JP5273661B2 - エンジンアクセル制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、アイソクロナス制御方式のエンジンにおけるエンジンアクセル制御方法に関する。

アクセルダイヤルにより設定したアクセルダイヤルポジションが高い場合は、負荷に応じてエンジンアクセルを自動的にシフトさせ、軽負荷時は低燃費かつ低騒音、重負荷時はそれに対応する高出力の各特性を両立させるように制御するエンジンアクセル制御方法がある（例えば、特許文献１参照）。

この場合の負荷判定は、図５に示されるようなドループ制御式のエンジンでは、エンジン回転数を検出して、エンジン回転数−エンジン出力特性からエンジン出力を判定することができる。

特開２００８−２３２１３７号公報（第１頁、図３）

しかしながら、エンジン回転数−エンジン出力特性からエンジン出力を判定できるのは、ドループ制御に限られ、図６に示されるような負荷がかかってエンジン出力が変化しても一定のエンジン回転数を保つことができるアイソクロナス制御には適用できない。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、アイソクロナス制御において負荷判定をし、負荷状態に応じてエンジンアクセルを適切にシフトさせるエンジンアクセル制御方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、作業機械に搭載されたエンジンのアイソクロナス制御において、エンジン燃料噴射状況から把握される出力値またはその移動平均と、エンジンに接続された可変容量型のメインポンプから吐出されるポンプ圧力またはその移動平均とによりエンジンの負荷状態を判定し、負荷状態が重負荷域である場合は、エンジンアクセルをアクセルダイヤルにより設定した設定アクセルポジションに制御し、負荷状態が重負荷域でない場合は、エンジンアクセルを設定アクセルポジションより低いアクセルポジションに自動的にシフトさせ、負荷状態が重負荷域でない場合から重負荷域である場合に変化したときは、エンジンアクセルを設定アクセルポジションより低いアクセルポジションから設定アクセルポジションに自動的にシフトさせ、その際、エンジンアクセルを相対的に高いアクセルポジションから低いアクセルポジションにシフトさせるときよりも、相対的に低いアクセルポジションから高いアクセルポジションにシフトさせるときは、より高出力でシフトさせるようにヒステリシス特性をもたせるエンジンアクセル制御方法である。

請求項２に記載された発明は、作業機械に搭載されたエンジンのアイソクロナス制御において、エンジンに接続された可変容量型のメインポンプから吐出されるポンプ圧力およびポンプ容量制御位置から把握される出力値またはその移動平均と、ポンプ圧力またはその移動平均とにより負荷状態を判定し、負荷状態が重負荷域である場合は、エンジンアクセルをアクセルダイヤルにより設定した設定アクセルポジションに制御し、負荷状態が重負荷域でない場合は、エンジンアクセルを設定アクセルポジションより低いアクセルポジションに自動的にシフトさせ、負荷状態が重負荷域でない場合から重負荷域である場合に変化したときは、エンジンアクセルを設定アクセルポジションより低いアクセルポジションから設定アクセルポジションに自動的にシフトさせ、その際、エンジンアクセルを相対的に高いアクセルポジションから低いアクセルポジションにシフトさせるときよりも、相対的に低いアクセルポジションから高いアクセルポジションにシフトさせるときは、より高出力でシフトさせるようにヒステリシス特性をもたせるエンジンアクセル制御方法である。

請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載のエンジンアクセル制御方法において、設定アクセルポジションより低いアクセルポジションは、複数段設けられたものである。

請求項１に記載された発明によれば、エンジン燃料噴射状況から把握される出力値またはその移動平均により負荷状態を静的に判定し、また、ポンプ圧力またはその移動平均により負荷状態を動的に判定するので、エンジンのアイソクロナス制御においても、負荷状態が重負荷域であるか、そうでないかを適切に判定でき、負荷状態に応じてエンジンアクセルを設定アクセルポジションか、より低いアクセルポジションに適切にシフトさせ、軽負荷時は低燃費かつ低騒音を図り、重負荷時は高出力を得ることができる。特に、エンジンアクセルを相対的に低いアクセルポジションにシフトさせるときよりも、相対的に高いアクセルポジションにシフトさせるときは、より高出力でシフトするようにヒステリシス特性をもたせるので、可能な限り低いアクセルポジションを維持できるとともに、アクセルポジションの切換を円滑にできる。

請求項２に記載された発明によれば、ポンプ圧力およびポンプ容量制御位置から把握される出力値またはその移動平均により負荷状態を静的に判定し、また、ポンプ圧力またはその移動平均により負荷状態を動的に判定するので、エンジンのアイソクロナス制御においても、負荷状態が重負荷域であるか、そうでないかを適切に判定でき、負荷状態に応じてエンジンアクセルを設定アクセルポジションか、より低いアクセルポジションに適切にシフトさせ、軽負荷時は低燃費かつ低騒音を図り、重負荷時は高出力を得ることができる。特に、エンジンアクセルを相対的に低いアクセルポジションにシフトさせるときよりも、相対的に高いアクセルポジションにシフトさせるときは、より高出力でシフトするようにヒステリシス特性をもたせるので、可能な限り低いアクセルポジションを維持できるとともに、アクセルポジションの切換を円滑にできる。

請求項３に記載された発明によれば、設定アクセルポジションより低いアクセルポジションが複数段設けられたことで、アクセルポジション自動シフト制御のエンジン回転数差を小さくできることから、操作性への影響、エンジン音の変動等を抑えることができる。

本発明に係るエンジンアクセル制御方法の一実施の形態を示すエンジン回転数−出力特性の特性図である。 同上制御方法に用いるエンジンアクセル制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。 同上制御方法の一制御例を示すフローチャートである。 同上制御方法の他の実施の形態を示すエンジン回転数−出力特性の特性図である。 一般的なドループ制御をエンジン回転数−出力特性で示す特性図である。 一般的なアイソクロナス制御をエンジン回転数−出力特性で示す特性図である。

以下、本発明を、図１乃至図３に示された一実施の形態、図４に示された他の実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図２は、エンジンアクセル制御装置の概要を示し、油圧ショベルなどの作業機械に搭載されたエンジン11と、このエンジン11により駆動される複数の可変容量形のメインポンプ12（ドライブポンプ12aおよびアイドルポンプ12b）との関係を表わしている。

エンジン11は、燃料噴射制御用にエンジン回転数（回転速度）を検出する回転数センサ13と、電子ガバナ、または制御モータにより電気的に制御可能なメカニカルガバナなどの速度制御用のガバナ14とを備え、これらの回転数センサ13およびガバナ14は、燃料噴射制御用のエンジンコントローラ15に接続されている。

可変容量形のメインポンプ12は、作業機械を作動させる油圧アクチュエータ（油圧モータおよび油圧シリンダ）に作動油を供給するもので、ポンプ容量可変手段としての斜板の傾転角位置をポンプ容量制御位置として検出する斜板位置センサ16a，16bと、ポンプ吐出圧力を検出するポンプ圧力センサ17a，17bとを備え、これらの斜板位置センサ16a，16bおよびポンプ圧力センサ17a，17bは、機体コントローラ18に接続されている。

この機体コントローラ18には、作業機械の油圧アクチュエータ（油圧シリンダおよび油圧モータ）を制御するコントロール弁をパイロット操作する操作レバー19と、エンジン回転数が異なる複数のエンジン回転数−出力特性を複数段階のアクセルポジションで設定するアクセルダイヤル20とが接続されている。

エンジンコントローラ15と機体コントローラ18は、接続されて相互に情報のやりとりをする。これらのエンジンコントローラ15および機体コントローラ18を、コントローラ21とする。

このコントローラ21のうち、機体コントローラ18は、アクセルダイヤル20で設定された設定アクセルポジションを読込み、エンジンコントローラ15からエンジン燃料噴射状況を負荷情報として取込み、斜板位置センサ16a，16bおよびポンプ圧力センサ17a，17bから、ポンプ斜板位置およびポンプ圧力を負荷情報として取込み、操作レバー19からレバー入力の有無情報を取込み、負荷状態が重負荷域にあるか、それ以下の負荷域にあるかを判定し、アクセルポジションを自動的にシフト制御する機能を備えている。

エンジンコントローラ15は、機体コントローラ18で決定されたアクセルポジションと、回転数センサ13から得られたエンジン回転数とを受けて、図１に示されたアイソクロナス制御を行なうようにガバナ14を制御し、燃料噴射量およびタイミングなどを制御する機能を備えている。

機体コントローラ18のメモリには、下記の表１および表２に示されたアクセル制御テーブルが記憶されている。これらの表中の数値は、％である。

表１は、アクセルダイヤル20で設定された設定アクセルポジション（すなわちアクセルダイヤルポジション）が１００％または９０％の高アクセルダイヤル域のみで負荷状態に応じたアクセル自動シフト制御が適用される例を示し、表２は、アクセルダイヤルポジションが１００％〜１０％の全域で負荷状態に応じたアクセル自動シフト制御が適用される例を示す。

次に、図１に示されたエンジン特性図を参照しながら、本エンジンアクセル制御方法の概念を説明する。

設定アクセルポジション（アクセルダイヤルポジション）が１００％の場合、エンジンスタート時には、アクセルポジションは自動的に９０％に設定され、低燃費、低騒音で稼働させる。負荷状態が高い重負荷状態になった場合は、アクセルポジションを自動的に１００％に設定し、高出力を得るようにする。この重負荷状態から負荷が低い軽負荷状態になった場合は、再びアクセルポジションを自動的に９０％に設定する。

その際の負荷状態の判定では、エンジン11の出力値（エンジンコントローラ15から得たエンジン燃料噴射状況、またはポンプ圧力センサ17a，17bにより検出されたメインポンプ12のポンプ圧力および斜板位置センサ16a，16bにより検出されたポンプ斜板位置の情報等から予測する値）またはその移動平均と、メインポンプ12のポンプ圧力またはその移動平均（複数の場合はその平均）とにより、または、これらの組合わせにより、機体コントローラ18が負荷状態を判定する。

次に、機体コントローラ18によって行われる２つのエンジンアクセル制御方法を説明する。

第１のエンジンアクセル制御方法は、作業機械に搭載されたエンジン11のアイソクロナス制御において、エンジン燃料噴射状況から把握される出力値またはその移動平均と、エンジン11に接続された可変容量型のメインポンプ12から吐出されるポンプ圧力またはその移動平均とによりエンジン11の負荷状態を判定し、負荷状態が重負荷域である場合は、エンジンアクセルをアクセルダイヤル20により設定した設定アクセルポジションに制御し、負荷状態が重負荷域でない場合は、エンジンアクセルを設定アクセルポジションより低いアクセルポジションに自動的にシフトさせる。

設定アクセルポジションは、重負荷時アクセルであり、設定アクセルポジションより低いアクセルポジションは、軽負荷時アクセルである。

エンジン11の燃料噴射状況から出力値を把握する場合は、エンジンコントローラ15が有するエンジン燃料噴射情報（燃料噴射量、タイミングなど）を、エンジンコントローラ15から機体コントローラ18が得るようにする。ポンプ圧力は、メインポンプ12のポンプ吐出ラインに設置されたポンプ圧力センサ17a，17bにより検出する。

エンジン燃料噴射状況から把握される出力値は、スタティックな負荷情報であり、メインポンプ12から吐出されたポンプ圧力またはその移動平均は、ダイナミックな負荷情報である。

第２のエンジンアクセル制御方法は、作業機械に搭載されたエンジン11のアイソクロナス制御において、エンジン11に接続された可変容量型のメインポンプ12から吐出されるポンプ圧力およびポンプ容量制御位置から把握される出力値またはその移動平均と、ポンプ圧力またはその移動平均とにより負荷状態を判定し、負荷状態が重負荷域である場合は、エンジンアクセルをアクセルダイヤル20により設定した設定アクセルポジションに制御し、負荷状態が重負荷域でない場合は、エンジンアクセルを設定アクセルポジションより低いアクセルポジションに自動的にシフトさせる。

ポンプ容量制御位置は、ポンプ斜板に対して設置されたストロークセンサまたは角度センサなどの斜板位置センサ16a，16bや、斜板制御用レギュレータの制御信号などから検出したポンプ斜板位置である。ポンプ圧力およびポンプ斜板位置から把握される出力値は、ポンプ圧力とポンプ流量の積であるポンプ出力であり、これは、スタティックな負荷情報である。

これらの第１および第２のエンジンアクセル制御方法において、エンジンアクセルを相対的に高いアクセルポジションから相対的に低いアクセルポジションにシフトさせるときよりも、相対的に低いアクセルポジションから相対的に高いアクセルポジションにシフトさせるときは、より高出力でシフトさせるようにヒステリシス特性をもたせるように制御する。このように、エンジン出力特性の切換にヒステリシスを持たせることで、ハンチング防止および切換の円滑化を図り、できる限り低いアクセルを維持できるようにする。

次に、負荷判定の具体例を説明する。

（負荷判定の具体例その１）
例えば、メインポンプ12のポンプ圧力の移動平均が閾値（１６ＭＰa）以上であるか、または、出力値の移動平均が最大出力の閾値（７０％）以上の状態が３秒継続した場合は、機体コントローラ18は重負荷であると判定する。一方、ポンプ圧力の移動平均が閾値（１２ＭＰa）以下で、かつ、出力値の移動平均が最大出力の閾値（５０％）以下の状態が３秒継続した場合は、機体コントローラ18は軽負荷であると判定する。

（負荷判定の具体例その２）
例えば、メインポンプ12のポンプ圧力の移動平均が閾値（１６ＭＰa）以上であり、かつ、出力値の移動平均が最大出力値の閾値（７５％）以上であるか、または、出力値の移動平均が最大出力値の閾値（７０％）以上の状態が３秒継続した場合は、機体コントローラ18は重負荷であると判定する。一方、ポンプ圧力の移動平均が閾値（１２ＭＰa）以下の状態が３秒継続した場合は、機体コントローラ18は軽負荷であると判定する。

次に、本発明に係るエンジンアクセル制御方法の一制御例を、図３に示されたフローチャートを参照して説明する。

（ステップ１）
機体コントローラ18は、アクセルダイヤル20で設定された設定アクセルポジション（すなわちアクセルダイヤルポジション）を読込む。

（ステップ２）
機体コントローラ18は、メモリに記憶されたアクセル制御テーブルからの制御が必要か否かを判定する。

（ステップ３）
必要でなければ、アクセルダイヤル20で設定された各アクセルダイヤルポジションに応じたアクセルに設定する。

（ステップ４）
アクセル制御テーブルからの制御が必要であれば、先ず、各アクセルダイヤルポジションの軽負荷時アクセルに設定する。

（ステップ５）
機体コントローラ18により、負荷情報（エンジン燃料噴射状況、ポンプ圧力およびポンプ斜板位置の情報等）から負荷状態を算出するとともに、作業機械を操作する操作レバー19からの入力状況を処理する。

（ステップ６）
操作レバー19からの入力の有無を判定し、操作レバー入力無しの場合は、ステップ４に戻り、軽負荷時アクセル状態を維持する。

（ステップ７）
操作レバー入力有りの場合は、作業機械を稼働しているので、負荷判定結果に応じたアクセルポジションにシフトさせる。

次に、図１乃至図３に示された実施の形態の効果を説明する。

エンジン燃料噴射状況から把握される出力値またはその移動平均により負荷状態を静的に判定し、また、ポンプ圧力またはその移動平均により負荷状態を動的に判定するので、エンジン11のアイソクロナス制御においても、負荷状態が重負荷域であるか、そうでないかを適切に判定でき、負荷状態に応じてエンジンアクセルを設定アクセルポジションか、より低いアクセルポジションに適切にシフトさせ、軽負荷時は低燃費かつ低騒音を図り、重負荷時は高出力を得ることができる。

ポンプ圧力およびポンプ容量制御位置から把握される出力値またはその移動平均により負荷状態を静的に判定し、また、ポンプ圧力またはその移動平均により負荷状態を動的に判定するので、エンジンのアイソクロナス制御においても、負荷状態が重負荷域であるか、そうでないかを適切に判定でき、負荷状態に応じてエンジンアクセルを設定アクセルポジションか、より低いアクセルポジションに適切にシフトさせ、軽負荷時は低燃費かつ低騒音を図り、重負荷時は高出力を得ることができる。

エンジンアクセルを相対的に低いアクセルポジションにシフトさせるときよりも、相対的に高いアクセルポジションにシフトさせるときは、より高出力でシフトするようにヒステリシス特性をもたせるので、可能な限り低いアクセルポジションを維持できるとともに、アクセルポジションの切換を円滑にできる。

次に、図４は、多段階化に技術展開されたエンジンアクセル制御方法の他の実施の形態を示す。

この図４に示された実施の形態は、設定アクセルポジションより低いアクセルポジションが、複数段設けられたエンジンアクセル制御方法である。すなわち、設定アクセルポジションは、重負荷時アクセルであり、設定アクセルポジションより低いアクセルポジションは、中負荷時アクセルおよび軽負荷時アクセルである。

この多段階化した場合のアクセル制御テーブルの例を下記の表３に示す。この表３中の数値は、％である。

この表３は、アクセルダイヤルポジションが１００％または９０％に設定された高アクセルダイヤル域のみで本アクセルポジション自動シフト制御が適用される例を示す。

（負荷判定の具体例その３）
この図４に示された多段階化した場合の負荷判定の具体例を説明する。

メインポンプ12のポンプ圧力の移動平均が閾値（１６ＭＰa）以上か、または、出力値の移動平均が最大出力の閾値（７０％）以上の状態が３秒継続した場合は、機体コントローラ18は重負荷であると判定する。

一方、軽負荷時アクセルで稼働している時、出力値の移動平均が最大出力の閾値（６０％）以上の状態が３秒継続した場合は、機体コントローラ18は中負荷であると判定する。

重負荷時アクセルで稼働している時、出力値の移動平均が最大出力の閾値（６０％）以下の状態が３秒継続した場合は、機体コントローラ18は中負荷であると判定する。

中負荷時アクセルで稼働している時、出力値の移動平均が最大出力の閾値（５０％）以下の状態が３秒継続した場合は、機体コントローラ18は軽負荷であると判定する。

この図４に示された制御方法によれば、設定アクセルポジションより低いアクセルポジションが複数段設けられたことで、アクセル自動シフト制御のエンジン回転数差を小さくできることから、操作性への影響、エンジン音の変動等を抑える効果がある。

なお、この図４に示された実施の形態は３段階であるが、さらなる多段階化も必要に応じて可能である。

本発明は、エンジン負荷が変動しやすい作業機械などのエンジンアクセル制御方法に利用可能である。

11 エンジン
12 メインポンプ
20 アクセルダイヤル

Claims (3)

1. 作業機械に搭載されたエンジンのアイソクロナス制御において、エンジン燃料噴射状況から把握される出力値またはその移動平均と、エンジンに接続された可変容量型のメインポンプから吐出されるポンプ圧力またはその移動平均とによりエンジンの負荷状態を判定し、
   負荷状態が重負荷域である場合は、エンジンアクセルをアクセルダイヤルにより設定した設定アクセルポジションに制御し、
   負荷状態が重負荷域でない場合は、エンジンアクセルを設定アクセルポジションより低いアクセルポジションに自動的にシフトさせ、
   負荷状態が重負荷域でない場合から重負荷域である場合に変化したときは、エンジンアクセルを設定アクセルポジションより低いアクセルポジションから設定アクセルポジションに自動的にシフトさせ、
   その際、エンジンアクセルを相対的に高いアクセルポジションから低いアクセルポジションにシフトさせるときよりも、相対的に低いアクセルポジションから高いアクセルポジションにシフトさせるときは、より高出力でシフトさせるようにヒステリシス特性をもたせる
   ことを特徴とするエンジンアクセル制御方法。
2. 作業機械に搭載されたエンジンのアイソクロナス制御において、エンジンに接続された可変容量型のメインポンプから吐出されるポンプ圧力およびポンプ容量制御位置から把握される出力値またはその移動平均と、ポンプ圧力またはその移動平均とにより負荷状態を判定し、
   負荷状態が重負荷域である場合は、エンジンアクセルをアクセルダイヤルにより設定した設定アクセルポジションに制御し、
   負荷状態が重負荷域でない場合は、エンジンアクセルを設定アクセルポジションより低いアクセルポジションに自動的にシフトさせ、
   負荷状態が重負荷域でない場合から重負荷域である場合に変化したときは、エンジンアクセルを設定アクセルポジションより低いアクセルポジションから設定アクセルポジションに自動的にシフトさせ、
   その際、エンジンアクセルを相対的に高いアクセルポジションから低いアクセルポジションにシフトさせるときよりも、相対的に低いアクセルポジションから高いアクセルポジションにシフトさせるときは、より高出力でシフトさせるようにヒステリシス特性をもたせる
   ことを特徴とするエンジンアクセル制御方法。
3. 設定アクセルポジションより低いアクセルポジションは、複数段設けられた
   ことを特徴とする請求項１または２記載のエンジンアクセル制御方法。

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