JP2012197790A - 作業車両のエンジン負荷制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン負荷制御装置30は、エンジン1の出力を、ローダ用油圧ポンプ8のような可変容量型油圧ポンプを介してローダ用油圧シリンダ14等の油圧アクチュエータに伝達するホイルローダ50に搭載されている。コントローラ18が、エンジン回転数センサ1aおよびストロークセンサ17aにおいて検出されたエンジン1の目標回転数と実回転数とに基づいて、これらの単位時間当たりの接近率αを算出し、接近率αの大きさに応じて各油圧ポンプ7〜9の最大吸収トルクを調整する。
【選択図】図9
Description
例えば、特許文献1には、目標回転数と実回転数との偏差に基づいて油圧ポンプの最大吸収トルクを制御するスピードセンシング制御を行う際に、エンジン出力に余裕がある場合には、エンジン出力を有効に利用することが可能な油圧建設機械のポンプトルク制御装置が開示されている。
すなわち、上記公報に開示されたポンプトルク制御装置では、目標回転数と実回転数との偏差に基づいてポンプの最大吸収トルクを制御しているが、上記制御中における目標回転数と実回転数の偏差の変化の傾向までは認識できない。このため、例えば、偏差の大きさが同じ値である場合には、偏差が大きくなっている途中か、小さくなっている途中か、あるいは安定しているのかが分からない。この結果、単に、目標回転数と実回転数との偏差に応じた制御だけでは、エンジンの負荷状態を正確に把握してエンジンの負荷制御を効果的に行うことができるとは言い難い。
これにより、可変容量型油圧ポンプにおける最大吸収トルクの大きさを、可変容量型油圧ポンプの吐出量の調整によって容易に制御することができる。
これにより、エンジンにかかる負荷の状態がどのように遷移しているかを容易に認識して、状況の変化に応じて最適な下げ幅になるように可変容量型油圧ポンプの最大吸収トルクを調整することができる。
ここで、エンジンの目標回転数と実回転数との差の単位時間当たりの変化率が所定値以上になった場合には、実回転数が目標回転数に対して急速に近づいていることを意味する。
これにより、目標回転数検出部では、アクセルペダルの踏込み量に応じて、目標回転数を容易に検出することができる。
[ホイルローダ50の構成]
本発明の一実施形態に係るホイルローダ(作業車両)50は、図1に示すように、車体51と、車体の前部に装着されたリフトアーム52と、このリフトアーム52の先端に取り付けられたバケット53と、車体51を支持しながら回転して車体を走行させる4本のタイヤ54と、車体51の上部に搭載されたキャブ55と、を備えている。
バケット53は、リフトアーム52の先端に取り付けられており、バケットシリンダによってダンプおよびチルトされる。
(主な構成)
ホイルローダ50は、図2に示すように、主に、エンジン1と、このエンジン1によって駆動される走行側の機構および作業機側の機構や、これらの機構を制御するためのコントローラ18等を含むエンジン負荷制御装置(作業車両のエンジン負荷制御装置)30を、内部に備えている。そして、エンジン1と各機構との間には、歯車および軸からなるPTO(パワー・テイク・オフ)機構6が設けられている。
さらに、本実施形態のホイルローダ50では、エンジン1の負荷制御を行うために、図2に示すように、エンジン負荷制御装置30が、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ(実回転数検出部)1aと、アクセルペダル17の開度を検出するストロークセンサ(目標回転数検出部)17aと、ステアリング用油圧ポンプ7aの吐出圧を検出する吐出圧センサ7bと、コントローラ18と、を有している。
エンジン1の出力は、図2に示すように、トルクコンバータ2を介してトランスミッション3に入力され、このトランスミッション3において、前後進用油圧クラッチのオン、オフ制御によって前後進が切り換えられる。また、変速用油圧クラッチのオン、オフ制御によって、変速制御が行われる。そして、トランスミッション3の出力は、図2に示すように、デファレンシャルギア4を介して駆動輪5に伝達される。
ステアリング用油圧ポンプ7が駆動されると、図2に示すように、その吐出圧油がステアリング用制御弁11を介してステアリング用油圧シリンダ13に供給される。このステアリング用油圧用シリンダ13に圧油が供給されると、ステアリング機構が作動して車体を所望の方向へ旋回させることができる。なお、ステアリング用制御弁11のスプールは、図示しないステアリングハンドルの操作に応じて移動する。このため、それに応じてステアリング用制御弁11の開口面積が変化し、ステアリング用油圧シリンダ13に供給される流量が変化する。
トルコン潤滑用油圧ポンプ10が駆動されると、吐出圧油がトルクコンバータ2に供給され、トルクコンバータ2が潤滑される。
次に、アクセルペダル17によるエンジン1の制御について説明する。図5はエンジン回転数N、エンジントルクTeおよび油圧負荷の関係を示したものである。図5において、最大トルク線で規定される領域が、エンジン1が出力し得る性能を示している。エンジン1は、ガバナによって、エンジントルクが最大トルク線を超えて排気煙限界とならないように、またエンジン回転数Nがハイアイドル回転数NHを超えて過回転とならないように制御される。
そこで本実施形態のエンジン負荷制御装置30では、まず、エンジン1の目標回転数と実回転数との偏差の大きさに基づいて、ローダ用油圧ポンプ8の吸収トルクを低下させてエンジン1にかかる負荷を低減する制御を実行する。
ここでは、上述した制御によって油圧ポンプ7〜9の最大吸収トルクを低下させる制御について、ローダ用油圧ポンプ8を例に挙げて詳しく説明する。
ここで、PC弁19には、上述した制御によってコントローラ18から制御信号i1が入力されており、この制御信号i1に応じて最大吸収トルクが制御される。この制御信号i1によってPC弁19に与えられる電流値が高くなればなるほど、ポンプ容量の減少を開始するポンプ吐出圧の値が小さくなり、最大吸収トルク値が小さな値に設定される。
さらに、本実施形態のエンジン負荷制御装置30では、上述した各油圧ポンプ7〜9における最大吸収トルク制御によって各油圧ポンプ7〜9における最大吸収トルクを低下させてエンジン1にかかる負荷の大きさをコントロールするとともに、エンジン1の目標回転数に対する実回転数の接近率(変化率)の大きさに応じて、以下のような制御を行う。
α=[(Ne1−No1)−(Ne2−No2)]/(t2−t1) ・・・・・(1)
(ただし、時刻t1のときのエンジン1の目標回転数Ne1、実回転数No1とし、時刻t2のときのエンジン1の目標回転数Ne2,実回転数No2とする。)
ステアリング用油圧ポンプ7については、図8(a)に示すように、時刻t2における目標回転数Ne2と実回転数No2との偏差の大きさと、ステアリング用油圧ポンプ7の最大吸収トルクとの関係を示すグラフにおいて、接近率α=1.5の場合にはα=0の場合と比較して、回転数の偏差(Ne2−No2)が比較的大きい場合の油圧ポンプ7の最大吸収トルクの低下量を小さく(図8(a)中の点線参照)するように制御を行う。
ファン用油圧ポンプ9についても、図9(a)に示すように、時刻t2における目標回転数Ne2と実回転数No2との偏差の大きさと、ファン用油圧ポンプ9の最大吸収トルクとの関係を示すグラフにおいて、接近率α=1.5の場合にはα=0の場合と比較して、回転数の偏差(Ne2−No2)が比較的大きい場合の油圧ポンプ9の最大吸収トルクの低下量を小さく(図9(a)中の点線参照)するように制御を行う。
ローダ用油圧ポンプ8についても、図10(a)に示すように、時刻t2における目標回転数Ne2と実回転数No2との偏差の大きさと、ローダ用油圧ポンプ8の最大吸収トルクとの関係を示すグラフにおいて、接近率α=1.5の場合にはα=0の場合と比較して、回転数の偏差(Ne2−No2)が比較的大きい場合の油圧ポンプ8の最大吸収トルクの低下量を小さく(図10(a)中の点線参照)するように制御を行う。
ここでは、上述した接近率αの値が、0<α<1.5の場合における回転数の偏差Ne2−No2と油圧ポンプ7~9の最大吸収トルクとの関係を示すグラフにおける線形補間の方法について、ローダ用油圧ポンプ8において接近率α=1の場合を例に挙げて図11を用いて説明すれば以下の通りである。
[(500−200)/(1.5−0)]×1.0+200=400
よって、点Aの座標は、(400,100)として求められる。
[(50−15)/(1.5−0)]×1.0+15=38.3
よって、点Bの座標は、(1500,38.3)として求められる。
ここでは、上述したエンジン1の負荷低減制御の流れを、図12を用いて説明する。
すなわち、ステップS1において、例えば、作業機用操作レバーとアクセルペダル17とがほぼ同時に操作されると、ステップS2において、コントローラ18が、エンジン回転数センサ1aおよびアクセルペダル17のストロークセンサ17aにおける検出結果に基づいて、目標回転数Neと実回転数Noとの偏差を算出する。
次に、ステップS5において、エンジン1の目標回転数Neと実回転数Noの単位時間当たりの接近率αを、上記関係式(1)に基づいて算出する。
ステップS8では、ステップS7において設定された調整後の低減量の設定値、あるいはステップS7を経由していない場合にはステップS4において設定された低減量の設定値に基づいて、油圧ポンプ7〜9の最大吸収トルクの低減制御、つまりエンジン負荷低減制御を実施する。
(1)
本実施形態のエンジン負荷制御装置30は、図2に示すように、エンジン1の出力を、ローダ用油圧ポンプ8のような可変容量型油圧ポンプを介してローダ用油圧シリンダ14等の油圧アクチュエータに伝達するホイルローダ50に搭載されている。そして、コントローラ18が、エンジン回転数センサ1aおよびストロークセンサ17aにおいて検出されたエンジン1の目標回転数Neと実回転数Noとに基づいて、これらの単位時間当たりの接近率αを算出し、図7等に示すように、接近率αの大きさに応じて各油圧ポンプ7〜9の最大吸収トルクを調整する。
本実施形態のエンジン負荷制御装置30は、図2に示すように、複数の油圧ポンプ7〜9を制御対象としており、図8(a)〜図10(b)に示すように、上記接近率αの大きさに応じて各油圧ポンプ7〜9ごとに異なる最大吸収トルク低減制御を行う。
本実施形態のエンジン負荷制御装置30では、図3および図8(b)等に示すように、上記接近率αの大きさに応じて各油圧ポンプ7〜9の最大吸収トルクを低減する制御を行う際には、各油圧ポンプ7〜9に接続されたPC弁19に対して付与されるPC−EPC電流を調整することで制御を行う。
本実施形態のエンジン負荷制御装置30では、図12に示すように、作業機用操作レバーとアクセルペダル17とがほぼ同時に操作された場合に、上述した接近率αの大きさに応じて最大吸収トルクを調整してエンジン負荷低減制御を行う。
本実施形態のエンジン負荷制御装置30では、図12に示すように、ステップS6において上記接近率αが所定値(α=1.5)以上である場合には、ステップS7における油圧ポンプ7〜9の最大吸収トルクの低減量の調整制御を行わずに、ステップS8において最大吸収トルクの低減制御を実施する。
本実施形態のエンジン負荷制御装置30では、図2に示すように、上記接近率αを算出するために必要なエンジン1の目標回転数を検出する手段として、アクセルペダル17に取り付けられたストロークセンサ17aを用いている。
これにより、アクセルペダル17の踏込み量に応じて、適宜正確にエンジン1の目標回転数を検出することができるため、上記接近率αを正確に算出することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
上記実施形態では、図12に示すように、エンジン1の目標回転数Neと実回転数Noとの偏差が所定値以上である場合であって、目標回転数Neと実回転数Noとの単位時間当たりの接近率αが所定の範囲内である場合には、接近率αの大きさに応じて最適な最大吸収トルクになるように制御を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、ステップS9において、所定時間経過すると、ステップS10において、再度接近率αを算出する。そして、ステップS11からステップS13では、ステップS6からステップS8と同様の制御を行って、再度最大吸収トルクの低減量を調整する。
上記実施形態では、図12に示すように、エンジン1の目標回転数と実回転数との偏差が所定値(例えば、ローダ用油圧ポンプ8では200rpm)より大きい場合であって、偏差の単位時間当たりの変化率を示す接近率αが0<α<1.5の場合に、各油圧ポンプ7〜9において、α=0を基準とする低減量よりも最大吸収トルクの低減量を上昇させる(低減量を減らす)ように制御を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
上記実施形態では、図8(a)〜図10(b)に示すように、最大吸収トルクを調整する制御対象となる油圧ポンプとして、3つの油圧ポンプ(ステアリング、ファン、ローダ)7〜9を搭載したホイルローダ50を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、上記実施形態のように、複数の油圧ポンプを搭載した作業車両であっても、制御対象とする油圧ポンプを1つあるいは2つに限定して、最大吸収トルクを制御するようにしてもよい。
上記実施形態では、図8(a)〜図10(b)に示すように、各油圧ポンプ7〜9における最大吸収トルクを調整する制御として、例えば、ステアリング用油圧ポンプ7では回転数の偏差が600rpm以上で制御を実施するのに対して、ファン用油圧ポンプ9では400rpm以上、ローダ用油圧ポンプ8では200rpm以上で制御実施するように、各油圧ポンプ7〜9ごとに回転数の偏差に異なる閾値を設定して最大吸収トルクを調整する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
ただし、各油圧ポンプごとの重要度を考慮して、例えば、ステアリング用油圧ポンプ7のように、操作上特に重要な油圧ポンプほど最大吸収トルクを抑える制御を後回しにすることで、作業車両の操作性を確保しつつエンジンの吹き上がりを向上させるという点では、上記実施形態のように、各油圧ポンプごとに異なる閾値を設定して制御を行うことがより好ましい。
上記実施形態では、図12に示すように、アクセルペダル17の操作と作業機用操作レバーの操作とを、ほぼ同時に行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
上記実施形態では、図2に示すように、ストロークセンサ17aにおいて検出されるアクセルペダル17の踏込み量に応じて、エンジン1の目標回転数を検出する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、オペレータの意思としてのアクセル操作レバー等、回転数をオペレータが指示するものであれば、本発明の適用は同様に可能である。
上記実施形態では、図3および図8(b)等に示すように、各油圧ポンプ7〜9の最大吸収トルクを制御する手段として、各油圧ポンプ7〜9における吐出量を調整するためのPC−EPC電流を制御する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
上記実施形態では、本発明に係るエンジン負荷制御装置としてのコントローラ18を、図1に示すように、ホイルローダ50に搭載した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、油圧ショベルや油圧クレーン等の他の建設機械に対しても、本発明を適用することは可能である。
1a エンジン回転数センサ(実回転数検出部)
2 トルクコンバータ
3 トランスミッション
4 デファレンシャルギア
5 駆動輪
6 PTO(パワーテイクオフ)機構
7 ステアリング用油圧ポンプ(可変容量型油圧ポンプ)
7a 斜板
7b 吐出圧センサ
8 ローダ用油圧ポンプ(可変容量型油圧ポンプ)
8a 斜板
9 ファン用油圧ポンプ(可変容量型油圧ポンプ)
9a 斜板
10 トルコン潤滑用油圧ポンプ
11 ステアリング用制御弁
12 ローダ用制御弁
13 ステアリング用油圧シリンダ(アクチュエータ)
14 ローダ用油圧シリンダ(アクチュエータ)
15 ファン用油圧モータ(アクチュエータ)
16 ファン
17 アクセルペダル(回転数指示装置)
17a ストロークセンサ(目標回転数検出部)
18 コントローラ(制御部、変化率算出部)
19 PC弁
20 サーボ弁
21 エンジンコントローラ
30 エンジン負荷制御装置(作業車両のエンジン負荷制御装置)
50 ホイルローダ(作業車両)
51 車体
52 リフトアーム
53 バケット
54 タイヤ
55 キャブ
Ne 目標回転数
No 実回転数
S ステップ
α 接近率(変化率)
Claims (7)
- 回転数指示装置によって回転数が制御されるエンジンの出力が、駆動輪に伝達されるとともに可変容量型油圧ポンプを介して油圧アクチュエータに伝達される作業車両のエンジン負荷制御装置であって、
前記回転数指示装置からの指示内容を受けて前記エンジンの目標回転数を検出する目標回転数検出部と、
前記エンジンの実際の回転数を検出する実回転数検出部と、
前記目標回転数検出部における検出結果と前記実回転数検出部における検出結果との差の単位時間当たりの変化量を算出する変化率算出部と、
前記実回転数と前記目標回転数との偏差に対する前記可変容量型油圧ポンプの最大吸収トルクの関係を予め設定するとともに、前記変化率算出部において算出された前記変化率の大きさに応じて、前記実回転数と前記目標回転数との偏差に対する前記可変容量型油圧ポンプの最大吸収トルクの関係を複数設定するように制御を行う制御部と、
を備えている作業車両のエンジン負荷制御装置。 - 前記可変容量型油圧ポンプおよび前記油圧アクチュエータは、それぞれ対応するように複数設けられており、
前記制御部は、複数の前記可変容量型油圧ポンプごとに、前記変化率に応じて前記可変容量型油圧ポンプの最大吸収トルクを変更する制御を行う、
請求項1に記載の作業車両のエンジン負荷制御装置。 - 前記制御部は、前記可変容量型油圧ポンプにおける吐出量を制御するEPC電流を制御して、前記可変容量型油圧ポンプの最大吸収トルクの下げ幅を調整する制御を行う、
請求項1または2に記載の作業車両のエンジン負荷制御装置。 - 前記制御部は、前記回転数指示装置への入力と前記油圧アクチュエータへの動作指令とが、ほぼ同時に行われたことを検出して、前記可変容量型油圧ポンプの最大吸収トルクの下げ幅を調整する制御を行う、
請求項1から3のいずれか1項に記載の作業車両のエンジン負荷制御装置。 - 前記制御部は、前記変化率を、所定時間経過毎に算出する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の作業車両のエンジン負荷制御装置。 - 前記制御部は、前記変化率が所定の閾値以上である場合には、前記可変容量型油圧ポンプの最大吸収トルクを調整する制御を実施しない、
請求項1から5のいずれか1項に記載の作業車両のエンジン負荷制御装置。 - 前記回転数指示装置は、前記エンジンの回転数を調整するアクセルペダルである、
請求項1から6のいずれか1項に記載の作業車両のエンジン負荷制御装置。
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