JP3941257B2

JP3941257B2 - エンジン・油圧制御システム

Info

Publication number: JP3941257B2
Application number: JP25150598A
Authority: JP
Inventors: 高志土屋; 一海楠
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2018-09-04
Also published as: JP2000080941A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジン・油圧制御システムに係り、特に産業用エンジンに好適なエンジン・油圧制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等各種産業機器に適用される電子式ガバナを備えた産業用ディーゼルエンジンの制御方法として、以下の２種類が一般的である。
【０００３】
図６に示すように、一つはレギュレーション制御（又はドゥループ制御）と称されるものである。これは例えば産業機器使用前、エンジンの無負荷運転（アイドル運転）時において、運転手によりエンジン回転数が設定されると、産業機器使用中、機器に対する負荷の高まりに応じてエンジン回転数を下げていくような制御である。本制御は、機械式ガバナを備えたディーゼルエンジンにおいて、アクセルペダルを固定したとき、エンジン負荷の高まりに応じてエンジン回転が下がっていくときの様子に似ている。
【０００４】
もう一つはアイソクロナス制御と称されるものである。これは運転手によってエンジン回転数が設定されると、機器に対する負荷の変動に拘らずエンジン回転数をその設定回転数に一定に維持するような制御である。特に発電機では回転数変化により発電周波数が変化してしまうので、このような回転数変化を嫌う産業機器に本制御は有効である。本制御においてはエンジン負荷（エンジントルク）の高まりに応じて燃料噴射量を増やし、これによってエンジン回転数を一定に維持するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、産業用エンジンを制御するにあたっては、過負荷によるエンジンストールを十分考慮しなければならない。
【０００６】
即ち、産業機器として油圧ショベルを例にとると、エンジンで油圧ポンプを直結駆動し、これによって発生した油圧でショベルを運転させるようになる。このとき、ショベル作業中に重いものを持ち上げたり、硬い地盤を掘り下げるなどしていると、急激に過大な負荷がかかる場合があり、このとき要求負荷をそのまま許容しては、エンジンの発生する最大負荷を越えてエンジンストールしてしまう虞がある。
【０００７】
図６に示すように、レギュレーション制御、アイソクロナス制御ともに、エンジンの最大トルクカーブと制御ラインとが交わる付近においてエンジンストールが生じる。
【０００８】
これを防止するため、従来レギュレーション制御では、設定回転数からの回転数の落ち込みを監視することでどの程度エンスト限界に近いかを把握し、エンスト限界に近付いてきたら油圧ポンプの吐出側をリリーフし、油圧ポンプに対する負荷を減じて、エンジンに過負荷を与えぬようになっている。
【０００９】
しかし、レギュレーション制御は、前述した発電機の如き回転数変化を嫌う産業機器に不向きであることに加え、機器使用停止中のアイドリング運転時がエンジン回転数の最も高い状態となり、振動騒音が大きくなる欠点がある。即ち、レギュレーション制御で一定負荷（定格トルク）を得ようとすれば、この負荷運転時以上に無負荷運転時の回転数を高めなければならず、振動騒音が大きくなってしまう。
【００１０】
一方、アイソクロナス制御はこのような欠点がないが、代わりに負荷に拘らずエンジン回転数が一定なので、エンスト限界にどの程度近いかを把握できず、エンストの回避が困難という問題がある。
【００１１】
即ち、油圧産業機器においてはエンジン制御用電子制御ユニット（以下エンジンＥＣＵという）とは別に独立した油圧制御用電子制御ユニット、即ち油圧コントローラが設けられ、この油圧コントローラが油圧シリンダ等を制御するようになっている。そして油圧コントローラは、エンジンＥＣＵから運転手が設定した設定回転数の信号を受け取り、これをポンプ回転数（＝エンジン回転数）と比較し、ポンプ回転数が設定回転数から所定回転数落ち込んだとき、エンスト限界と判断して前述のポンプリリーフを実行するようになっている。
【００１２】
この意味で、レギュレーション制御は負荷の高まりに応じてエンジン回転数が落ち込むので、油圧コントローラによるポンプリリーフ、エンスト防止が容易に行える。しかし、アイソクロナス制御は基本的にエンジン回転数一定なので、エンスト限界を判断できず、ポンプリリーフを実行できない。また、これを行おうとすれば油圧コントローラの制御システムそのものの変更を強いられる。
【００１３】
本発明は、以上の問題点を鑑みて創案されたもので、その目的は、アイソクロナス制御を実行しつつエンジンストールを確実に防止できるエンジン・油圧制御システムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエンジン・油圧制御システムは、エンジンに油圧ポンプが直結駆動され、上記エンジンの回転数を制御するためのエンジン制御装置と、上記油圧ポンプの吐出側に設けられたリリーフバルブを、上記油圧ポンプの回転数を基に開作動させて該油圧ポンプによるエンジン負荷を軽減するための油圧制御装置とを備えたエンジン・油圧制御システムにおいて、上記エンジン制御装置は、上記エンジンを所定の負荷率未満で設定回転数に維持するアイソクロナス制御を行い、エンジン負荷率が上記負荷率以上となったとき、上記アイソクロナス制御を中止し、上記設定回転数に対するエンジン回転の落ち込みに応じて所定割合で燃料噴射量を増大させる傾斜制御を行い、上記油圧制御装置は、上記エンジン制御装置による傾斜制御中、上記油圧ポンプの回転数が上記設定回転数に対し所定回転数落ち込んだときに、上記リリーフバルブを開作動するものである。
【００１５】
これによれば、エンジンを上記負荷率までアイソクロナス制御できる。また上記負荷率以上となったときはアイソクロナス制御を中止し、傾斜制御に移行するので、エンジン回転の落ち込みが許容され、油圧コントローラによるポンプリリーフ、エンスト防止が容易且つ確実に行える。
【００１６】
ここで、上記所定の負荷率は９０％であることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図５は本発明に係る一実施形態のエンジン・油圧制御システムのブロック線図である。本システムはここでは油圧ショベルに適用される。鎖線Ａで囲まれた部分がエンジン制御装置、鎖線Ｂで囲まれた部分が油圧制御装置を構成する。エンジン制御装置Ａにおいては、電子ガバナ１を備えたディーゼルエンジン２を制御するようになっている。そしてこのエンジン２は油圧制御装置Ｂの油圧ポンプ３を直結駆動する。
【００１９】
油圧制御装置Ｂにおいて、油圧ポンプ３で発生した油圧Ｐ_Pは、その吐出側に設けられたリリーフバルブ４を通じた後、油圧シリンダ５へと送られる。油圧シリンダ５はショベルを実質的に動作ないし駆動するものである。リリーフバルブ４は、油圧制御用電子制御ユニットとしての油圧コントローラ６から送られてくるリリーフ信号Ｓ_Rに基づき開閉制御される。開作動時は油圧ポンプ３から吐出されたオイルをリリーフさせ、閉作動時はオイルを油圧シリンダ５に向けて通過させる。なお油圧制御装置Ｂには油圧シリンダ５の動作を司る制御系統も存在するが、ここでは本発明に直接関係ないので説明を省略する。
【００２０】
エンジン制御装置Ａにおいてはエンジン制御用電子制御ユニット（以下エンジンＥＣＵという）７が設けられ、これによって電子ガバナ１が操作され、エンジン２の燃料噴射量Ｑが制御されるようになっている。詳しくは後述するが、エンジンＥＣＵ７は、スロットルセンサ８から送られてくるスロットルセンサ値と、油圧コントローラ６から送られてくるモード指令信号とに基づき、設定回転数Ｎ_Tを決定し、この設定回転数Ｎ_Tに基づいて目標ラック位置Ｘ_Tを決め、これに見合った信号を電子ガバナ１に出力し、燃料噴射量Ｑを制御する。エンジンＥＣＵ７には、エンジン２に設けられたエンジン回転センサ９から、エンジン回転数Ｎ_Eに見合った信号が送られると共に、電子ガバナ１に設けられたラックセンサ１０から、実ラック位置Ｘ_Rに見合った信号が送られる。これら信号のうち設定回転数Ｎ_Tを示す信号がエンジンＥＣＵ７から油圧コントローラ６へと送られる。
【００２１】
次に、本システムの制御内容を説明する。
【００２２】
図１はエンジン２の燃料噴射制御の内容を示す２次元マップで、横軸にはエンジン回転数Ｎ_Eが、縦軸にはエンジン負荷（エンジントルク）がとってある。かかるエンジン制御装置においては、エンジン２を所定の負荷率、ここでは90％負荷率まで設定回転数Ｎ_Tとなるようアイソクロナス制御し、上記負荷率以上となったとき、上記アイソクロナス制御を中止し、上記設定回転数Ｎ_Tに対するエンジン回転の落ち込みに応じて所定割合で燃料噴射量を増大させる傾斜制御を行っている。
【００２３】
即ち、ＥＣＵ７は、後述の方法により設定回転数Ｎ_Tを設定すると共に、アイソクロナス制御の実行中は、その設定回転数Ｎ_Tにエンジン回転数Ｎ_Eを合わせ込むフィードバック制御を行う。具体的には、実際のエンジン回転数Ｎ_Eが設定回転数Ｎ_Tと比較され、目標ラック位置Ｘ_Tが決定される。そしてこの目標ラック位置Ｘ_Tに実ラック位置Ｘ_Rが等しくなるよう電子ガバナ１がフィードバック制御される。
【００２４】
図１においてエンジン回転数一定とした場合、エンジン負荷の高まりにつれ燃料噴射量Ｑは次第に増加される。実線で示すトルクカーブは各エンジン回転数に対しエンジン負荷ないし燃料噴射量Ｑが最大となる最大負荷ラインである。一方、破線で示すトルクカーブは、各エンジン回転数に対しエンジン負荷ないし燃料噴射量Ｑが最大値に対し90％の値となる90％負荷ラインである。言い換えれば、90％負荷ラインは、最大負荷に対する実際負荷の比、即ち負荷率が90％となる点の連なりである。
【００２５】
さて、油圧シリンダ５に対する負荷が高まると油圧ポンプ３に対する要求負荷が増え、これに直結されたエンジン２の回転数Ｎ_Eが落ちようとするので、エンジンＥＣＵ７はこれに対抗するように燃料噴射量Ｑを増大し、エンジン回転数Ｎ_Eを設定回転数Ｎ_Tに合わせ込む。つまり、図１の回転数一定ラインＬ_Cに沿わせるアイソクロナス制御を実行する。しかし、このようなアイソクロナス制御を行うのも90％負荷点Ｐまでで、これ以上となったらＥＣＵ７は、当該負荷点Ｐを折れ点とする傾斜負荷ラインＬ_Iに沿わせる傾斜制御を実行する。
【００２６】
即ち、図２に示すように、アイソクロナス制御を中止したことにより、負荷の増大につれエンジン回転数Ｎ_Eが設定回転数Ｎ_Tから落ち込むようになる。よってＥＣＵ７は、１rpm の落ち込み毎に、予め設定された燃料噴射量Ｑｉを90％負荷点Ｐの燃料噴射量Ｑ_Pに加算していき、この合計を目標燃料噴射量Ｑ_Tとして目標ラック位置Ｘ_Tを決定する。これにより、90％負荷点Ｐ以上となった位置で、傾斜負荷ラインＬ_Iに沿うようなエンジン制御が可能となり、またこうなるように燃料噴射量Ｑｉが定められている。
【００２７】
詳しくは後述するが、このようにエンジン回転数Ｎ_Eの落ち込みが許容されるので、エンスト限界の判断が容易となり、ポンプリリーフが容易且つ確実に行えるようになる。
【００２８】
ここで設定回転数Ｎ_Tの設定方法を説明する。先ず、運転手によるレバー等の操作量に応じた値の信号が、スロットルセンサ値としてスロットルセンサ８からＥＣＵ７に送られる。このスロットルセンサ値は 0〜100 ％の値をとる。次に、運転手がモードスイッチ１１を選択操作すると、そのスイッチ信号が油圧コントローラ６に送られ、油圧コントローラ６からはモード指令信号がＥＣＵ７に送られる。ＥＣＵ７はスロットルセンサ値とモード指令信号との両者から設定回転数Ｎ_Tを決定する。
【００２９】
ここでモードとは設定回転数Ｎ_Tの上限値ないし設定幅を指定するためのものである。モードスイッチ１１では複数の上限値を任意に選択できるようになっている。仮に上限値として2000rpm を選択し、スロットルセンサ値を50％としたとする。アイドル回転数1200rpm とすると、ＥＣＵ７は設定回転数Ｎ_Tを次式の如く決定する。
【００３０】
Ｎ_T＝(2000-1200) ×50／100 ＋1200＝1600rpm
次に、エンジンＥＣＵ７と油圧コントローラ６の具体的な制御内容を説明する。
【００３１】
図３はエンジンＥＣＵ７の制御内容を示す。本制御は所定の制御時間毎に繰り返し実行される。先ずエンジンＥＣＵ７はステップ３１でスロットルセンサ８からスロットルセンサ値を、油圧コントローラ６からモードを読み込む。そしてステップ３２で設定回転数Ｎ_Tを決定する。次にステップ３３で、エンジン回転数Ｎ_Eを設定回転数Ｎ_Tとしたときの90％負荷点Ｐにおける燃料噴射量Ｑ_Pを、予め記憶してある燃料噴射量マップから算出する。次にステップ３４で、現在のエンジン回転数Ｎ_Eと現在の目標燃料噴射量Ｑ_Tとを読み込む。
【００３２】
次にステップ３５で、現在の目標燃料噴射量Ｑ_Tと90％負荷点の燃料噴射量Ｑ_Pとを比較する。Ｑ_T＜Ｑ_Pならステップ３６に進みアイソクロナス制御を実行する。Ｑ_T≧Ｑ_Pならステップ３７に進み、現在のエンジン回転数Ｎ_Eと設定回転数Ｎ_Tとの回転差Ｎｆ＝Ｎ_T−Ｎ_Eを算出する。この後、ステップ３８において、目標燃料噴射量Ｑ_Tを式Ｑ_T＝Ｎｆ×Ｑｉ＋Ｑ_Pにより算出する。
【００３３】
図４は油圧コントローラ６の制御内容を示す。本制御も所定の制御時間毎に繰り返し実行される。先ず油圧コントローラ６はステップ４１でエンジンＥＣＵ７から設定回転数Ｎ_Tを読み込む。次にステップ４２で、現在の油圧ポンプ３のポンプ回転数Ｎ_Pを読み込む。油圧ポンプ３とエンジン２が直結なので、ポンプ回転数Ｎ_Pはエンジン回転数Ｎ_Eに等しい。次に、ステップ４３で、Ｎ_T−Ｎ_Pの値を演算し、この値を予め設定された所定回転数Ｎ_PR（ここではＮ_PR＝20rpm ）と比較する。Ｎ_T−Ｎｐ＞Ｎ_PRのときはステップ４４に進み、リリーフバルブ４を開作動させる。Ｎ_T−Ｎｐ≦Ｎ_PRのときはステップ４５に進み、リリーフバルブ４を閉作動させる。
【００３４】
これによれば、エンジン負荷が90％負荷以上となる領域で、エンジン回転数Ｎ_Eが設定回転数Ｎ_Tに対しＮ_PR＝20rpm 落ち込んだ瞬間、ポンプリリーフが実行され、エンジン２への負荷が軽減される。これにより過負荷によるエンジンストールを有効且つ確実に防止することが可能となる。
【００３５】
特に、図４に示す油圧コントローラ６の制御フローは従来と同じである。即ちこの油圧コントローラ６はレギュレーション制御用で、レギュレーション制御のときに比較的大きな値だったＮ_PRを小さな値（20rpm ）に設定し直して使用している。この油圧コントローラ６をアイソクロナス制御のみ行うエンジンＥＣＵ７と組み合わせると、エンジン回転数が常に一定なので、油圧コントローラ６側でＮ_T−Ｎｐ＞Ｎ_PRと判断することがなく、ポンプリリーフがいつまでも実行されない。よって過負荷即エンストという事態が生じ得る。
【００３６】
本装置は、エンスト限界手前でアイソクロナス制御を中止し、エンジン回転の落ち込みを許容するので、かかる油圧コントローラ６と組み合わせたとしても、その制御フローやソフトの変更を伴わず、設定値Ｎ_PRの変更だけで確実にエンスト防止を行うことができる。そして通常の常用域ではアイソクロナス制御を行うので、回転数変化を嫌う産業機器に好適、振動騒音が小さいなどのアイソクロナス制御の利益を十分受け得る。
【００３７】
なお、本装置では90％負荷率を境にアイソクロナス制御と傾斜制御とを切り分けたが、負荷率の値は90％に限らず、任意に変更が可能である。ただし本発明の趣旨からすれば、エンスト限界手前のできるだけ高い負荷率までアイソクロナス制御を行うのが好ましい。また、所定回転数Ｎ_PRも20rpm に限らないが、傾斜制御に移行してから 100％負荷率（図２のＦ点）に到達する前の回転数に設定する必要がある。設定回転数Ｎ_T の設定方法も上述の方法に限られない。
【００３８】
本発明の実施の形態は他にも種々考えられる。また本発明は油圧ショベルに限らずあらゆる産業機器に適用でき、ガソリンエンジンにも適用できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、アイソクロナス制御を実行しつつエンジンストールを防止できるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジン・油圧制御システムのエンジン制御装置の制御内容を図示したマップである。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】エンジンＥＣＵの制御内容を示すフローチャートである。
【図４】油圧コントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る一実施形態のエンジン・油圧制御システムのブロック線図である。
【図６】レギュレーション制御とアイソクロナス制御の制御内容を図示したマップである。
【符号の説明】
２エンジン
３油圧ポンプ
４リリーフバルブ
６油圧コントローラ
７エンジンＥＣＵ
Ａエンジン制御装置
Ｎ_R 所定回転数
Ｎ_T 設定回転数

Claims

エンジンに油圧ポンプが直結駆動され、上記エンジンの回転数を制御するためのエンジン制御装置と、上記油圧ポンプの吐出側に設けられたリリーフバルブを、上記油圧ポンプの回転数を基に開作動させて該油圧ポンプによるエンジン負荷を軽減するための油圧制御装置とを備えたエンジン・油圧制御システムにおいて、
上記エンジン制御装置は、上記エンジンを所定の負荷率未満で設定回転数に維持するアイソクロナス制御を行い、エンジン負荷率が上記負荷率以上となったとき、上記アイソクロナス制御を中止し、上記設定回転数に対するエンジン回転の落ち込みに応じて所定割合で燃料噴射量を増大させる傾斜制御を行い、
上記油圧制御装置は、上記エンジン制御装置による傾斜制御中、上記油圧ポンプの回転数が上記設定回転数に対し所定回転数落ち込んだときに、上記リリーフバルブを開作動することを特徴とするエンジン・油圧制御システム。
上記所定の負荷率が９０％である請求項１記載のエンジン・油圧制御システム。