JP5824071B2 - 内燃機関の制御装置、作業機械及び内燃機関の制御方法 - Google Patents
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Description
この油圧ショベル1は、車両本体2と作業機3とを備えている。車両本体2は、下部走行体4と上部旋回体5とを有する。下部走行体4は、一対の走行装置4a、4aを有する。各走行装置4a、4aは、それぞれ履帯4b、4bを有する。各走行装置4a、4aは、走行モータ21を有する。図1に示す走行モータ21は、左側の履帯4bを駆動する。図1には記載されていないが、油圧ショベル1は、右側の履帯4bを駆動する走行モータも有している。左側の履帯4bを駆動する走行モータを左走行モータ、右側の履帯4bを駆動する走行モータを右走行モータという。右走行モータと左走行モータとは、それぞれ履帯4b、4bを駆動することによって、油圧ショベル1を走行又は旋回させる。
図2は、本実施形態に係る油圧ショベル1の駆動システムを示す概略図である。本実施形態において、油圧ショベル1は、エンジンと、このエンジンによって駆動されて発電する発電電動機と、電力を蓄える蓄電装置と、発電電動機19が発電した電力又は蓄電装置から放電される電力が供給されて駆動する電動機とを組み合わせたハイブリッド方式の作業機械である。具体的には、油圧ショベル1は、上部旋回体5を電動機(以下、適宜旋回モータという)で旋回させる。
図3は、本実施形態に係るエンジン17の制御に用いられるトルク線図の一例を示す図である。トルク線図は、エンジン17の出力シャフト17SのトルクT(N×m)と、出力シャフト17Sの回転速度n(rpm:rev/min)との関係を示している。図3には、等スロットル線EL1、EL2、EL3a、EL3b、EL3c、EL3d、EL3e、EL3fと、等馬力線EP0、EPa、EPb、EPc、EPd、EPe、EPfと、制限線VL、HL、LLと、エンジン17の最大トルク線TLと、ポンプ吸収トルク線PLと、マッチングルートMLとが示されている。
図5は、エンジン17の制御フローを示す図である。図6は、無負荷最大回転速度演算ブロック110を示す図である。機関制御装置としてのエンジンコントローラ30及びポンプコントローラ33の少なくとも一方は、エンジン制御指令としてのエンジン回転速度指令値とエンジン出力指令値とを求め、ポンプ制御指令としてポンプ吸収トルク指令値を求める。本実施形態において、本実施形態において、エンジンコントローラ30は、エンジン回転速度指令値D270及びスロットル指令値(スロットル開度の指令値)D250を取得し、これらに基づいてエンジン17の運転状態を制御する。スロットル指令値D250は、油圧ショベル1が搭載するエンジンコントローラ30以外の制御装置が生成した、スロットルダイヤル28の設定値(指令値)と同種類の指令値に対応する。油圧ショベル1が搭載するエンジンコントローラ30以外の制御装置は、例えば、ポンプコントローラ33又はハイブリッドコントローラ23a等である。
旋回馬力(kW)=2π/60×旋回モータ回転速度×旋回モータトルク/1000×係数・・・(1)
ファン馬力=ファン定格馬力×(エンジン回転数/ファン定格時エンジン回転数)^3・・・(2)
エンジン実出力(kW)=2×π/60×実回転速度×エンジントルク/1000・・・(2)
最小発電出力(kW)=2π/60×エンジン回転数×最小発電トルク÷1000・・・(3)
エンジン回転速度指令値D270=目標マッチング回転速度np1を無負荷回転速度np1aに変換した回転速度+下限回転速度オフセット値Δnm・・・(4)
ポンプ目標マッチングトルク=(60×1000×(エンジン目標出力−ファン馬力))/(2π×目標マッチング回転速度)・・・(5)
ポンプ吸収トルク=ポンプ目標マッチングトルク−Kp×(目標マッチング回転速度−エンジン回転数)・・・(6)
1PS 駆動システム
2 車両本体
3 作業機
4 下部走行体
5 上部旋回体
14 ブームシリンダ(油圧シリンダ)
15 アームシリンダ(油圧シリンダ)
16 バケットシリンダ(油圧シリンダ)
17 エンジン
17S 回転速度検出センサ
18 油圧ポンプ
18a 斜板角センサ
20 コントロールバルブ
20a ポンプ圧検出部
27 レバー操作量検出部
27S 圧力センサ
28 スロットルダイヤル
30 エンジンコントローラ
31 旋回油圧モータ
32 コモンレール制御部
33 ポンプコントローラ
EL1 第1等スロットル線
EL2 第2等スロットル線
EL3 第3等スロットル線
EP 等馬力線
ML マッチングルート
Claims (13)
- 作業機械に搭載されて前記作業機械の動力源となる内燃機関を制御するにあたり、
前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第1の関係と、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が0である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が0を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第2の関係と、の補間関係から得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第3の関係と、
前記内燃機関の回転速度に対する出力が一定となるように定められた前記内燃機関の回転速度と前記内燃機関のトルクについての第4の関係と、
前記第3の関係と前記第4の関係とが交差する部分より前記内燃機関の高回転速度側において前記第4の関係より前記内燃機関の回転速度に対する前記内燃機関のトルクの関係が小さくなるように前記第3の関係を規定し、規定された前記第3の関係を用いて前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御装置。 - 前記第3の関係と前記第4の関係とが交差する部分より低回転速度側において、前記第4の関係より前記内燃機関の回転速度に対する前記内燃機関のトルクが大きくなるように前記第3の関係を規定し、規定された前記第3の関係を用いて前記内燃機関の運転状態を制御する、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 請求項1又は請求項2において、前記内燃機関の制御装置は、
前記第4の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第5の関係とが交差する部分を通るときの前記第3の関係を用いて、前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御装置。 - 請求項3において、前記内燃機関の制御装置は、
前記第3の関係と前記第5の関係とが交差するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御装置。 - 請求項3又は請求項4において、前記内燃機関の制御装置は、
さらに、前記作業機械の負荷が低下した場合における前記内燃機関の最大回転速度である無負荷最大回転速度から定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第6の関係を用いて、前記第4の関係と前記第5の関係とが交差する部分を通るときの前記第3の関係を用いた制御中に前記内燃機関の負荷が低下したときの運転状態を、前記第3の関係と前記第6の関係とが交差するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように制御する、内燃機関の制御装置。 - 請求項5に記載において、
前記第6の関係は、前記回転速度の増加とともに、前記トルクが小さくなる関係である、内燃機関の制御装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項において、
前記第1の関係は、前記内燃機関が実際に出力できる上限値よりも大きい出力となるように定められる、内燃機関の制御装置。 - 内燃機関と、
前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第1の関係と、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が0である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が0を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第2の関係と、の補間関係から得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第3の関係が、前記内燃機関の出力が一定となるように定められた前記内燃機関のトルクと回転速度との第4の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第5の関係とが交差する部分を通るときの前記第3の関係での回転速度及びトルクとなるように、前記内燃機関の運転状態を制御する内燃機関の制御装置と、
を含み、
前記内燃機関の制御装置は、
前記作業機械の負荷が低下した場合における前記内燃機関の最大回転速度である無負荷最大回転速度から定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第6の関係を用いて、前記第4の関係と前記第5の関係とが交差する部分を通るときの前記第3の関係を用いた制御中に前記内燃機関の負荷が低下したときの運転状態を、前記第3の関係と前記第6の関係とが交差するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように制御する、作業機械。 - 前記内燃機関と、
前記内燃機関によって駆動される発電電動機と、
電力を蓄える蓄電装置と、
前記発電電動機が発電した電力又は前記蓄電装置から放電される電力が供給されて駆動する電動機と、
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置と、
を含む、作業機械。 - 作業機械に搭載されて前記作業機械の動力源となる内燃機関を制御するにあたり、
前記作業機械の運転状態を検出し、
検出した前記運転状態を基に、
前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応し、かつ前記内燃機関の定格出力となる回転速度での出力が前記定格出力以上になるように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第1の関係と、前記内燃機関の各回転速度において前記内燃機関に対する燃料噴射量が0である場合に対応し、前記内燃機関のトルク及び回転速度が0を起点として、前記内燃機関の回転速度の増加にしたがって、前記内燃機関のトルクが低下するように定められた、前記内燃機関のトルクと回転速度との第2の関係と、の補間関係から得られる、前記内燃機関のトルクと回転速度との関係である第3の関係と、
前記内燃機関の回転速度に対する出力が一定となるように定められた前記内燃機関の回転速度と前記内燃機関のトルクについての第4の関係と、
前記第3の関係と前記第4との関係が交差する部分より前記内燃機関の高回転速度側において前記第4の関係より前記内燃機関の回転速度に対する前記内燃機関のトルクの関係が小さくなるように第3の関係を規定し、規定された前記第3の関係を用いて前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御方法。 - 前記第3の関係と前記第4の関係とが交差する部分より低回転速度側において、前記第4の関係より前記内燃機関の回転速度に対する前記内燃機関のトルクが大きくなるように前記第3の関係を規定し、規定された前記第3の関係を用いて前記内燃機関の運転状態を制御する、請求項10に記載の内燃機関の制御方法。
- 請求項10又は請求項11において、
前記内燃機関の運転状態を制御する場合、
前記第4の関係と、前記内燃機関の出力に対する燃料消費率が最も小さくなるように設定された前記内燃機関のトルクと回転速度との第5の関係とが交差する部分を通るときの前記第3の関係を、前記第4の関係に対応する出力を前記内燃機関に発生させるために用いる、内燃機関の制御方法。 - 請求項12において、
前記内燃機関の運転状態を制御する場合、
前記第3の関係と前記第5の関係とが交差するときにおける前記回転速度及び前記トルクになるように前記内燃機関の運転状態を制御する、内燃機関の制御方法。
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