JP4489697B2 - 建設機械のエンジン制御装置 - Google Patents

Description

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り、特に、エンジン回転数を高回転域のノーマルモードと、低回転域の省エネモードとに切り換え可能に制御する建設機械であって、アスファルトフィニッシャなどの道路舗装機械のエンジン制御装置に関するものである。

従来の此種建設機械では、油圧ポンプ吐出側のメイン回路に設けた圧力センサからの圧力信号に基づき、車載コントローラから油圧ポンプのレギュレータに、電磁比例弁を介してポンプ傾転指令信号を出力するように制御するとともに、車載コントローラにて算出したポンプ吸収馬力と、その時点でのエンジン回転数におけるエンジン性能曲線に基づくエンジン馬力とを比較演算し、これに基づいて車載コントローラからエンジンのカバナに対して回転指令信号を出力するエンジン制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、スイッチ操作にてノーマルモードと省エネモードとを切り換えることにより、エンジン回転数を高低何れかに選択可能に形成するとともにオートモードを設定し、該オートモード選択時に予め設定したネガコン信号を検出するセンサからの信号を車載コントローラで監視し、該センサの検出信号により最適モードがノーマルモードか省エネモードかを自動的に選択できるようにした建設機械の省エネ回路が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−１８９７６４号公報 特開２００４−７６６４９号公報

特許文献１記載の発明は、メイン回路に設けた圧力センサからの圧力信号に基づいて車載コントローラが作業負荷を判断し、作業負荷に応じてエンジンガバナに回転指令信号を出力するものであり、油圧ショベル等の建設機械では作業負荷に適合したエンジン馬力を出力できる。しかし、アスファルトフィニッシャなどの道路舗装機械ではコンベヤやスクリュースプレッダ等が断続的に駆動され、その圧力変化に基づいてエンジン回転制御を行うと、負荷変動によって走行モータの回転が変化することがあり、車速が低下すると舗装面の仕上げに悪影響を与えることになる。

特許文献２記載の発明は、作業負荷によりネガコン回路の圧力が高くなったときに、エンジン回転数を高回転域のノーマルモードと、低回転域の省エネモードとを自動的に切り換えるものであり、ブーム下げ動作等のブリードオフ時であっても省エネを図ることができる。しかし、特許文献１と同様に、圧力変化に基づいてエンジン回転制御を行うと、道路舗装機械では舗装面の仕上げに悪影響を与えることになる。

そこで、ノーマルモードと省エネモードとを切り換え可能に制御する建設機械で、メイン回路の圧力変化以外の手段にて作業負荷の増減を検出し、省エネモードの利便性を高めて省エネモードの利用機会を増加させ、燃料消費量や騒音を抑制するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、エンジン回転数を高回転域のノーマルモードと、低回転域の省エネモードとに切り換え可能に制御する建設機械であって、車速を検出する速度検出手段と、エンジン回転数を制御するエンジン電子制御手段と、前記車速検出手段の検出値に基づき前記エンジン電子制御手段に指令信号を送ってエンジン回転数を前記ノーマルモードと省エネモードの何れかに切り換える車載コントローラとを備え、省エネモードの場合に、作業負荷により車速が変動して所定領域よりも低下したときは、前記車載コントローラがエンジン回転数をノーマルモードに切り換え指令することを特徴とする建設機械のエンジン制御装置を提供する。

この構成によれば、車速検出手段にて建設機械の車速を検出し、省エネモードの場合に、作業負荷の増大によるエンジン回転数の低下に伴って車速が所定領域よりも低下したときは、エンジン回転数をノーマルモードに切り換えるべく、車載コントローラからエンジン電子制御手段へエンジン回転数上昇指令を発する。エンジン電子制御手段は、この指令を受けてエンジン回転数をノーマルモードに規定されている回転数に上昇させる。

請求項２記載の発明は、上記エンジン回転数がノーマルモードに切り換わった後に、作業負荷が軽減されて車速が所定領域まで上昇したときは、前記車載コントローラがエンジン回転数を省エネモードに切り換え指令することを特徴とする請求項１記載の建設機械のエンジン制御装置を提供する。

この構成によれば、エンジン回転数がノーマルモードに切り換わった後に、作業負荷の軽減により車速が所定領域まで上昇したときは、エンジン回転数を省エネモードに切り換えるべく、車載コントローラからエンジン電子制御手段へエンジン回転数下降指令を発する。エンジン電子制御手段は、この指令を受けてエンジン回転数を省エネモードに規定されている回転数に下降させる。

請求項１記載の発明は、省エネモードの場合に車速が低下したときは、車載コントローラが作業負荷の増大と判断してエンジン回転数を上昇させるので、エンストや車速低下による舗装面の仕上げ悪化を防止できる。

請求項２記載の発明は、上記エンジン回転数の上昇後に、車速が上昇して所定領域まで復帰したときは、車載コントローラがエンジン回転数を下降させるので、請求項１記載の効果に加えて、燃料消費量が低減されて省エネに貢献できる。

かくして、省エネモードでの利便性が高まり、省エネモードの利用機会が増加して、燃料消費量や騒音を抑制することができる。

以下、本発明に係る建設機械のエンジン制御装置について、好適な実施例をあげて説明する。ノーマルモードと省エネモードとを切り換え可能に制御する建設機械で、メイン回路の圧力変化以外の手段にて作業負荷の増減を検出し、省エネモードの利便性を高めて省エネモードの利用機会を増加させ、燃料消費量や騒音を抑制するという目的を達成するために、本発明はエンジン回転数を高回転域のノーマルモードと、低回転域の省エネモードとに切り換え可能に制御する建設機械であって、車速を検出する速度検出手段と、エンジン回転数を制御するエンジン電子制御手段と、前記車速検出手段の検出値に基づき前記エンジン電子制御手段に指令信号を送ってエンジン回転数を前記ノーマルモードと省エネモードの何れかに切り換える車載コントローラとを備え、省エネモードの場合に、作業負荷により車速が変動して所定領域よりも低下したときは、前記車載コントローラがエンジン回転数をノーマルモードに切り換え指令することにより実現した。

図１は建設機械の一例としてアスファルトフィニッシャのエンジン制御装置の全体構成図であり、エンジン１１はエンジン電子制御手段であるＥＣＭ（またはＥＣＵ）１２からの信号により燃料噴射量や噴射タイミングが調整されてエンジン回転数が制御され、該エンジン１１の回転数信号はＥＣＭ１２から車載コントローラ１３に送られる。

車載コントローラ１３は走行系の油圧機器（油圧ポンプや油圧モータ）１４へ指令信号を送り、該走行系の油圧機器１４の流量や傾転角が調整されて油圧モータ（走行モータ）の回転数が制御され、アスファルトフィニッシャの車速が決定する。油圧モータには車速を検出する手段として車速センサ１５が設けられている。該車速センサ１５の検出信号は前記車載コントローラ１３へ送られる。

前記エンジン１１は燃料噴射をＥＣＭ１２により電子制御にて行い、該ＥＣＭ１２は通信により車載コントローラ１３とデータの送受をしている。車載コントローラ１３からＥＣＭ１２へエンジン回転数の指令を送ると、ＥＣＭ１２が燃料噴射量や噴射タイミングなど調整して制御する。そして、エンジン１１の回転数は回転センサ１６によって検出し、そのデータはＥＣＭ１２から車載コントローラ１３へ送られる。

次に、車速制御について説明する。前記車載コントローラ１３から走行系の油圧機器１４へ指令電流を送り、油圧ポンプの吐出量を変化させて油圧モータの回転数を制御することにより、車速が増減する。予め、エンジン回転数が高回転域のノーマルモードと、低回転域の省エネモードが設定されており、車載コントローラ１３の制御にて自動的に切り換え可能、あるいは、スイッチにて手動切り換え可能に形成されている。

本実施例では、前記車速センサ１５にて油圧モータの回転数を検出し、その検出信号が車速情報として車載コントローラ１３に送られる。車載コントローラ１３では検出信号から車速を演算し、走行系の油圧機器１４へ指令電流を増減して車速が一定に保持されるようにフィードバック制御を行う。

舗装作業中は低速走行であるので、低回転域の省エネモードにてフィードバック制御を行うが、スピンターンを行う場合や車速センサ１５が故障してセンサエラーとなった場合は、低速であってもフィードバック制御は行わず、予め定められている指令電流を出力するオープン制御となる。

ここで、作業負荷が増大した場合のエンジン制御について説明する。図２は車速の変動を表すグラフであり、通常ではフィードバック制御を行っているので、加速または減速の過渡期を除けば、車速は一定の変動幅の所定領域Ａに収まる。しかし、作業系の負荷が増大して、ＥＣＭ１２で制御できないトルクがかかったときはエンジン回転数が低下し、走行系の油圧機器１４の油圧ポンプの吐出量が減少するため車速が低下する。

本実施例では、車速センサ１５により車載コントローラ１３が車速を監視し、車速が通常の変動幅である所定領域Ａから外れて危険領域Ｂまで低下したときは、作業負荷が増大したために車速が低下したものと判断する。

舗装作業中に車速が急激に低下すると、舗装面の平坦性に対して悪影響が生じるので、車速が上記所定領域Ａよりも低下して危険領域Ｂに入ったときは、省エネモード（エコモード）からノーマルモード（定格回転）に切り換えてエンジン回転数を上昇させるように、車載コントローラ１３はＥＣＭ１２へモードの切り換え指令を行う。

省エネモードからノーマルモードに切り換えてエンジン回転数を上昇する場合、いくつかの制御方法が考えられる。

［１］エンジン１１を最大定格回転数まで一気に上昇させるように、車載コントローラ１３からＥＣＭ１２へ指令する。図３〜図４に示すように、車速の変動が想定以下（領域Ａ内）である場合はフィードバック制御にて省エネモードを維持し、車速の変動が想定を超えて領域Ｂに落ちたときは、エンジン回転数を最大定格回転数まで一気上昇させる。

このとき、車速は一時的に目標車速よりも増大するが、フィードバック制御によって目標車速に収束する。また、通常のノーマルモードとは違って、省エネモードで過負荷になってノーマルモードへ移行したことを区別するために、省エネ／過負荷フラグをＯＮにする。

［２］エンジン１１を最大定格回転数まで徐々に上昇させるように、車載コントローラ１３からＥＣＭ１２へ指令する。図５〜図６に示すように、車速の変動が想定以下（領域Ａ内）である場合はフィードバック制御にて省エネモードを維持し、車速の変動が想定を超えて領域Ｂに落ちたときは、車速の急変を防ぐため、フィードバック制御が追従できるようにエンジン回転数を上昇させて、負荷の状況に関係なく（車速とは無関係に）、予め決めておいた一定の割合でゆっくりと最大定格回転数まで上昇させる。

あるいは、図７〜図８に示すように、速度の指令電流は一定に固定しておき、徐々にエンジン回転数が上昇して車速が目標速度に達したときに回転数の上昇を停止し、それ以降はフィードバック制御に戻すようにしてもよい。すなわち、車速を監視しながらフィードバック制御を行い、ノーマルモードではあるが、必ずしも、最大定格回転数まで上昇するとは限らない。そして、上記いずれの場合でも、省エネモードで過負荷になってノーマルモードへ移行したので、省エネ／過負荷フラグをＯＮにする。

［３］舗装作業の低速時は、作業系の負荷を減少させてエンジン回転数を上昇させる。コンベヤやスクリュースプレッダ等を駆動する作業系の油圧機器を流量一定制御している場合、負荷によりエンジン回転数が低下し始めると流量不足となるため、油圧ポンプの吐出量を増大させようとするが、エンジン負荷がさらに増大してエンストする危険性が高くなる。

そこで、図９に示すように、一時的に作業系の油圧機器の速度をエンジン回転数に比例させて低下するように指令して、エンジンにかかる負荷を減少し、エンジン回転数が上昇した後に作業系の油圧機器を元の速度に復帰させる。この場合でも、省エネモードで過負荷になってノーマルモードへ移行したので、省エネ／過負荷フラグをＯＮにする。

このように、車速が低下したときに省エネモードからノーマルモードに切り換えてエンジン回転数を上昇する場合、いくつかの制御方法が考えられるが、上記［１］に記載した制御方法は、エンジン回転数が急激に上昇すると車速が急増して、舗装面の平坦性に悪影響を与えることになり、好ましくない。したがって、［２］または［３］に記載した制御方法でエンジン回転数を上昇させるのが好ましい。

上述したように、エンジン回転数がノーマルモードに切り換わった後に、作業負荷が軽減されて車速が前記所定領域Ａまで上昇したときは、燃料を節約するためにノーマルモードから省エネモードに戻してエンジン回転数を下降させるように、車載コントローラ１３はＥＣＭ１２へモードの切り換え指令を行う。

ノーマルモードから省エネモードに切り換えてエンジン回転数を下降する場合、いくつかの制御方法が考えられる。先ず、省エネモードへ復帰するタイミングについては、

［１］負荷の状態は観察せず、ノーマルモードに切り換わってから予め設定した所定の時間が経過したときに、エンジン回転数を省エネモードに復帰させる。図１０に示すように、ノーマルモードで省エネ／過負荷フラグがＯＮであるときに、初回のみタイマ回路を起動し、予め設定した時間が経過したときは、後述する方法で省エネモードに復帰する。

［２］ＥＣＭ１２から送られるエンジン負荷率を車載コントローラ１３が監視し、負荷率が一定値を下回ったときに、エンジン回転数を省エネモードに復帰させる。図１１に示すように、ノーマルモードで省エネ／過負荷フラグがＯＮであるときに、エンジン負荷率データが設定値以下になったときは、後述する方法で省エネモードに復帰する。

［３］車体の走行停止に連動させてエンジン回転数を省エネモードに復帰させる。たとえば、走行スイッチがオフ、速度設定ダイヤルが「０」、車速が「０」など、車体の走行が停止した情報が得られるまではノーマルモードを継続して省エネモードに復帰しない。ただし、走行に連動させている場合は低アイドル状態まで下げる。図１２に示すように、ノーマルモードで省エネ／過負荷フラグがＯＮであるときに、走行スイッチがオフ、速度設定ダイヤルが「０」、車速が「０」の何れかであるときは、車体が停止するため負荷が低下していると判断し、直ちに省エネモードに復帰する。このとき、省エネ／過負荷フラグをＯＦＦにする。

あるいは、省エネモードスイッチを一度オフしたらリセットして、再び省エネモードスイッチがオンとなったときに省エネモードに復帰させる。図１３に示すように、ノーマルモードで省エネ／過負荷フラグがＯＮであるときに、省エネスイッチをＯＦＦして一度省エネモードを解除すると省エネ／過負荷フラグがＯＦＦになり、オペレータの意思によりエンジン回転数を下げることが明示されたと判断して、省エネ移行モードではなく、直ちに省エネモードで設定したエンジン回転数に変更される。

また、省エネモードへ復帰する方法については、
［１］車速に急変が生じないような一定の割合で、エンジン回転数を省エネモードの設定回転数まで下降させる。図１４に示すように、省エネモードへ移行すべくエンジン回転数を低下させている途中で、負荷の増大などによりエンジン回転数が省エネモードで設定したエンジン回転数以下に落ちたときは、一旦省エネモードになるが、そこで過負荷と判断されると、再びノーマルモードに切り換わる。

［２］エンジン回転数を少し下降させたら、その回転数をしばらく保持してエンジン負荷を観測し、まだエンジン回転数を下降できる状況であれば、さらに少し下降させる。図１５に示すように、省エネモードへ移行すべくエンジン回転数を低下させている途中で、エンジン負荷率を監視しながらエンジン回転数を少し下げ、ノーマルモードと省エネモードの中間くらいのエンジン回転数で運転することもできる。

上記何れかのタイミングおよび方法にて、ノーマルモードから省エネモードへ復帰させることにより、エンジン回転数が低回転となり、燃料消費量が低減されて省エネに貢献できる。かくして、省エネモードでの利便性が高まり、省エネモードの利用機会が増加して、燃料消費量や騒音を抑制することができる。

なお、本実施例では、車速センサ１５により走行系油圧モータの回転数を検出して車速を演算しているが、回転センサ１６により直接エンジン回転数を検出して作業負荷を判断してもよい。

本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明が適用されたアスファルトフィニッシャのエンジン制御装置の全体構成図。 本発明に係るエンジン制御で車速の変動を表すグラフ。 本発明に係るエンジン制御の一例を表すグラフ。 図３に説明するエンジン制御のフローチャート。 本発明に係るエンジン制御の他の一例を表すグラフ。 図５に説明するエンジン制御のフローチャート。 本発明に係るエンジン制御の他の一例を表すグラフ。 図７に説明するエンジン制御のフローチャート。 本発明に係るエンジン制御の他の一例を表すグラフ。 本発明に係るエンジン制御で省エネモード復帰の一例を表すグラフ。 本発明に係るエンジン制御で省エネモード復帰の他の一例を表すグラフ。 本発明に係るエンジン制御で省エネモード復帰の他の一例を表すグラフ。 本発明に係るエンジン制御で省エネモード復帰の他の一例を表すグラフ。 本発明に係るエンジン制御で省エネモード復帰の他の一例を表すグラフ。 本発明に係るエンジン制御で省エネモード復帰の他の一例を表すグラフ。

符号の説明

１１ エンジン
１２ ＥＣＭ（エンジン電子制御手段）
１３ 車載コントローラ
１４ 走行系の油圧機器
１５ 車速センサ
１６ 回転センサ
Ａ 所定領域
Ｂ 危険領域

Claims (2)

1. エンジン回転数を高回転域のノーマルモードと、低回転域の省エネモードとに切り換え可能に制御する建設機械であって、
   車速を検出する速度検出手段と、エンジン回転数を制御するエンジン電子制御手段と、
   前記車速検出手段の検出値に基づき前記エンジン電子制御手段に指令信号を送ってエンジン回転数を前記ノーマルモードと省エネモードの何れかに切り換える車載コントローラとを備え、
   省エネモードの場合に、作業負荷により車速が変動して所定領域よりも低下したときは、前記車載コントローラがエンジン回転数をノーマルモードに切り換え指令することを特徴とする建設機械のエンジン制御装置。
2. 上記エンジン回転数がノーマルモードに切り換わった後に、作業負荷が軽減されて車速が所定領域まで上昇したときは、前記車載コントローラがエンジン回転数を省エネモードに切り換え指令することを特徴とする請求項１記載の建設機械のエンジン制御装置。
   
   

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