JP3589710B2

JP3589710B2 - 建設機械のエンジンおよびポンプの制御装置

Info

Publication number: JP3589710B2
Application number: JP23379594A
Authority: JP
Inventors: 幸男佐古
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JPH0893520A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械のエンジンとポンプの制御装置に関するものであり、特に、オールスピードガバナのラック変位により燃料噴射量を増減させてエンジンの回転数を制御し、且つ、入力馬力設定用レギュレータによりポンプの入力馬力を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来此種建設機械に於いては、作業内容によって必要とされるエンジン回転数およびポンプ馬力が相違するため、随時これらを適切な値に調節する必要があり、不適切なエンジン回転数およびポンプ馬力で運転がなされると、燃料ロスを招く。そこで、省エネを図りつつ操作性を向上させるため、マイコンを搭載することによりエンジン回転数とポンプ入力馬力との組合せによる複数個の作業モードを設定し、そして、オペレータが作業内容に応じて、上記複数個の作業モードの中から最適な作業モードを選択することによりエンジン回転数とポンプ入力馬力とを制御する手段が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の制御手段においては、オペレータ自身が各種作業内容に対していずれの作業モードが最適であるかを判断しなければならない。しかし、実際の作業において、その判断は困難な場合が多い。
【０００４】
一方、特開平３−１６４５４１の如く、エンジン負荷率の表示手段を設けることにより作業モードの選択を容易にする提案もなされている。しかし、オペレータが上記表示を逐次確認しながら作業をするのは困難であり、有効な解決手段とは言い難い。
【０００５】
そこで、オペレータの負担を軽減するとともに、作業内容に応じてエンジン回転数およびポンプ入力馬力を適切な値に制御することにより、省エネを実現するために解決せらるべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案せられたものであり、オールスピードガバナのラックを変位させて、燃料噴射量を増減することによりエンジン回転数を制御し、且つ、該エンジンによりポンプを駆動するとともに入力馬力設定用レギュレータによりポンプの入力馬力を制御する建設機械において、ラックセンサにより変位量を検出するとともに前記ラック変位量を安定化処理することにより、実効的エンジン負荷率を算出するコントローラを設け、且つ、前記コントローラにはエンジン回転数とポンプ入力馬力との組合せによる複数段階の作業モードが設定され、該コントローラの指令する作業モードに応じてエンジン回転数設定器と入力馬力設定用レギュレータとが制御されるとともに、前記複数段階の作業モードにおける中間の各作業モードには次段階作業モードへの切換領域、安定領域および前段階作業モードへの切換領域が設けられ、且つ、最高段階の作業モードには安定領域および前段階作業モードへの切換領域が設けられ、更に、最低段階の作業モードには次段階作業モードへの切換領域および安定領域が設けられるとともに、各作業モードにおける切換領域は、該切換領域が指定する次段階または前段階作業モードにおける安定領域と重複する部分を有し、一方、前記実効的エンジン負荷率が所定値を超えるときであって、且つ、一定時間以上いずれかの作業モードにおける切換領域にあるときは、該切換領域が指定する次段階または前段階作業モードへ切り換えるように制御する建設機械のエンジンおよびポンプ制御装置、および上記コントローラが作業モードを切り換えるとき、該切換動作を報知するための音声モニタ装置を設けた建設機械のエンジン及びポンプ制御装置を提供するものである。
【０００７】
【作用】
ラックセンサによりラック変位量を検出する。そして、コントローラによって上記ラック変位量の安定化処理を行い、実効的エンジン負荷率を算出する。而して、該実効的エンジン負荷率が安定領域にある場合は作業モードの切換は行われない。一方、実効的エンジン負荷率が一定時間以上、次段階作業モードの切換領域にある場合は次段階作業モードへ切り換えられ、該実効的エンジン負荷率は該次段階作業モードにおける安定領域に位置するようになる。また、反対に実効的エンジン負荷率が一定時間以上前段階作業モードへの切換領域にある場合は、前段階作業モードへ切り換えられ、該実効的エンジン負荷率は該前段階作業モードにおける安定領域に位置するようになる。尚、実効的エンジン負荷率が所定値以下である場合は、上述した作業モードの切り換えを行わない。
【０００８】
斯くして、コントローラより切り換え後の作業モードによる指令が、エンジン回転数設定器と入力馬力設定用レギュレータとに出力されることにより、エンジンおよびポンプは該切り換え後の作業モードに格納されている回転数および馬力に夫々追値するように制御される。
【０００９】
また、作業モードを切り換える場合、事前にコントローラより音声モニタ装置へ信号が出力され、音声により切換動作を予告する。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１乃至図３に従って詳述する。図１において１はラックセンサであり、オールスピードガバナ２に取り付けられコントローラ３に信号が出力されている。該コントローラ３にはエンジン回転数とポンプ入力馬力との組合せによる複数段階の作業モードが設定されている。そして、該作業モードによる指令がエンジン回転数設定器４および入力馬力設定用レギュレータ５に出力され、エンジン６およびポンプ７が制御される。
【００１１】
而して、図２に図示せる如く、エンジン負荷率Ｐとラック変位量Ｒとは一定の対応関係を有している。従って、ラックセンサ１によってラック変位量Ｒを読み込むことにより、エンジン負荷率Ｐを検知することができる。
一方、油圧ショベル等の建設機械においては、上記エンジン負荷率Ｐがなだらかに推移することは稀で、多くの場合、短時間間隔で激しく上下する。従って、このようなエンジン負荷率Ｐの変動にそのまま追従した制御を行おうとすると過剰応答となり、不安定状態に陥るおそれがある。そこで、エンジン負荷率Ｐをより有効なファクタにして安定的制御を行うために、コントローラ３において前記ラック変位量Ｒを所定の読み込み回数ごとに算術平均したり、またはローパスフィルタにより所定の周波数以上の変動を遮断する等の安定化処理を行い、実効的エンジン負荷率Ｐｅｆｆを算出する。
【００１２】
而して、該実効的エンジン負荷率Ｐｅｆｆをパラメータとして作業内容の軽重を判断し、作業モードを切り換える。尚、本実施例においては、図３に図示せる如く、作業モードをエンジン回転数設定値およびポンプ入力馬力設定値の大きい順からＨ，Ｓ，Ｌの三段階に設定している。
【００１３】
そして、最高段階の作業モードＨは、実効的エンジン負荷率 Peff の大きい側から安定領域(1) および前段階作業モードＳへの切換領域(2)の二領域に分割されている。また、中間段階の作業モードＳは実効的エンジン負荷率 Peff の大きい側から次段階作業モードＨへの切換領域(3)、安定領域(4)および前段階作業モードＬへの切換領域(5)の三領域に分割されている。更に、最低段階の作業モードＬは、実効的エンジン負荷率 Peff の大きい側から次段階作業モードＳへの切換領域(6)および安定領域(7)の二領域に分割されている。そして、作業モードＨにおける作業モードＳへの切換領域(2)は作業モードＳにおける安定領域(4)と実効的エンジン負荷率 Peff に対して重複する部分(8)を有している。同様にして、作業モードＳにおける作業モードＨへの切換領域(3)は作業モードＨにおける安定領域(1)と、作業モードＳにおける作業モードＬへの切換領域(5)は作業モードＬにおける安定領域(7)と、作業モードＬにおける作業モードＳへの切換領域(6)は作業モードＳにおける安定領域(4)と、それぞれ実効的エンジン負荷率 Peff に対して重複する部分を有している。ここで、「安定領域」とはＨ、Ｓ、Ｌの各作業モードにおいて作業内容に適合したエンジン回転数およびポンプ入力馬力による運転状態にあるために作業モードの切り換えが不要な領域をいい、「切換領域」とは、Ｈ、Ｓ、Ｌの各作業モードにおいて、実効的エンジン負荷率 Peff が増減し、エンジン回転数およびポンプ入力馬力が作業内容に不適合な運転状態になったときに、異なった作業モードの安定領域への切り換えが必要な領域をいう。また、「次段階作業モード」とは、特定の作業モードに対し、該特定の作業モードのエンジン回転数設定値およびポンプ入力馬力設定値よりも大きいエンジン回転数設定値およびポンプ入力馬力設定値を有する作業モードのうち隣接する作業モードをいい、「前段階作業モード」とは、特定の作業モードに対し、該特定の作業モードのエンジン回転数設定値およびポンプ入力馬力設定値よりも小さいエンジン回転数設定値およびポンプ入力馬力設定値を有する作業モードのうち隣接する作業モードをいう。そして、「最高段階の作業モード」とは引用した先願である特開平３−１６４５４１における重負荷作業（Ｈ）に相当する作業モードをいい、本願においては作業モードＨを指し、「中間段階の作業モード」とは引用した先願である特開平３−１６４５４１における通常負荷作業（Ｓ）に相当する作業モードをいい、本願においては作業モードＳを指し、「最低段階の作業モード」とは同じく引用した先願である特開平３−１６４５４１における微速操作（ＦＣ）に相当する作業モードをいい、本願においては作業モードＬを指す。尚、「複数段階の作業モード」とは、エンジン回転数設定値およびポンプ入力馬力設定値を大きい順に定めたＨ、Ｓ、Ｌの三段階の作業モードをいう。
【００１４】
而して、図３において、実効的エンジン負荷率 Peff が作業モードＳの安定領域(4)に位置するとき、作業内容に適合したエンジン回転数およびポンプ入力馬力による運転状態にあるので、作業モードの切り換えは行われない。そして、作業内容がより重作業になることにより実効的エンジン負荷率 Peff が増加して切換領域(3)へ移行すると、実効的エンジン負荷率 Peff が同等で安定な領域である次段階作業モード、すなわち、エンジン回転数設定値およびポンプ入力馬力設定値がより大きい最高段階の作業モードＨに一点鎖線矢印ａに示すように切り換わり、実効的エンジン負荷率 Peff は安定領域(1)に位置するようになる。また、反対に作業内容がより軽作業になることにより実効的エンジン負荷率 Peff が減少して安定領域(4)から切換領域(5)へ移行すると、実効的エンジン負荷率 Peff が同等で安定な領域である前段階作業モード、すなわち、エンジン回転数設定値およびポンプ入力馬力設定値がより小さい最低段階の作業モードＬに一点鎖線矢印ｂに示すように切り換わり、実効的エンジン負荷率 Peff は安定領域(7)に位置するようになる。このようにして、作業内容の変化に応じてコントローラの自動制御により作業モードが切り換えられる。そして、該コントローラ３より切り換え後の作業モードによる指令がエンジン回転数設定器４と入力馬力設定用レギュレータ５とに出力される。斯くして、該エンジン回転数設定器４によりエンジン６は、該切り換え後の作業モードに格納されている回転数設定値に追値するように制御される。また、該入力馬力設定用レギュレータ５によりポンプ７は該切り換え後の作業モードに格納されている入力馬力設定値に追値するように制御される。この図３においては「複数段階の作業モード」がＨ、Ｓ、Ｌの三段階であるため、「中間の作業モード」は一つしか存在せず、この「「中間段階の作業モード」を基準とした場合、「次段階作業モード」は「最高段階の作業モード」と一致し、「前段階作業モード」は「最低段階の作業モード」と一致する。
【００１５】
尚、前記切換動作は、実効的エンジン負荷率Ｐｅｆｆが安定領域から切換領域へ移行した直後に行うことはせず、該実効的エンジン負荷率Ｐｅｆｆが一定時間以上切換領域に位置していた場合に、作業モードを切り換える。また、前記した如く切り換え後の実効的エンジン負荷率Ｐｅｆｆは、切り換え後の作業モードの安定領域に位置するようになる。従って、作業モードの切り換え直後に再び元へ作業モードへ逆切り換えされることはなく、過剰な応答を回避でき制御を安定させることができる。
【００１６】
更に、実効的エンジン負荷率Ｐｅｆｆが所定値Ｃ以下である場合は、上述した作業モードの切り換え動作を行わない。これによって、負荷が間欠的に発生するような作業の場合に無負荷作業工程での無駄な切り換え動作をバイパスすることができる。
【００１７】
また、作業モードを切り換える場合に、コントローラ３より音声モニタ装置８へ信号を出力し、音声により切換動作の予告をした後に作業モードを切り換えるようにすると、自動制御による運転状態の不意の変化を事前に知ることができ、操作性を向上させることができる。
【００１８】
尚、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。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、上記一実施例にて詳述せる如く、コントローラの自動制御により作業内容に応じて作業モードが切り換えられ、エンジン回転数とポンプ入力馬力が調節されることにより燃料ロスを抑え、省エネを実現している。従って、従来の如く、オペレータが自ら作業中に適切な作業モードを選択する必要がなく、操作性が向上するとともに作業内容と作業モードとの関連性について熟知している必要もない。
【００２０】
また、ラック変位量を安定化処理して算出した実効的エンジン負荷率をもとに切換動作を行い、且つ、切り換え後は前記実効的エンジン負荷率が安定領域に位置するようにして、切り換え直後の逆切り換えが起きないようにするとともに無駄な切換動作をバイパスするように構成されているので、過剰応答による逆省エネ効果を回避することができ安定、且つ、効率的な制御を行うことができる。
【００２１】
更に、オペレータは音声モニタ装置によって事前に切換動作を知ることができるので、操作性がより一層向上する等、正に諸種の効果を奏する発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示し、そのブロック図。
【図２】各作業モードにおけるエンジン回転数と、エンジン負荷率またはラック変位量の関係を示したものであり、横軸上方はエンジン特性、横軸下方はガバナ特性を示す線図。
【図３】本発明の一実施例によるエンジン特性を示す線図。
【符号の説明】
１ラックセンサ
２オールスピードガバナ
３コントローラ
４エンジン回転数設定器
５入力馬力設定用レギュレータ
６エンジン
７ポンプ
８音声モニタ装置

Claims

オールスピードガバナのラックを変位させて、燃料噴射量を増減することによりエンジン回転数を制御し、且つ、該エンジンによりポンプを駆動するとともに入力馬力設定用レギュレータによりポンプの入力馬力を制御する建設機械において、ラックセンサにより変位量を検出するとともに前記ラック変位量を安定化処理することにより、実効的エンジン負荷率を算出するコントローラを設け、且つ、前記コントローラにはエンジン回転数とポンプ入力馬力との組合せによる複数段階の作業モードが設定され、該コントローラの指令する作業モードに応じてエンジン回転数設定器と入力馬力設定用レギュレータとが制御されるとともに、前記複数段階の作業モードにおける中間の各作業モードには次段階作業モードへの切換領域、安定領域および前段階作業モードへの切換領域が設けられ、且つ、最高段階の作業モードには安定領域および前段階作業モードへの切換領域が設けられ、更に、最低段階の作業モードには次段階作業モードへの切換領域および安定領域が設けられるとともに、各作業モードにおける切換領域は、該切換領域が指定する次段階または前段階作業モードにおける安定領域と重複する部分を有し、一方、前記実効的エンジン負荷率が所定値を超えるときであって、且つ、一定時間以上いずれかの作業モードにおける切換領域にあるときは、該切換領域が指定する次段階または前段階作業モードへ切り換えるように制御することを特徴とする建設機械のエンジンおよびポンプ制御装置。
上記コントローラが作業モードを切り換えるとき、該切換動作を報知するための音声モニタ装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の建設機械のエンジン及びポンプ制御装置。