる。
【００５９】
請求項６の本発明によれば、休止する気筒と駆動する気筒とを切り換えることができるように構成したため、一部の気筒のみが消耗することを防止してエンジンの寿命を長くすることができる。
【００６０】
請求項７の本発明によれば、エンジンの負荷として油圧ポンプ以外に、エアコンのコンプレッサ等を使用していて負荷が大きい場合には、例えば６気筒のうち休止させる気筒数を３気筒から２気筒に減らすことによって通常運転復帰時にエンジンを円滑に駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジン制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すコントローラの制御を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１エンジン
２油圧ポンプ
３パイロットポンプ
４操作レバー
５リモコン弁
６コントロールバルブ
７油圧モータ
９ａ，９ｂ圧力センサ
１０コントローラ
１０ａ作業状態判断部
１０ｂエンジン制御部
１０ｃ油圧ポンプ制御部
１１回転センサ
１２スロットル
１３ステッピングモータ
１４燃料ポンプ
１５燃料タンク
１６レギュレータ
１７，１８切換弁

Claims

全気筒が駆動する通常運転状態と一部の気筒が休止する特定運転状態とに切り換えるエンジン制御手段を備えた気筒数制御エンジンと、この気筒数制御エンジンを動力源として駆動する可変容量形の油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出流量を制御する流量制御手段と、上記特定運転時に、上記油圧ポンプの吐出流量を最小にする流量低下指令を上記流量制御手段に対して出力し、特定運転解除時に遅れを持たせてその流量低下指令を解除する油圧ポンプ制御手段と、を備えてなることを特徴とする建設機械のエンジン制御装置。
上記油圧ポンプで駆動する油圧アクチュエータを操作する操作体と、この操作体の操作有無によって上記建設機械が作業状態か否かを判断する作業状態判断手段とを有し、上記作業状態判断手段が非作業状態と判断したときに上記エンジン制御手段によって特定運転に切り換わるように構成されている請求項１記載の建設機械のエンジン制御装置。
上記エンジン制御手段は上記特定運転時に、駆動する気筒のエンジン回転数をアイドリング回転数に低下させるように構成されている請求項１または２記載の建設機械のエンジン制御装置。
タイマを有し、上記油圧ポンプ制御手段は、そのタイマによって計時される時間が経過した後、上記流量低下指令を解除するように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械のエンジン制御装置。
上記エンジンの回転数を検知するエンジン回転数検知手段を有し、上記油圧ポンプ制御手段は、上記エンジン回転数検知手段によって検知されるエンジン回転数が所定の回転数に上昇するまで上記流量低下指令の解除を待機させるように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械のエンジン制御装置。
上記エンジン制御手段は、休止する気筒と駆動する気筒とを切り換えるように構成されている請求項１〜５のいずれかに１項に記載の建設機械のエンジン制御装置。
気筒数に応じて燃料供給を遮断する燃料遮断手段が設けられ、上記エンジン制御手段は、上記燃料遮断手段を選択して動作させることにより休止する気筒の数を変更するように構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の建設機械のエンジン制御装置。