JP4386890B2 - 原動機制御装置を具備する作業機械 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は、原動機制御装置を具備する作業機械に関するものである。
【背景技術】
従来、例えば油圧ショベルにおいては、掘削作業や吊り作業、均し作業など多種多様の作業形態があるため、吊り作業や均し作業において要求される微操作性を損なうことなく、掘削作業を効率良く行えるようにすることが望まれている。
このような要望を満たし得る油圧ショベルが例えば特許第３３１６０５７号公報にて提案されている。この公報にて提案されている油圧ショベルは、エンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプからの圧油によって作動される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータの操作に係わる操作レバーの操作量変化率を検出する操作速度検出手段と、エンジンの回転数を制御するエンジン回転数制御手段を備えている。そして、前記操作速度検出手段によって検出された操作量変化率が所定値より小さい場合には、エンジン回転数制御手段により、エンジンの回転数を予め設定された設定回転数に維持するようにされている。つまり、吊り作業や均し作業などのように操作レバーの操作量変化率が小さい作業においては、エンジン回転数の増減が禁止されて微操作性に影響を与えないようにされている。一方、前記操作速度検出手段によって検出された操作量変化率が所定値より大きい場合には、エンジン回転数制御手段により、エンジンの回転数を予め設定された設定回転数から油圧アクチュエータにかかる負荷に応じて増加させるようにされている。つまり、掘削作業時には操作レバーの操作量変化率が吊り作業や均し作業などに比べて大きいから、作業負荷に応じてエンジンの回転数を増加させて掘削作業を効率良く行えるようにされている。
しかしながら、前記公報に開示されている油圧ショベルでは、操作速度検出手段により検出された操作レバーの操作量変化率に基づいてエンジン回転数制御手段によりエンジンの回転数を制御する構成とされているために、制御システムの複雑化が免れないという問題点がある。また、前記操作量変化率の大小を判定するための境界値の設定が運転者の操作感覚に基づくものであるために、運転者のその日の体調による影響や、複数の運転者で協同使用する場合では運転者の個人差による影響などにより、前述の作用効果の再現率にバラツキが生じる恐れがあるという問題点がある。
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、比較的簡易な構成で確実に微操作性を確保することができ、また微操作性を更に向上させることのできる原動機制御装置を具備する作業機械を提供することを目的とするものである。
【発明の開示】
前記目的を達成するために、第１発明による原動機制御装置を具備する作業機械は、
原動機により駆動される油圧ポンプからの圧油によって作動される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータの作動により駆動される作業機と、作業内容に基づいて設定される複数の作業モードのそれぞれに対応させて前記原動機の出力を制御する原動機制御装置と、前記複数の作業モードのうちいずれかの作業モードを選択する作業モード選択手段を備え、
前記複数の作業モードのうち前記作業機を微速作動させる微操作作業モードが前記作業モード選択手段によって選択されると、前記原動機制御装置は、負荷変動に拘らず前記原動機の回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を行い、
前記複数の作業モードのうち前記原動機の設定回転数が定格出力回転数付近に設定される作業モードが前記作業モード選択手段によって選択されると、前記原動機制御装置は、負荷変動に応じて前記原動機の回転数を増減するレギュレーション制御を行う
ことを特徴とするものである。
本発明においては、作業内容に基づいて設定される複数の作業モードのうち作業機を微速作動させる微操作作業モードが作業モード選択手段によって選択されると、原動機制御装置によるアイソクロナス制御が行われ、負荷変動に拘らず原動機の回転数が一定に維持される。したがって、負荷の変動が生じても作業機の動作速度が一定に保たれるので、微操作性を良好に確保することが可能になる。より具体的な例で言い換えると、例えば油圧ショベルにおける吊り作業や均し作業を好適に行えるように設定された微操作作業モードにおいて、比較的ラフな操作にても微速かつ一定速度で作業機を作動させることが容易に行えるので、微操作性を更に向上させることができる。しかも、このような作用効果は、特定の作業モードが選択されたときにのみアイソクロナス制御を実施するといった比較的簡易な制御システムによって得られるという利点がある。また、同作用効果は、作業モード選択手段によって特定の作業モードが選択されると確実に得られるものであるから、従来のように作用効果の再現率にバラツキが生じる恐れがない。また、複数の作業モードのうち前記原動機の設定回転数が定格出力回転数付近に設定される作業モードが作業モード選択手段によって選択されたときに、負荷変動に応じて原動機の回転数を増減するレギュレーション制御が行われるので、運転者は原動機の回転数の増減変化に基づいて作業負荷の変動度合を感知できることになり、作業を進める上での加減の施し所が的確につかめることになり、滞りなくスムーズに作業を行うことができる。
本発明において、前記原動機制御装置は、前記微操作作業モードにおいて、負荷が要求する前記原動機の出力トルク値が所定値に到達し更に増加傾向にある場合に、前記アイソクロナス制御に連続して等馬力制御を行うのが好ましい。このようにすれば、負荷の増分に対する原動機の回転数変化を抑えつつ出力トルクを増加させることができるので、微操作性を損なうことなく高負荷作業を良好に行うことができる。しかもこの際、原動機の出力は略一定とされるので、無駄なエネルギ消費が成されることはない。
また、第２発明による原動機制御装置を具備する作業機械は、
原動機により駆動される油圧ポンプからの圧油によって作動される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータの作動により駆動される作業機と、
作業内容に基づいて設定される複数の作業モードのそれぞれに対応させて前記原動機の出力を制御する原動機制御装置と、前記複数の作業モードのうちいずれかの作業モードを選択する作業モード選択手段を備え、
前記複数の作業モードのうち前記作業機を微速作動させる微操作作業モードおよび前記複数の作業モードのうち前記原動機の設定回転数が定格出力回転数付近に設定される作業モードが前記作業モード選択手段によって選択されると、前記原動機制御装置は、負荷変動に拘らず前記原動機の回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を行う
ことを特徴とするものである。
本発明によれば、第１発明と同様に微操作性を更に向上させることができるのは勿論のこと、原動機の設定回転数が定格出力回転数付近に設定される作業モードにおいても原動機制御装置によるアイソクロナス制御が行われることで、作業中に突然無負荷状態となっても原動機の回転数が増加されず、また無負荷運転時のエンジン設定回転数そのものを低く設定することが可能になるので、振動や騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。
図２は、第１の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムの概略構成を表わすブロック図である。
図３は、第１の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図である。
図４は、第２の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図である。
図５は、第３の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムの概略構成を表わすブロック図である。
図６は、第３の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図である。
図７は、第４の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムの概略構成を表わすブロック図である。
図８は、第４の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図である。
【発明を実施するための最良の形態】
次に、本発明による原動機制御装置を具備する作業機械の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、作業機械の一種である油圧ショベルに本発明が適用された例である。
図１には、本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの側面図が示されている。
この油圧ショベル１は、走行用油圧モータ（図示省略）の作動により走行自在に構成される下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回用油圧モータ（図示省略）を駆動源とする旋回装置３を介して設けられる上部旋回体４と、この上部旋回体４に取着される作業機６を備えて構成されている。前記作業機６は、前記上部旋回体４側から順にブーム７、アーム８およびバケット９がそれぞれ回動可能に連結されて構成され、これらブーム７、アーム８およびバケット９は、それぞれブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２の伸縮作動により回動操作されるようになっている。また、前記上部旋回体４には運転室５が設けられ、この運転室５には、各油圧アクチュエータ（走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２）を操作する操作装置（図示省略）や、各種インジケータを表示するモニタと各種スイッチが配置されてなる操作部とで構成されるモニタパネル２０（図２参照）などが設置されている。なお、この油圧ショベル１においては、バケット９とそのバケット９の回動機構を構成するバケットリンク１３とを連結するピン１４に、吊りフック（図示省略）が取り付けられており、掘削作業や均し作業のみならず、吊り作業が行えるようにされている。
次に、本発明の第１の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムについて、図２のブロック図を用いて以下に詳述する。
本実施形態のエンジン・油圧制御システム１５は、ディーゼル式のエンジン（原動機）１６と、このエンジン１６により駆動される可変容量型の油圧ポンプ１７と、前記エンジン１６の出力を制御するエンジン制御装置（原動機制御装置）１８と、前記油圧ポンプ１７の吐出特性を制御するポンプ制御装置１９と、前記モニタパネル２０における操作部に配置され、作業内容に基づいて設定される複数の作業モード（後述する）のうちいずれかの作業モードを選択する作業モード選択スイッチ（作業モード選択手段）２４（アクティブモード選択スイッチ２１、掘削モード選択スイッチ２２、リフティングモード選択スイッチ２３）を備えている。
前記エンジン１６には、そのエンジン１６の燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射ポンプ２５が付設されている。この燃料噴射ポンプ２５は、図示による説明は省略するが、燃料を高圧にして噴射管へ圧送するためのプランジャおよびカムシャフトからなる圧送機構と、前記プランジャと係合するコントロールラックを具備しそのコントロールラックのラック位置を変化させることで前記圧送機構による燃料の圧送量を調整する圧送量調整機構を備えて構成されている。
前記油圧ポンプ１７は、コントロールバルブ２６を介して各油圧アクチュエータに接続されている。また、このコントロールバルブ２６においては、各油圧アクチュエータに対応するように前記操作装置に設けられている各操作レバーの操作にて油路の切り換えが行われるようにされている。こうして、運転者による各操作レバーの所定の操作にて、油圧ポンプ１７からの圧油が対応する油圧アクチュエータに供給され、下部走行体２による走行動作や上部旋回体４の旋回動作、作業機６の屈曲起伏動作が行われるようにされている。
前記エンジン制御装置１８は、前記燃料噴射ポンプ２５における圧送量調整機構に具備されるコントロールラックのラック位置を制御する電子式ガバナ２７と、この電子式ガバナ２７に対してガバナ駆動信号を送信するエンジンコントローラ２８を備えて構成されている。ここで、エンジンコントローラ２８には、エンジン１６の回転数を検出する回転センサ２９からのエンジン回転数検出信号、および燃料ダイヤル３０の操作量を検出するスロットルセンサ３１からのスロットル信号がそれぞれ入力されるようになっている。
前記ポンプ制御装置１９は、前記油圧ポンプ１７に具備される斜板を傾動させる斜板駆動装置３２と、この斜板駆動装置３２の作動を制御するポンプコントローラ３３を備えて構成されている。ここで、ポンプコントローラ３３には、油圧ポンプ１７の回転数（＝エンジン回転数）を検出する回転センサ３４からのポンプ回転数検出信号、および作業モード選択スイッチ２４からの作業モード選択信号がそれぞれ入力されるようになっている。
前記エンジンコントローラ２８とポンプコントローラ３３との間では信号の送受信が可能とされており、ポンプコントローラ３３に入力されたモニタパネル２０からの作業モード選択信号がモード指令信号としてエンジンコントローラ２８へ向けて送信され、このポンプコントローラ３３から送信されたモード指令信号がエンジンコントローラ２８に入力されるようになっている。そして、エンジンコントローラ２８においては、入力されたモード指令信号に基づいて、作業モード選択スイッチ２４の選択操作によって選択された作業モードを判断し、かかる作業モードに応じたエンジン１６の出力特性となるように所定のガバナ駆動信号を電子式ガバナ２７に送信するようにされている。なお、符号３５で示されるのは、エンジン１６に関わる情報をモニタパネル２０に送信するための信号線であって、この信号線により伝達されたエンジン１６の情報はモニタパネル２０におけるモニタに表示されるようになっている。一方、ポンプコントローラ３３においては、エンジンコントローラ２８から送られる燃料ダイヤル３０によるエンジン１６の目標回転数信号と、回転センサ３４にて検出されたポンプ回転数検出信号とに基づいて、エンジン１６の各出力点でのベストマッチングトルクを油圧ポンプ１７が吸収するように斜板駆動装置３２によりその油圧ポンプ１７の吐出量を制御するとともに、エンジン１６の燃費効率の高いところでマッチングさせるために各作業モードにおいて等馬力制御するようにされている（図３において記号ＰａおよびＰｂで示されるそれぞれの等馬力曲線を参照）。
本実施形態において設定される作業モードは、アクティブモード、掘削モードおよびリフティングモード（微操作作業モード）の３つである。ここで、アクティブモードは、スピードとパワーが要求される作業に対応させるべく設定されたモードである。一方、掘削モードは、エンジン１６の燃費効率の良い出力領域で通常の掘削作業が行えるように設定されたモードであり、他方、リフティングモードは、例えば吊り作業や均し作業などのように微操作性を要求される作業に対応させるべく設定されたモードである。そして、本実施形態では、各作業モードに対応させてエンジン１６の出力を前記エンジン制御装置１８により制御するようにされている。
また、本実施形態において前記エンジン制御装置１８がエンジン１６に対して実施する制御は、以下の２種類である。
一つはレギュレーション制御（ドゥループ制御）と称されるものである。このレギュレーション制御では、エンジン１６の無負荷運転（アイドル運転）時において前記燃料ダイヤル３０によりエンジン１６の目標回転数が設定されると、作業負荷の高まりに応じてエンジン１６の回転数を下げていくようにされる。
もう一つはアイソクロナス制御と称されるものである。このアイソクロナス制御では、作業負荷の変動に拘らずエンジン１６の回転数を一定に維持するようにされる。すなわち、このアイソクロナス制御においては、エンジンコントローラ２８が、スロットルセンサ３１から送られてくるスロットル信号と、ポンプコントローラ３３から送られてくるモード指令信号とに基づき、設定回転数を決定するとともに、その設定回転数と実際のエンジン回転数と比較して燃料噴射ポンプ２５におけるコントロールラックの目標ラック位置を決定し、この目標ラック位置と実際のラック位置とが等しくなるようにフィードバック制御を実行させる駆動信号を電子式ガバナ２７に送信する。こうして、燃料噴射量を制御することにより、作業負荷の変動に対しエンジン１６の回転数を一定に保持するようにされる。
以上に述べたように構成される本実施形態の油圧ショベル１においては、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からリフティングモード選択スイッチ２３をＯＮすると、図３中記号ＥＬＡで示されるエンジン出力トルク特性ラインが設定され、エンジン制御装置１８は同図において記号Ｌａで示されるエンジン回転数一定ラインに沿ってアイソクロナス制御を実行する。一方、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からアクティブモード選択スイッチ２１をＯＮすると、図３中記号ＥＬＢで示されるエンジン出力トルク特性ラインが設定され、エンジン制御装置１８は同図において記号Ｌｂで示される傾斜負荷ラインに沿ってレギュレーション制御を実行する。なお、掘削モード選択スイッチ２２をＯＮすることで選択される掘削モードにおいては、設定回転数がアクティブモードにおけるそれよりもやや低いエンジン回転数に設定されたエンジン出力トルク特性が選択されるとともに、エンジン制御装置１８により実施される制御がアクティブモードにおけるレギュレーション制御と基本的に同様であるため、説明の都合上、同図において掘削モードに係る傾斜負荷ラインは図示省略されている。また、同図において記号Ｌｃで示される破線のラインは、リフティングモードにおいてアイソクロナス制御が実施されずにレギュレーション制御が行われた場合の傾斜負荷ラインである。また、同図において括弧内に記載されているエンジン回転数は、リフティングモードにおいてレギュレーション制御が行われる場合の設定回転数である。
本実施形態によれば、エンジン１６の設定回転数が比較的低く設定されるリフティングモード（設定回転数：１４８０ｒ．ｐ．ｍ．）においてはアイソクロナス制御が行われるので、比較的ラフな操作にても微速かつ一定速度で作業機６を作動させることが容易に行え、これにより吊り作業時荷がゆれないし、法面掘削時に刃先がぶれないという効果を奏する。また、エンジン１６の設定回転数が比較的高く（定格出力回転数またはその近傍）設定されるアクティブモード（設定回転数：２０５０ｒ．ｐ．ｍ．）においてはレギュレーション制御が行われるので、運転者はエンジン回転数の増減変化に基づいて作業負荷の変動度合を感知することができる。このため、作業を進める上での加減の施し所が的確につかめることになり、滞りなくスムーズに作業を行うことができるという効果を奏する。しかも、これらの効果を奏する本実施形態の制御システムは、比較的簡易に構築でき、また運転者の操作感覚に依るところがないから効果の再現率にバラツキが生じる恐れがないという利点がある。
次に、本発明の第２の実施形態について以下に説明する。図４には、第２の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図が示されている。なお、本実施形態におけるエンジン・油圧制御システムのハード構成は、第１の実施形態におけるそれと基本的に同じである。
第１の実施形態においては、リフティングモード時にアイソクロナス制御が、アクティブモード時にレギュレーション制御がそれぞれ実行される例を示したが、本実施形態では、図４に示されるように、リフティングモード時においては第１の実施形態と同様に図中記号Ｌａで示されるエンジン回転数一定ラインに沿ってアイソクロナス制御が行われるようにされるとともに、アクティブモード時においても図中記号Ｌｄで示されるエンジン回転数一定ラインに沿ってアイソクロナス制御が行われるようにされている。本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に微操作性が更に高められるのは勿論のこと、アクティブモードで作業を行っているときに突然無負荷状態となってもエンジン回転数が増加されず、また無負荷運転時のエンジン設定回転数そのものを低く設定することが可能になるので、振動や騒音を低減することができる。
なおここで、第１の実施形態および第２の実施形態において、前記エンジン制御装置１８に代えて、後述する第３の実施形態および第４の実施形態におけるエンジン制御装置１８Ａと同様のものを用いても良い。かかるエンジン制御装置１８Ａにおいては、後述するように、コモンレール式燃料噴射装置４０、エンジンコントローラ２８および各種センサ類を含む機器にて電子制御噴射システムが構築されている。
次に、本発明の第３の実施形態について以下に説明する。図５には、第３の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムの概略構成を表わすブロック図が示されている。また、図６には、第３の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図が示されている。なお、本実施形態において、前記各実施形態と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては本実施形態に特有の部分を中心に説明することとする。
前記エンジン１６には、蓄圧（コモンレール）式の燃料噴射装置４０が付設されている。この燃料噴射装置４０は、それ自体公知のものであって、図示による詳細説明は省略するが、燃料圧送ポンプによりコモンレールに燃料を蓄圧し、電磁弁の開閉によりインジェクタから燃料を噴射する方式のものであり、エンジンコントローラ２８から前記電磁弁への駆動信号により燃料噴射特性が決定され、エンジン１６の低速域から高速域まで任意の噴射特性を得ることができるようにされている。本実施形態では、燃料噴射装置４０、エンジンコントローラ２８および各種センサ類を含む機器にて構築される電子制御噴射システムによりエンジン制御装置１８Ａが構成されており、かかる電子制御噴射システムにおいては、目標噴射特性をデジタル値でマップ化することにより、後述するようなエンジン特性を得ることができるようにされている。
前記エンジンコントローラ２８には、リフティングモードおよびアクティブモードのそれぞれに対応するエンジン出力トルク特性がマップ化されて記憶されている。ここで、本実施形態においては、リフティングモードに対応して、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′が設定されている。このエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′は、アイソクロナス制御ラインＬａを有するとともに前記エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡに比し中低速域における出力トルクがやや低めに設定されている。また、本実施形態においては、アクティブモードに対応して、第１の実施形態と同様のレギュレーションラインＬｂを有するエンジン出力トルク特性ラインＥＬＢが設定されている。そして、このエンジンコントローラ２８においては、各エンジン出力トルク特性マップに基づきエンジン回転数信号と燃料噴射特性マップ（図示省略）とを参照することで燃料噴射量を求め、求められた燃料噴射量を満足するような駆動信号を燃料噴射装置４０に向けて出力するようにされている。なお、前記エンジン出力トルク特性ラインＥＬＢに代えて、第２の実施形態において採用されたアイソクロナス制御ラインＬｄを有するエンジン出力トルク特性ラインＥＬＢ′を設定するようにしても良い（後述する第４の実施形態においても同様）。
前記ポンプコントローラ３３には、リフティングモードおよびアクティブモードのそれぞれに対応するポンプ吸収トルク特性がマップ化されて記憶されている。ここで、本実施形態においては、リフティングモードに対応して、等馬力で推移するポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡが設定されている。このポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡは、アイソクロナス制御ラインＬａ上の出力トルク点Ｍａにおいてエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′とマッチングするようにされている。また、本実施形態においては、アクティブモードに対応して、エンジン回転数を変数とする単調増加関数となるようなポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＢが設定されている。このポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＢは、エンジン１６の出力が最大となる出力トルク点Ｍｂにおいてエンジン出力トルク特性ラインＥＬＢとマッチングするようにされている。そして、このポンプコントローラ３３においては、各ポンプ吸収トルク特性マップに基づいて斜板駆動信号を求め、求められた斜板駆動信号を斜板駆動装置３２に向けて出力するようにされている。
本実施形態においては、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からリフティングモード選択スイッチ２３をＯＮすると、図６に示されるように、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′が設定されるとともに、アイソクロナス制御ラインＬａ上の出力トルク点Ｍａにおいてそのエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′とマッチングするポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡが設定される。一方、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からアクティブモード選択スイッチ２１をＯＮすると、同図に示されるように、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＢが設定されるとともに、エンジン１６の出力が最大となる出力トルク点Ｍｂにおいてそのエンジン出力トルク特性ラインＥＬＢとマッチングするポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＢが設定される。
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができるのは勿論のこと、リフティングモード時において、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′の中低速域における出力トルクが、第１の実施形態におけるエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡの中低速域における出力トルクよりもやや低められているので、第１の実施形態よりもリフティングモード時において燃費低減を図ることができるという利点がある。
次に、本発明の第４の実施形態について以下に説明する。図７には、第４の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムの概略構成を表わすブロック図が示されている。また、図８には、第４の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図が示されている。なお、本実施形態において、前記各実施形態と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては本実施形態に特有の部分を中心に説明することとする。
エンジンコントローラ２８には、図７および図８において記号ＥＬＡ″で示されるラインで表わされるエンジン出力トルク特性がリフティングモードに対応するエンジン出力トルク特性としてマップ化されて記憶されている。このエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″は、アイソクロナス制御ラインＬａを有するとともに前記エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡに比し中低速域における出力トルクがやや低められ、さらにそのアイソクロナス制御ラインＬａに連続する制御ラインＬｅを有している。ここで、この制御ラインＬｅは、エンジン出力を略等馬力で推移させる制御ラインである（以下、この制御ラインＬｅを等馬力制御ラインＬｅと称する。）。このエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″によれば、エンジン１６は、無負荷状態から負荷が増加すると一旦アイソクロナス制御ラインＬａに沿って運転され、負荷が要求するエンジン出力トルク値が所定値Ｔｓに到達し更に増加傾向にあると、等馬力制御ラインＬｅに沿って運転される。
ポンプコントローラ３３には、図７および図８において記号ＰＬＡ′で示されるラインで表わされるポンプ吸収トルク特性がリフティングモードに対応するポンプ吸収トルク特性としてマップ化されて記憶されている。このポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡ′は、エンジン回転数を変数とする単調増加関数となるようにされるとともに、等馬力制御ラインＬｅ上の出力トルク点Ｍｃにおいてエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″とマッチングするようにされている。
本実施形態においては、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からリフティングモード選択スイッチ２３をＯＮすると、図８に示されるように、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″が設定されるとともに、等馬力制御ラインＬｅ上の出力トルク点Ｍｃにおいてそのエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″とマッチングするポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡ′が設定される。一方、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からアクティブモード選択スイッチ２１をＯＮすると、同図に示されるように、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＢが設定されるとともに、エンジン１６の出力が最大となる出力トルク点Ｍｂにおいてそのエンジン出力トルク特性ラインＥＬＢとマッチングするポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＢが設定される。
本実施形態においてリフティングモードが選択された際には、無負荷状態から負荷が増加すると一旦アイソクロナス制御ラインＬａに沿ってエンジン１６が運転され、負荷が要求するエンジン出力トルク値が所定値Ｔｓに到達し更に増加傾向にあると、等馬力制御ラインＬｅに沿ってエンジン１６が運転される。そして、エンジン１６の実回転数は、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″とポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡ′とが交差する出力トルク点Ｍｃ（以下、「マッチング点Ｍｃ」という。）に対応するエンジン回転数Ｎｃに収束されることになる。この際、エンジン出力トルクはエンジン１６それ自身の等馬力特性に従って変化されるので、負荷の増分に対してエンジン回転数が緩やかに変化されながらエンジン出力トルクが増加されることになる。さらに、エンジン１６の出力トルクがマッチングＭｃに収束される際には、エンジン１６の出力がそのマッチング点Ｍｃにおいて必要とされるエンジン出力に保たれるから、エンジン１６が出力過剰に陥ることはない。
本実施形態によれば、微操作性を損なうことなく高負荷作業を良好に行うことができるとともに、第３の実施形態に比しリフティングモードにおいて更に燃費低減を図ることができる。
なお、前記各実施形態においては、油圧ショベルに本発明が適用された例を示したが、油圧ショベル以外の建設機械や、産業車両、農業機械等に本発明が適用し得るのは言うまでもない。
本発明は、原動機制御装置を具備する作業機械に関するものである。
【背景技術】
従来、例えば油圧ショベルにおいては、掘削作業や吊り作業、均し作業など多種多様の作業形態があるため、吊り作業や均し作業において要求される微操作性を損なうことなく、掘削作業を効率良く行えるようにすることが望まれている。
このような要望を満たし得る油圧ショベルが例えば特許第３３１６０５７号公報にて提案されている。この公報にて提案されている油圧ショベルは、エンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプからの圧油によって作動される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータの操作に係わる操作レバーの操作量変化率を検出する操作速度検出手段と、エンジンの回転数を制御するエンジン回転数制御手段を備えている。そして、前記操作速度検出手段によって検出された操作量変化率が所定値より小さい場合には、エンジン回転数制御手段により、エンジンの回転数を予め設定された設定回転数に維持するようにされている。つまり、吊り作業や均し作業などのように操作レバーの操作量変化率が小さい作業においては、エンジン回転数の増減が禁止されて微操作性に影響を与えないようにされている。一方、前記操作速度検出手段によって検出された操作量変化率が所定値より大きい場合には、エンジン回転数制御手段により、エンジンの回転数を予め設定された設定回転数から油圧アクチュエータにかかる負荷に応じて増加させるようにされている。つまり、掘削作業時には操作レバーの操作量変化率が吊り作業や均し作業などに比べて大きいから、作業負荷に応じてエンジンの回転数を増加させて掘削作業を効率良く行えるようにされている。
しかしながら、前記公報に開示されている油圧ショベルでは、操作速度検出手段により検出された操作レバーの操作量変化率に基づいてエンジン回転数制御手段によりエンジンの回転数を制御する構成とされているために、制御システムの複雑化が免れないという問題点がある。また、前記操作量変化率の大小を判定するための境界値の設定が運転者の操作感覚に基づくものであるために、運転者のその日の体調による影響や、複数の運転者で協同使用する場合では運転者の個人差による影響などにより、前述の作用効果の再現率にバラツキが生じる恐れがあるという問題点がある。
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、比較的簡易な構成で確実に微操作性を確保することができ、また微操作性を更に向上させることのできる原動機制御装置を具備する作業機械を提供することを目的とするものである。
【発明の開示】
前記目的を達成するために、第１発明による原動機制御装置を具備する作業機械は、
原動機により駆動される油圧ポンプからの圧油によって作動される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータの作動により駆動される作業機と、作業内容に基づいて設定される複数の作業モードのそれぞれに対応させて前記原動機の出力を制御する原動機制御装置と、前記複数の作業モードのうちいずれかの作業モードを選択する作業モード選択手段を備え、
前記複数の作業モードのうち前記作業機を微速作動させる微操作作業モードが前記作業モード選択手段によって選択されると、前記原動機制御装置は、負荷変動に拘らず前記原動機の回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を行い、
前記複数の作業モードのうち前記原動機の設定回転数が定格出力回転数付近に設定される作業モードが前記作業モード選択手段によって選択されると、前記原動機制御装置は、負荷変動に応じて前記原動機の回転数を増減するレギュレーション制御を行う
ことを特徴とするものである。
本発明においては、作業内容に基づいて設定される複数の作業モードのうち作業機を微速作動させる微操作作業モードが作業モード選択手段によって選択されると、原動機制御装置によるアイソクロナス制御が行われ、負荷変動に拘らず原動機の回転数が一定に維持される。したがって、負荷の変動が生じても作業機の動作速度が一定に保たれるので、微操作性を良好に確保することが可能になる。より具体的な例で言い換えると、例えば油圧ショベルにおける吊り作業や均し作業を好適に行えるように設定された微操作作業モードにおいて、比較的ラフな操作にても微速かつ一定速度で作業機を作動させることが容易に行えるので、微操作性を更に向上させることができる。しかも、このような作用効果は、特定の作業モードが選択されたときにのみアイソクロナス制御を実施するといった比較的簡易な制御システムによって得られるという利点がある。また、同作用効果は、作業モード選択手段によって特定の作業モードが選択されると確実に得られるものであるから、従来のように作用効果の再現率にバラツキが生じる恐れがない。また、複数の作業モードのうち前記原動機の設定回転数が定格出力回転数付近に設定される作業モードが作業モード選択手段によって選択されたときに、負荷変動に応じて原動機の回転数を増減するレギュレーション制御が行われるので、運転者は原動機の回転数の増減変化に基づいて作業負荷の変動度合を感知できることになり、作業を進める上での加減の施し所が的確につかめることになり、滞りなくスムーズに作業を行うことができる。
本発明において、前記原動機制御装置は、前記微操作作業モードにおいて、負荷が要求する前記原動機の出力トルク値が所定値に到達し更に増加傾向にある場合に、前記アイソクロナス制御に連続して等馬力制御を行うのが好ましい。このようにすれば、負荷の増分に対する原動機の回転数変化を抑えつつ出力トルクを増加させることができるので、微操作性を損なうことなく高負荷作業を良好に行うことができる。しかもこの際、原動機の出力は略一定とされるので、無駄なエネルギ消費が成されることはない。
また、第２発明による原動機制御装置を具備する作業機械は、
原動機により駆動される油圧ポンプからの圧油によって作動される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータの作動により駆動される作業機と、
作業内容に基づいて設定される複数の作業モードのそれぞれに対応させて前記原動機の出力を制御する原動機制御装置と、前記複数の作業モードのうちいずれかの作業モードを選択する作業モード選択手段を備え、
前記複数の作業モードのうち前記作業機を微速作動させる微操作作業モードおよび前記複数の作業モードのうち前記原動機の設定回転数が定格出力回転数付近に設定される作業モードが前記作業モード選択手段によって選択されると、前記原動機制御装置は、負荷変動に拘らず前記原動機の回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を行う
ことを特徴とするものである。
本発明によれば、第１発明と同様に微操作性を更に向上させることができるのは勿論のこと、原動機の設定回転数が定格出力回転数付近に設定される作業モードにおいても原動機制御装置によるアイソクロナス制御が行われることで、作業中に突然無負荷状態となっても原動機の回転数が増加されず、また無負荷運転時のエンジン設定回転数そのものを低く設定することが可能になるので、振動や騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。
図２は、第１の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムの概略構成を表わすブロック図である。
図３は、第１の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図である。
図４は、第２の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図である。
図５は、第３の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムの概略構成を表わすブロック図である。
図６は、第３の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図である。
図７は、第４の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムの概略構成を表わすブロック図である。
図８は、第４の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図である。
【発明を実施するための最良の形態】
次に、本発明による原動機制御装置を具備する作業機械の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、作業機械の一種である油圧ショベルに本発明が適用された例である。
図１には、本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの側面図が示されている。
この油圧ショベル１は、走行用油圧モータ（図示省略）の作動により走行自在に構成される下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回用油圧モータ（図示省略）を駆動源とする旋回装置３を介して設けられる上部旋回体４と、この上部旋回体４に取着される作業機６を備えて構成されている。前記作業機６は、前記上部旋回体４側から順にブーム７、アーム８およびバケット９がそれぞれ回動可能に連結されて構成され、これらブーム７、アーム８およびバケット９は、それぞれブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２の伸縮作動により回動操作されるようになっている。また、前記上部旋回体４には運転室５が設けられ、この運転室５には、各油圧アクチュエータ（走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２）を操作する操作装置（図示省略）や、各種インジケータを表示するモニタと各種スイッチが配置されてなる操作部とで構成されるモニタパネル２０（図２参照）などが設置されている。なお、この油圧ショベル１においては、バケット９とそのバケット９の回動機構を構成するバケットリンク１３とを連結するピン１４に、吊りフック（図示省略）が取り付けられており、掘削作業や均し作業のみならず、吊り作業が行えるようにされている。
次に、本発明の第１の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムについて、図２のブロック図を用いて以下に詳述する。
本実施形態のエンジン・油圧制御システム１５は、ディーゼル式のエンジン（原動機）１６と、このエンジン１６により駆動される可変容量型の油圧ポンプ１７と、前記エンジン１６の出力を制御するエンジン制御装置（原動機制御装置）１８と、前記油圧ポンプ１７の吐出特性を制御するポンプ制御装置１９と、前記モニタパネル２０における操作部に配置され、作業内容に基づいて設定される複数の作業モード（後述する）のうちいずれかの作業モードを選択する作業モード選択スイッチ（作業モード選択手段）２４（アクティブモード選択スイッチ２１、掘削モード選択スイッチ２２、リフティングモード選択スイッチ２３）を備えている。
前記エンジン１６には、そのエンジン１６の燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射ポンプ２５が付設されている。この燃料噴射ポンプ２５は、図示による説明は省略するが、燃料を高圧にして噴射管へ圧送するためのプランジャおよびカムシャフトからなる圧送機構と、前記プランジャと係合するコントロールラックを具備しそのコントロールラックのラック位置を変化させることで前記圧送機構による燃料の圧送量を調整する圧送量調整機構を備えて構成されている。
前記油圧ポンプ１７は、コントロールバルブ２６を介して各油圧アクチュエータに接続されている。また、このコントロールバルブ２６においては、各油圧アクチュエータに対応するように前記操作装置に設けられている各操作レバーの操作にて油路の切り換えが行われるようにされている。こうして、運転者による各操作レバーの所定の操作にて、油圧ポンプ１７からの圧油が対応する油圧アクチュエータに供給され、下部走行体２による走行動作や上部旋回体４の旋回動作、作業機６の屈曲起伏動作が行われるようにされている。
前記エンジン制御装置１８は、前記燃料噴射ポンプ２５における圧送量調整機構に具備されるコントロールラックのラック位置を制御する電子式ガバナ２７と、この電子式ガバナ２７に対してガバナ駆動信号を送信するエンジンコントローラ２８を備えて構成されている。ここで、エンジンコントローラ２８には、エンジン１６の回転数を検出する回転センサ２９からのエンジン回転数検出信号、および燃料ダイヤル３０の操作量を検出するスロットルセンサ３１からのスロットル信号がそれぞれ入力されるようになっている。
前記ポンプ制御装置１９は、前記油圧ポンプ１７に具備される斜板を傾動させる斜板駆動装置３２と、この斜板駆動装置３２の作動を制御するポンプコントローラ３３を備えて構成されている。ここで、ポンプコントローラ３３には、油圧ポンプ１７の回転数（＝エンジン回転数）を検出する回転センサ３４からのポンプ回転数検出信号、および作業モード選択スイッチ２４からの作業モード選択信号がそれぞれ入力されるようになっている。
前記エンジンコントローラ２８とポンプコントローラ３３との間では信号の送受信が可能とされており、ポンプコントローラ３３に入力されたモニタパネル２０からの作業モード選択信号がモード指令信号としてエンジンコントローラ２８へ向けて送信され、このポンプコントローラ３３から送信されたモード指令信号がエンジンコントローラ２８に入力されるようになっている。そして、エンジンコントローラ２８においては、入力されたモード指令信号に基づいて、作業モード選択スイッチ２４の選択操作によって選択された作業モードを判断し、かかる作業モードに応じたエンジン１６の出力特性となるように所定のガバナ駆動信号を電子式ガバナ２７に送信するようにされている。なお、符号３５で示されるのは、エンジン１６に関わる情報をモニタパネル２０に送信するための信号線であって、この信号線により伝達されたエンジン１６の情報はモニタパネル２０におけるモニタに表示されるようになっている。一方、ポンプコントローラ３３においては、エンジンコントローラ２８から送られる燃料ダイヤル３０によるエンジン１６の目標回転数信号と、回転センサ３４にて検出されたポンプ回転数検出信号とに基づいて、エンジン１６の各出力点でのベストマッチングトルクを油圧ポンプ１７が吸収するように斜板駆動装置３２によりその油圧ポンプ１７の吐出量を制御するとともに、エンジン１６の燃費効率の高いところでマッチングさせるために各作業モードにおいて等馬力制御するようにされている（図３において記号ＰａおよびＰｂで示されるそれぞれの等馬力曲線を参照）。
本実施形態において設定される作業モードは、アクティブモード、掘削モードおよびリフティングモード（微操作作業モード）の３つである。ここで、アクティブモードは、スピードとパワーが要求される作業に対応させるべく設定されたモードである。一方、掘削モードは、エンジン１６の燃費効率の良い出力領域で通常の掘削作業が行えるように設定されたモードであり、他方、リフティングモードは、例えば吊り作業や均し作業などのように微操作性を要求される作業に対応させるべく設定されたモードである。そして、本実施形態では、各作業モードに対応させてエンジン１６の出力を前記エンジン制御装置１８により制御するようにされている。
また、本実施形態において前記エンジン制御装置１８がエンジン１６に対して実施する制御は、以下の２種類である。
一つはレギュレーション制御（ドゥループ制御）と称されるものである。このレギュレーション制御では、エンジン１６の無負荷運転（アイドル運転）時において前記燃料ダイヤル３０によりエンジン１６の目標回転数が設定されると、作業負荷の高まりに応じてエンジン１６の回転数を下げていくようにされる。
もう一つはアイソクロナス制御と称されるものである。このアイソクロナス制御では、作業負荷の変動に拘らずエンジン１６の回転数を一定に維持するようにされる。すなわち、このアイソクロナス制御においては、エンジンコントローラ２８が、スロットルセンサ３１から送られてくるスロットル信号と、ポンプコントローラ３３から送られてくるモード指令信号とに基づき、設定回転数を決定するとともに、その設定回転数と実際のエンジン回転数と比較して燃料噴射ポンプ２５におけるコントロールラックの目標ラック位置を決定し、この目標ラック位置と実際のラック位置とが等しくなるようにフィードバック制御を実行させる駆動信号を電子式ガバナ２７に送信する。こうして、燃料噴射量を制御することにより、作業負荷の変動に対しエンジン１６の回転数を一定に保持するようにされる。
以上に述べたように構成される本実施形態の油圧ショベル１においては、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からリフティングモード選択スイッチ２３をＯＮすると、図３中記号ＥＬＡで示されるエンジン出力トルク特性ラインが設定され、エンジン制御装置１８は同図において記号Ｌａで示されるエンジン回転数一定ラインに沿ってアイソクロナス制御を実行する。一方、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からアクティブモード選択スイッチ２１をＯＮすると、図３中記号ＥＬＢで示されるエンジン出力トルク特性ラインが設定され、エンジン制御装置１８は同図において記号Ｌｂで示される傾斜負荷ラインに沿ってレギュレーション制御を実行する。なお、掘削モード選択スイッチ２２をＯＮすることで選択される掘削モードにおいては、設定回転数がアクティブモードにおけるそれよりもやや低いエンジン回転数に設定されたエンジン出力トルク特性が選択されるとともに、エンジン制御装置１８により実施される制御がアクティブモードにおけるレギュレーション制御と基本的に同様であるため、説明の都合上、同図において掘削モードに係る傾斜負荷ラインは図示省略されている。また、同図において記号Ｌｃで示される破線のラインは、リフティングモードにおいてアイソクロナス制御が実施されずにレギュレーション制御が行われた場合の傾斜負荷ラインである。また、同図において括弧内に記載されているエンジン回転数は、リフティングモードにおいてレギュレーション制御が行われる場合の設定回転数である。
本実施形態によれば、エンジン１６の設定回転数が比較的低く設定されるリフティングモード（設定回転数：１４８０ｒ．ｐ．ｍ．）においてはアイソクロナス制御が行われるので、比較的ラフな操作にても微速かつ一定速度で作業機６を作動させることが容易に行え、これにより吊り作業時荷がゆれないし、法面掘削時に刃先がぶれないという効果を奏する。また、エンジン１６の設定回転数が比較的高く（定格出力回転数またはその近傍）設定されるアクティブモード（設定回転数：２０５０ｒ．ｐ．ｍ．）においてはレギュレーション制御が行われるので、運転者はエンジン回転数の増減変化に基づいて作業負荷の変動度合を感知することができる。このため、作業を進める上での加減の施し所が的確につかめることになり、滞りなくスムーズに作業を行うことができるという効果を奏する。しかも、これらの効果を奏する本実施形態の制御システムは、比較的簡易に構築でき、また運転者の操作感覚に依るところがないから効果の再現率にバラツキが生じる恐れがないという利点がある。
次に、本発明の第２の実施形態について以下に説明する。図４には、第２の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図が示されている。なお、本実施形態におけるエンジン・油圧制御システムのハード構成は、第１の実施形態におけるそれと基本的に同じである。
第１の実施形態においては、リフティングモード時にアイソクロナス制御が、アクティブモード時にレギュレーション制御がそれぞれ実行される例を示したが、本実施形態では、図４に示されるように、リフティングモード時においては第１の実施形態と同様に図中記号Ｌａで示されるエンジン回転数一定ラインに沿ってアイソクロナス制御が行われるようにされるとともに、アクティブモード時においても図中記号Ｌｄで示されるエンジン回転数一定ラインに沿ってアイソクロナス制御が行われるようにされている。本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に微操作性が更に高められるのは勿論のこと、アクティブモードで作業を行っているときに突然無負荷状態となってもエンジン回転数が増加されず、また無負荷運転時のエンジン設定回転数そのものを低く設定することが可能になるので、振動や騒音を低減することができる。
なおここで、第１の実施形態および第２の実施形態において、前記エンジン制御装置１８に代えて、後述する第３の実施形態および第４の実施形態におけるエンジン制御装置１８Ａと同様のものを用いても良い。かかるエンジン制御装置１８Ａにおいては、後述するように、コモンレール式燃料噴射装置４０、エンジンコントローラ２８および各種センサ類を含む機器にて電子制御噴射システムが構築されている。
次に、本発明の第３の実施形態について以下に説明する。図５には、第３の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムの概略構成を表わすブロック図が示されている。また、図６には、第３の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図が示されている。なお、本実施形態において、前記各実施形態と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては本実施形態に特有の部分を中心に説明することとする。
前記エンジン１６には、蓄圧（コモンレール）式の燃料噴射装置４０が付設されている。この燃料噴射装置４０は、それ自体公知のものであって、図示による詳細説明は省略するが、燃料圧送ポンプによりコモンレールに燃料を蓄圧し、電磁弁の開閉によりインジェクタから燃料を噴射する方式のものであり、エンジンコントローラ２８から前記電磁弁への駆動信号により燃料噴射特性が決定され、エンジン１６の低速域から高速域まで任意の噴射特性を得ることができるようにされている。本実施形態では、燃料噴射装置４０、エンジンコントローラ２８および各種センサ類を含む機器にて構築される電子制御噴射システムによりエンジン制御装置１８Ａが構成されており、かかる電子制御噴射システムにおいては、目標噴射特性をデジタル値でマップ化することにより、後述するようなエンジン特性を得ることができるようにされている。
前記エンジンコントローラ２８には、リフティングモードおよびアクティブモードのそれぞれに対応するエンジン出力トルク特性がマップ化されて記憶されている。ここで、本実施形態においては、リフティングモードに対応して、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′が設定されている。このエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′は、アイソクロナス制御ラインＬａを有するとともに前記エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡに比し中低速域における出力トルクがやや低めに設定されている。また、本実施形態においては、アクティブモードに対応して、第１の実施形態と同様のレギュレーションラインＬｂを有するエンジン出力トルク特性ラインＥＬＢが設定されている。そして、このエンジンコントローラ２８においては、各エンジン出力トルク特性マップに基づきエンジン回転数信号と燃料噴射特性マップ（図示省略）とを参照することで燃料噴射量を求め、求められた燃料噴射量を満足するような駆動信号を燃料噴射装置４０に向けて出力するようにされている。なお、前記エンジン出力トルク特性ラインＥＬＢに代えて、第２の実施形態において採用されたアイソクロナス制御ラインＬｄを有するエンジン出力トルク特性ラインＥＬＢ′を設定するようにしても良い（後述する第４の実施形態においても同様）。
前記ポンプコントローラ３３には、リフティングモードおよびアクティブモードのそれぞれに対応するポンプ吸収トルク特性がマップ化されて記憶されている。ここで、本実施形態においては、リフティングモードに対応して、等馬力で推移するポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡが設定されている。このポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡは、アイソクロナス制御ラインＬａ上の出力トルク点Ｍａにおいてエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′とマッチングするようにされている。また、本実施形態においては、アクティブモードに対応して、エンジン回転数を変数とする単調増加関数となるようなポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＢが設定されている。このポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＢは、エンジン１６の出力が最大となる出力トルク点Ｍｂにおいてエンジン出力トルク特性ラインＥＬＢとマッチングするようにされている。そして、このポンプコントローラ３３においては、各ポンプ吸収トルク特性マップに基づいて斜板駆動信号を求め、求められた斜板駆動信号を斜板駆動装置３２に向けて出力するようにされている。
本実施形態においては、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からリフティングモード選択スイッチ２３をＯＮすると、図６に示されるように、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′が設定されるとともに、アイソクロナス制御ラインＬａ上の出力トルク点Ｍａにおいてそのエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′とマッチングするポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡが設定される。一方、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からアクティブモード選択スイッチ２１をＯＮすると、同図に示されるように、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＢが設定されるとともに、エンジン１６の出力が最大となる出力トルク点Ｍｂにおいてそのエンジン出力トルク特性ラインＥＬＢとマッチングするポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＢが設定される。
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができるのは勿論のこと、リフティングモード時において、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ′の中低速域における出力トルクが、第１の実施形態におけるエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡの中低速域における出力トルクよりもやや低められているので、第１の実施形態よりもリフティングモード時において燃費低減を図ることができるという利点がある。
次に、本発明の第４の実施形態について以下に説明する。図７には、第４の実施形態に係るエンジン・油圧制御システムの概略構成を表わすブロック図が示されている。また、図８には、第４の実施形態に係るエンジン出力トルク特性線図が示されている。なお、本実施形態において、前記各実施形態と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては本実施形態に特有の部分を中心に説明することとする。
エンジンコントローラ２８には、図７および図８において記号ＥＬＡ″で示されるラインで表わされるエンジン出力トルク特性がリフティングモードに対応するエンジン出力トルク特性としてマップ化されて記憶されている。このエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″は、アイソクロナス制御ラインＬａを有するとともに前記エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡに比し中低速域における出力トルクがやや低められ、さらにそのアイソクロナス制御ラインＬａに連続する制御ラインＬｅを有している。ここで、この制御ラインＬｅは、エンジン出力を略等馬力で推移させる制御ラインである（以下、この制御ラインＬｅを等馬力制御ラインＬｅと称する。）。このエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″によれば、エンジン１６は、無負荷状態から負荷が増加すると一旦アイソクロナス制御ラインＬａに沿って運転され、負荷が要求するエンジン出力トルク値が所定値Ｔｓに到達し更に増加傾向にあると、等馬力制御ラインＬｅに沿って運転される。
ポンプコントローラ３３には、図７および図８において記号ＰＬＡ′で示されるラインで表わされるポンプ吸収トルク特性がリフティングモードに対応するポンプ吸収トルク特性としてマップ化されて記憶されている。このポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡ′は、エンジン回転数を変数とする単調増加関数となるようにされるとともに、等馬力制御ラインＬｅ上の出力トルク点Ｍｃにおいてエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″とマッチングするようにされている。
本実施形態においては、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からリフティングモード選択スイッチ２３をＯＮすると、図８に示されるように、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″が設定されるとともに、等馬力制御ラインＬｅ上の出力トルク点Ｍｃにおいてそのエンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″とマッチングするポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡ′が設定される。一方、運転者が作業モード選択スイッチ２４の中からアクティブモード選択スイッチ２１をＯＮすると、同図に示されるように、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＢが設定されるとともに、エンジン１６の出力が最大となる出力トルク点Ｍｂにおいてそのエンジン出力トルク特性ラインＥＬＢとマッチングするポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＢが設定される。
本実施形態においてリフティングモードが選択された際には、無負荷状態から負荷が増加すると一旦アイソクロナス制御ラインＬａに沿ってエンジン１６が運転され、負荷が要求するエンジン出力トルク値が所定値Ｔｓに到達し更に増加傾向にあると、等馬力制御ラインＬｅに沿ってエンジン１６が運転される。そして、エンジン１６の実回転数は、エンジン出力トルク特性ラインＥＬＡ″とポンプ吸収トルク特性ラインＰＬＡ′とが交差する出力トルク点Ｍｃ（以下、「マッチング点Ｍｃ」という。）に対応するエンジン回転数Ｎｃに収束されることになる。この際、エンジン出力トルクはエンジン１６それ自身の等馬力特性に従って変化されるので、負荷の増分に対してエンジン回転数が緩やかに変化されながらエンジン出力トルクが増加されることになる。さらに、エンジン１６の出力トルクがマッチングＭｃに収束される際には、エンジン１６の出力がそのマッチング点Ｍｃにおいて必要とされるエンジン出力に保たれるから、エンジン１６が出力過剰に陥ることはない。
本実施形態によれば、微操作性を損なうことなく高負荷作業を良好に行うことができるとともに、第３の実施形態に比しリフティングモードにおいて更に燃費低減を図ることができる。
なお、前記各実施形態においては、油圧ショベルに本発明が適用された例を示したが、油圧ショベル以外の建設機械や、産業車両、農業機械等に本発明が適用し得るのは言うまでもない。
Claims (3)
- 原動機により駆動される油圧ポンプからの圧油によって作動される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータの作動により駆動される作業機と、作業内容に基づいて設定される複数の作業モードのそれぞれに対応させて前記原動機の出力を制御する原動機制御装置と、前記複数の作業モードのうちいずれかの作業モードを選択する作業モード選択手段を備え、
前記複数の作業モードのうち前記作業機を微速作動させる微操作作業モードが前記作業モード選択手段によって選択されると、前記原動機制御装置は、負荷変動に拘らず前記原動機の回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を行い、
前記複数の作業モードのうち前記原動機の設定回転数が定格出力回転数付近に設定される作業モードが前記作業モード選択手段によって選択されると、前記原動機制御装置は、負荷変動に応じて前記原動機の回転数を増減するレギュレーション制御を行う
ことを特徴とする原動機制御装置を具備する作業機械。 - 前記原動機制御装置は、前記微操作作業モードにおいて、負荷が要求する前記原動機の出力トルク値が所定値に到達し更に増加傾向にある場合に、前記アイソクロナス制御に連続して等馬力制御を行う請求項１に記載の原動機制御装置を具備する作業機械。
- 原動機により駆動される油圧ポンプからの圧油によって作動される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータの作動により駆動される作業機と、
作業内容に基づいて設定される複数の作業モードのそれぞれに対応させて前記原動機の出力を制御する原動機制御装置と、前記複数の作業モードのうちいずれかの作業モードを選択する作業モード選択手段を備え、
前記複数の作業モードのうち前記作業機を微速作動させる微操作作業モードおよび前記複数の作業モードのうち前記原動機の設定回転数が定格出力回転数付近に設定される作業モードが前記作業モード選択手段によって選択されると、前記原動機制御装置は、負荷変動に拘らず前記原動機の回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を行う
ことを特徴とする原動機制御装置を具備する作業機械。
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