JP5523368B2

JP5523368B2 - 作業機械の電源制御回路

Info

Publication number: JP5523368B2
Application number: JP2011027266A
Authority: JP
Inventors: 基行薮内; 忠利島村
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: US20120205969A1; EP2487354A3; CN102635138A; JP2012170182A; EP2487354A2; CN102635138B

Description

本発明は、作業機械の電源制御回路に係り、特に、アイドルストップ時におけるバッテリ上がりを確実に防止するための手段に関する。

油圧ショベルやホイールローダ等の作業機械においても、無駄な燃料消費及び騒音の発生を抑制するため、作業の中断時にエンジンを自動的に停止させるアイドルストップ機能が付与されている。作業機械のアイドルストップは、運転室の乗降口に備えられたゲートロックレバーに連動して操作されるゲートロックスイッチが、操作レバーによる油圧機器の駆動が不可能となるロック位置に切り換えられたとき、エンジンを停止させる構成をとることが一般的である。

本願出願人は、先に、この種のアイドルストップ機能を備えた作業機械のエンジン制御装置として、オペレータが作業を中断するためにゲートロックスイッチをロック位置に切り換えたとき、コントローラがゲートロックスイッチの切換時からの経過時間を計測し、予め設定された所定時間を経過したとき、コントローラからエンジン制御手段にエンジン停止信号を出力すると共に、オペレータが作業を再開するためにゲートロックスイッチを操作レバーによる油圧機器の駆動が可能となるロック解除位置に操作したときには、コントローラからエンジン制御手段にエンジン駆動信号を出力するものを提案した（例えば、特許文献１参照。）。

本例のエンジン制御装置によれば、ゲートロックスイッチをロック位置に切り換えた後に、所定時間が経過することによって自動的にエンジンが停止した場合にも、ゲートロックスイッチを再度操作レバーによる油圧機器の駆動が可能となるロック解除位置に切り換えるだけでエンジンを自動的に再起動できるので、エンジンキーを再操作する煩わしさを解消することができる。

特許第３７９７８０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のエンジン制御装置は、アイドルストップ状態に移行した後もキースイッチ（イグニッションスイッチ）がＯＮ位置に保持され、バッテリからアクセサリへの電源供給を停止できないので、アイドルストップ状態が長時間にわたって継続した場合、バッテリ残量が低下し、最悪の場合にはバッテリ上がりが生じる。バッテリ上がりが生じると、作業機械を充電設備の設置場所まで搬送するのに多大の労力を要し、また、充電に長時間を要するので、作業能率が著しく低下する。このような不都合は、オペレータがアイドルストップによりエンジンが停止した状態で、他の作業や用事のためにキーオフすることを失念して作業機から離れてしまった場合などに生じる。作業機械は、自動車とは異なり、それが置かれている状況を見ただけでは、作業（運転）の途中であるのか否かを判断しにくいので、エンジンが停止していることをもって作業終了と判断しやすく、このような過ちを犯しやすい。

なお、アイドルストップ状態への移行時又はその後の適当な時期において、バッテリとアクセサリとを繋ぐ回路をコントローラからの指令によって遮断するように電気回路を構成すれば、コントローラが起動している限り、バッテリからアクセサリへの電源供給が停止され、バッテリ電源の無駄な消費が抑制されるが、コントローラがダウンした時点でバッテリとアクセサリとを繋ぐ回路が導通状態に復帰してしまうので、このままでは作業機械の電源制御回路として適用し得ない。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アイドルストップ状態に移行した後にバッテリからアクセサリへの電源供給を自動的に停止できて、バッテリ上がりを確実に防止可能な作業機械の電源制御回路を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、油圧ポンプ及びオルタネータを駆動するエンジンと、前記オルタネータにて発電された電力を蓄えるバッテリと、前記バッテリに蓄えられた電力の供給を受けるアクセサリと、前記バッテリと前記アクセサリとをつなぐ電気回路に備えられたキーシリンダと、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧機器の駆動を不可能とするロック位置又は前記油圧機器の駆動を可能とするロック解除位置に切り換えられるゲートロックスイッチと、前記バッテリから前記アクセサリへの電源供給を制御するコントローラを備えた作業機械の電源制御回路において、前記キーシリンダの下流のキーオン電源と前記コントローラとをつなぐ電気回路、及び前記キーシリンダの下流のアクセサリ電源と前記アクセサリとをつなぐ電気回路に、前記コントローラからのリレー駆動信号の出力によって非導通状態から導通状態に切り換えられ、導通状態に保持されるアイドルストップリレーと、該アイドルストップリレーの動作に連動して導通状態から非導通状態に切り換えられ、前記キーシリンダの下流のキーオン電源を遮断するキーオンカットリレーと、前記該アイドルストップリレーの動作に連動して導通状態から非導通状態に切り換えられ、前記キーシリンダの下流のアクセサリ電源を遮断するアクセサリカットリレーを接続することを特徴とする。

かかる構成によると、エンジンが駆動している状態で、ゲートロックスイッチがロック位置に切り換えられたときには、その後の所定のタイミングでコントローラからエンジン停止信号を出力してエンジンの駆動を停止するので、作業機械の電源制御回路にアイドルストップ機能を付与することができる。また、アイドルストップ時に、コントローラからリレー駆動信号を出力して第１及び第２のリレーを駆動し、キーシリンダの下流のキーオン電源及びアクセサリ電源を遮断状態に切り換えるので、無駄な電力消費を抑制することができる。さらに、第１及び第２のリレーとして自己保持型のリレーを備えるので、キーオン電源の遮断に伴ってコントローラ電源がダウンした場合にも、キーオン電源及びアクセサリ電源を遮断状態のまま保持することができる。

本発明は、キーシリンダの下流のキーオン電源とコントローラとをつなぐ電気回路、及びキーシリンダの下流のアクセサリ電源と前記アクセサリとをつなぐ電気回路に、コントローラからのリレー駆動信号の出力によって直接駆動される自己保持型の第１リレーと、該第１リレーに連動して駆動される自己保持型の第２リレーとを備え、アイドルストップ時にコントローラからリレー駆動信号を出力して、第１及び第２のリレーを駆動し、キーオン電源及びアクセサリ電源を遮断状態に切り換えて、コントローラ電源がダウンした後もこの状態を保持するので、アイドルストップ機能を備えた作業機械の電源制御回路における無駄な電力消費を抑制できて、バッテリ上がりを防止することができる。

実施形態に係る作業機械の電源制御回路の回路図である。実施形態に係る作業機械の電源制御回路に備えられるメインコントローラのブロック図である。実施形態に係る作業機械の電源制御回路の動作を示すフローチャートである。

まず、実施形態に係る作業機械の電源制御回路の回路構成を、図１を参照しながら説明する。

図１に示すように、実施形態に係る作業機械の電源制御回路は、バッテリ１と、ラジオ等のアクセサリ２と、これらバッテリ１とアクセサリ２とをつなぐ電気回路に備えられたキーシリンダ３と、作業機械の運転室内に備えられた操作レバー４及びゲートロックスイッチ５と、システム全体を制御するメインコントローラ６と、メインコントローラ６からの指令を受けて図示しないエンジンの駆動・停止を制御するエンジンコントローラ７とを備えている。バッテリ１には、エンジンにより駆動されるオルタネータで発電された電力が蓄えられる。また、エンジンは、作業機械の駆動源である油圧ポンプを駆動する。作業機械は、油圧ポンプから吐出され、油圧機器に備えられた油圧アクチュエータに供給される圧油の流れ方向及び流量を操作レバー４の操作によって調整することにより、油圧機器を駆動し、掘削等の所要の作業を行う。操作レバー４からは、その操作方向及び操作量に応じた操作信号が出力され、この操作信号は、メインコントローラ６の操作信号入力部６−Ｃに取り込まれる。

ゲートロックスイッチ５は、運転室への乗降時に、オペレータによって操作されるスイッチで、例えば運転室の乗降口に備えられたゲートロックレバーに連動して操作され、操作レバー４による油圧機器の操作が不可能になるロック位置と、操作レバー４による油圧機器の操作が可能になるロック解除位置とに切り換えられる。即ち、運転室への乗車時には、ゲートロックスイッチ５をロック解除位置に切り換えることによって、油圧機器の操作を可能とし、所望の作業を行う。また、運転室からの降車時には、ゲートロックスイッチ５をロック位置に切り換えることによって、油圧機器の操作を不可能とし、作業停止時の安全を確保する。ゲートロックスイッチ５からは、ロック位置及びロック解除位置に応じたスイッチ信号が出力され、このスイッチ信号は、メインコントローラ６のスイッチ信号入力部６−Ｄに取り込まれる。

キーシリンダ３は、所謂イグニッションスイッチを構成するもので、図１に示すように、ＯＦＦ（オフ）、Ｈ（ヒータ）、ＡＣＣ（アクセサリ）、ＯＮ（オン）、ＳＴＡＲＴ（スタート）の各切換位置を有しており、ＯＦＦ位置では全ての接点間が非導通状態となり、Ｈ位置ではＢ（バッテリ）接点とＧ１（グロー１）接点間が選択的に導通状態となり、ＡＣＣ位置ではＢ接点とＡＣＣ接点間が選択的に導通状態となる。また、ＯＮ位置ではＢ接点とＡＣＣ接点とＭ（キーオン）接点間が選択的に導通状態となり、ＳＴＡＲＴ位置ではＢ接点とＧ２（グロー２）接点とＭ接点とＳＴ（スタータ）接点間が選択的に導通状態となる。各切換位置の変更は、オペレータがエンジンキーを操作することによって行われる。エンジンの始動時においては、エンジンキーをＯＦＦ位置から、ＡＣＣ位置、ＯＮ位置、ＳＴＡＲＴ位置へと順次切り替える。ＳＴＡＲＴ位置では、Ｂ接点とＳＴ接点間が導通状態となり、エンジンに付設されたセルモータが駆動されて、エンジンが始動される。この状態から、エンジンキーから手を離すと、エンジンキーは内蔵された戻しばねにより自動的にＯＮ位置に復帰する。

バッテリ１側から見て、キーシリンダ３の下流のキーオン電源とメインコントローラ６のリレー駆動信号出力部６−Ｅとをつなぐ電気回路には、アイドルストップリレー８と、これに直列接続されたヒューズ９とが備えられる。また、当該キーオン電源とメインコントローラ６のキーオン信号入力部６−Ａ及びエンジンコントローラ７のキーオン信号入力部７−Ａとをつなぐ電気回路には、キーオンカットリレー１０と、これに直列接続されたヒューズ１１とが備えられる。さらに、キーシリンダ３の下流のアクセサリ電源とアクセサリ２とをつなぐ電気回路には、アクセサリカットリレー１２と、これに直列接続されたヒューズ１３とが備えられる。

アイドルストップリレー８は、常開型のリレーであり、アイドルストップ時に導通状態に切り換えられる。一方、キーオンカットリレー１０及びアクセサリカットリレー１２は、常閉型のリレーであり、アイドルストップ時に非導通状態に切り換えられる。これらの各リレー８，１０，１２は、いずれも自己保持型のリレーであって、可動接点吸引用のコイル８ａ，１０ａ，１２ａを備えている。これらの各コイル８ａ，１０ａ，１２ａは、キーオン電源から分岐された回路に接続されており、アイドルストップリレー８は、メインコントローラ６からのリレー駆動信号の出力によってコイル８ａが励磁され、可動接点が導通状態に切り換えられる。一方、キーオンカットリレー１０及びアクセサリカットリレー１２は、アイドルストップリレー８が導通状態に切り換えられることによってコイル１０ａ，１２ａが励磁され、可動接点が非導通状態に切り換えられる。

図２に示すように、メインコントローラ６には、タイマ１４が備えられており、ゲートロックスイッチ５がロック位置に切り換えられてから、リレー駆動信号を出力するまでの時間が設定されている。タイマ１４の設定時間は、作業機械の実働状況を考慮して決定される。即ち、油圧ショベル等の作業機械の使用現場にあっては、掘削等の所定の作業を行っている途中で、土砂移送用のダンプを待っている場合のように、エンジンを駆動したままの状態で待機することがあるので、その間にエンジンが停止して、オペレータが再乗車した際にエンジンの再起動が必要とならないように、別の作業や用事を行うのに必要な一般的な時間が設定される。通常は、この時間として、数１０秒〜数分が設定される。なお、この図に示された旋回パイロット圧、走行パイロット圧及びフロントパイロット圧は、操作レバー４から出力される操作信号である。

以下、図１及び図３を参照しながら、実施形態に係る作業機械の電源制御回路の動作について説明する。

キーシリンダ３がＯＦＦ位置にある場合、電源制御回路は、図１に示すように、アイドルストップリレー８が非導通状態になっており、キーオンカットリレー１０及びアクセサリカットリレー１２が導通状態になっている。オペレータが作業機械の運転室に乗車し、キーシリンダ３をＡＣＣ位置に切り換えると、バッテリ１とアクセサリ２とがアクセサリカットリレー１２を介して導通され、アクセサリ２の使用が可能になる。次いでキーシリンダ３をＯＮ位置に切り換えると、キーシリンダ３の下流にキーオン電源が立ち、メインコントローラ６及びエンジンコントローラ７が起動される。またこの状態から、キーシリンダ３をＳＴＡＲＴ位置に切り換えると、バッテリ１から図示しないセルモータに電源が供給されてセルモータが駆動し、エンジンが始動される。これにより油圧ポンプが駆動されるので、オペレータはゲートロックスイッチ５をロック解除位置に切り換えた後、操作レバー４を操作することによって所要の作業を行うことができる。

メインコントローラ６は、起動後、ゲートロックスイッチ５がロック位置に切り換えられたか否か（図３のステップＳ１）、及び操作レバー４からの操作信号の出力があるか否か（図３のステップＳ２）を繰り返し判定する。掘削等作業中のダンプ待ちなどのためにオペレータがエンジンをかけたまま、ゲートロックスイッチ５をロック位置に切り換えると、ゲートロックスイッチ５がロック位置に切り換えられたと判定（ステップＳ１でＹＥＳと判定）され、かつ操作レバー４から操作信号が出力されていないと判定（ステップＳ２でＹＥＳと判定）される。このとき、メインコントローラ６は、内蔵するタイマ１３を用いて、ゲートロックスイッチ５がロック位置に切り換えられたときからの経過時間をカウント（図３のステップＳ３）し、カウント時間が設定時間に達したか否かを繰り返し判定する（図３のステップＳ４）。カウント時間が設定時間に達したと判定（ステップＳ４でＹＥＳと判定）した場合、メインコントローラ６は、エンジンコントローラ７にエンジン停止信号を送信し、エンジンコントローラ７は、このエンジン停止信号に基づいてエンジンを停止させる。また、メインコントローラ６は、エンジン停止信号の出力と同時に、リレー駆動信号出力部６−Ｅからリレー駆動信号を出力する。

メインコントローラ６からリレー駆動信号が出力されると、コイル８ａが励磁されて、アイドルストップリレー８が導通状態に切り換えられる。また、アイドルストップリレー８の切り換えに伴ってコイル１０ａ，１２ａが励磁され、キーオンカットリレー１０及びアクセサリカットリレー１２が非導通状態に切り換えられる。これにより、キーシリンダ３の下流のキーオン電源及びアクセサリ電源が遮断される。この状態は、リレー８，１０，１２として自己保持型のリレーを用いているため、キーオン電源の遮断に伴ってメインコントローラ６の電源が所定の処理を終了した後にダウンした後も解除されることが無く、オペレータがキーシリンダ３をＯＦＦ位置に切り換えるまで保持される。したがって、バッテリ１に蓄えられた電力の無駄な消費が抑制され、バッテリ上がりが防止される。

本実施形態に係る電源制御回路は、キーオン電源を２回路に分岐し、一方をリレー８，１０，１２の駆動電源とし、他方をメインコントローラ６及びエンジンコントローラ７へのキーオン電源とするので、アイドルストップ後、ＯＮ位置に切り換えられていたキーシリンダ３をＯＦＦ位置に戻すことにより、各リレー８，１０，１２の自己保持を解除することができる。よって、エンジンの再スタートを、通常のエンジンスタートと同じ手順で行うことができて、アイドルストップ機能を有する作業機械の操作性を高めることができる。
なお、前記実施形態においては、メインコントローラ６からのエンジン停止信号の出力と同時に、メインコントローラ６からリレー駆動信号を出力して、アイドルストップを行う構成としたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、エンジン停止信号を出力した後の所定のタイミングでアイドルストップを行う構成とすることもできる。

本発明は、アイドルストップ機能を備えた作業機械の電源制御回路に利用できる。

１バッテリ
２アクセサリ
３キーシリンダ
４操作レバー
５ゲートロックスイッチ
６メインコントローラ
７エンジンコントローラ
８アイドルストップリレー
１０キーオンカットリレー
１２アクセサリカットリレー
８ａ，１０ａ，１２ａコイル
９，１１，１３ヒューズ
１４タイマ

Claims

油圧ポンプ及びオルタネータを駆動するエンジンと、前記オルタネータにて発電された電力を蓄えるバッテリと、前記バッテリに蓄えられた電力の供給を受けるアクセサリと、前記バッテリと前記アクセサリとをつなぐ電気回路に備えられたキーシリンダと、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧機器の駆動を不可能とするロック位置又は前記油圧機器の駆動を可能とするロック解除位置に切り換えられるゲートロックスイッチと、前記バッテリから前記アクセサリへの電源供給を制御するコントローラを備えた作業機械の電源制御回路において、
前記キーシリンダの下流のキーオン電源と前記コントローラとをつなぐ電気回路、及び前記キーシリンダの下流のアクセサリ電源と前記アクセサリとをつなぐ電気回路に、前記コントローラからのリレー駆動信号の出力によって非導通状態から導通状態に切り換えられ、導通状態に保持されるアイドルストップリレーと、該アイドルストップリレーの動作に連動して導通状態から非導通状態に切り換えられ、前記キーシリンダの下流のキーオン電源を遮断するキーオンカットリレーと、前記該アイドルストップリレーの動作に連動して導通状態から非導通状態に切り換えられ、前記キーシリンダの下流のアクセサリ電源を遮断するアクセサリカットリレーを接続することを特徴とする作業機械の電源制御回路。