(57)【要約】【課題】作業中に自動的にエンジンの出力トルクに低下が生じていないかどうかをオペレータに表示することができる油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置を提供する。【解決手段】油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置に、可変容量油圧ポンプの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限を受けている状態にあるか否かを判定する手段と、可変容量ポンプの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限された容積となっているか否かを判定する手段と、これら判定手段の結果が両者とも成立したか否かを判定する手段と、両者が成立した場合には電子ガバナコントローラから出力されるトルク負荷率を読み取り、この値と可変容量油圧ポンプに設定したポンプトルクとから電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を演算して外部出力する手段とを備えた。【選択図】　図１
2004076690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ガバナコントローラを有する電子ガバナエンジンと、この電子ガバナエンジンによって駆動される可変容量油圧ポンプと、この可変容量油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動されるアクチュエータと、このアクチュエータと前記可変容量油圧ポンプの間にあって前記アクチュエータを駆動する作動油の方向切換と流量調整とを行う方向切換弁と、前記可変容量油圧ポンプの駆動軸トルクが与えられるトルク値を超えないように前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力に応じて押しのけ容積を制限するトルク制限手段と、前記電子ガバナエンジンには目標回転数を与え、かつ、前記トルク制限手段にはトルク制限値を与える目標エンジン回転数及びトルク制限値の設定手段を備える油圧作業機に適用され、
前記可変容量油圧ポンプの押しのけ容積が前記トルク制限手段によって制限を受けている状態にあるか否かを判定する手段と、前記可変容量ポンプの押しのけ容積が前記トルク制限手段によって制限された容積となっているか否かを判定する手段と、これら判定手段の結果が両者とも成立したか否かを判定する手段と、両者が成立した場合には前記電子ガバナコントローラから出力されるトルク負荷率を読み取り、この値と前記可変容量油圧ポンプに設定したポンプトルクとから前記電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を演算して外部出力する手段とを備えたことを特徴とする油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置。
【請求項２】
一基の電子ガバナエンジンによって駆動される複数の可変容量油圧ポンプを有する油圧作業機に適用され、同時に全ての可変容量油圧ポンプでトルク制限手段が働いている状態であるか否か判定することを特徴とする請求項１に記載の油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置。
【請求項３】
前記トルク制限手段に与えるトルクを少なくとも２段階以上に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ガバナエンジンと電子油圧レギュレータを備える油圧作業機に具備され、電子ガバナエンジンに出力低下が生じていないかどうか容易に知ることのできる油圧作業機のエンジン出力監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧作業機に搭載される電子ガバナエンジンの出力は、粗悪な燃料の使用や燃料フィルタの目詰まり、それに噴射ポンプの故障などによって低下する。これらの要因によって電子ガバナエンジンの出力が低下すると、負荷である油圧ポンプの駆動トルクが低下し、アクチュエータを駆動しての所定の作業が困難になる。
【０００３】
かかる不都合の発生を未然に防止するため、従来より、例えば特開平５−１０１７５号公報等に開示されているように、エンジン回転数とエンジンの負荷トルクを任意の値に設定して、エンジン回転数及びコントロールラック位置を検出し、エンジン回転数変化に対するコントロールラック位置検出電圧変化量の割合がある一定値より小さくなった場合にエンジン限界出力時と判定し、複数のエンジン回転数につきエンジン限界出力時を判定して、その時のエンジン回転数及びコントロールラック位置検出電圧を記憶する技術が提案されている。
【０００４】
前記公知文献に記載の技術によれば、エンジンの限界出力特性を車載のままで測定し記憶することができるので、エンジン出力に余裕を持たせるように深川のトルクを低めに制限する必要がなく、エンジン出力を十分に有効利用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前記公知文献に記載の技術は、複数のエンジン回転数につきエンジン限界出力時を判定するので、車載のままでエンジンの限界出力特性を測定することはできるが、作業中に随時エンジンの限界出力特性を測定してオペレータに表示することはできず、実用性に改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであって、その目的は、油圧作業機を停止させることなく、作業中に自動的にエンジンの出力トルクに低下が生じていないかどうかをオペレータに表示することができる油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、電子ガバナコントローラを有する電子ガバナエンジンと、この電子ガバナエンジンによって駆動される可変容量油圧ポンプと、この可変容量油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動されるアクチュエータと、このアクチュエータと前記可変容量油圧ポンプの間にあって前記アクチュエータを駆動する作動油の方向切換と流量調整とを行う方向切換弁と、前記可変容量油圧ポンプの駆動軸トルクが与えられるトルク値を超えないように前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力に応じて押しのけ容積を制限するトルク制限手段と、前記電子ガバナエンジンには目標回転数を与え、かつ、前記トルク制限手段にはトルク制限値を与える目標エンジン回転数及びトルク制限値の設定手段を備える油圧作業機に適用される油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置において、前記可変容量油圧ポンプの押しのけ容積が前記トルク制限手段によって制限を受けている状態にあるか否かを判定する手段と、前記可変容量ポンプの押しのけ容積が前記トルク制限手段によって制限された容積となっているか否かを判定する手段と、これら判定手段の結果が両者とも成立したか否かを判定する手段と、両者が成立した場合には前記電子ガバナコントローラから出力されるトルク負荷率を読み取り、この値と前記可変容量油圧ポンプに設定したポンプトルクとから前記電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を演算して外部出力する手段とを備えるという構成にした。
【０００８】
このように、可変容量油圧ポンプの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限を受けている状態にあり、かつ、可変容量ポンプの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限された容積となっている場合に電子ガバナコントローラから出力されるトルク負荷率を読み取り、この値と可変容量油圧ポンプに設定したポンプトルクとから電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を演算して外部に出力すると、電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を測定するための特別な操作を行わなくとも、作業中に随時電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力をオペレータに表示することができるので、より実用性の高い油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置とすることができる。また、作業中であっても可変容量油圧ポンプの軸トルクが一定のときにエンジン負荷率を読み取るので、随時電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を高精度に求めることができる。
【０００９】
また、前記の目的を達成するために、本発明は、一基の電子ガバナエンジンによって駆動される複数の可変容量油圧ポンプを有する油圧作業機に適用され、同時に全ての可変容量油圧ポンプでトルク制限手段が働いている状態であるか否か判定するという構成にした。
【００１０】
油圧ショベルなどの油圧作業機においては、一基の電子ガバナエンジンによって複数台の可変容量油圧ポンプを駆動するのが普通であるので、このように、同時に全ての可変容量油圧ポンプでトルク制限手段が働いている状態であるか否か判定して電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を求めると、より実用性の高い油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置とすることができる。
【００１１】
さらに、前記の目的を達成するために、本発明は、前記トルク制限手段に与えるトルクを少なくとも２段階以上に切り換えるという構成にした。
【００１２】
このように、トルク制限手段に与えるトルクを少なくとも２段階以上に切り換えると、燃料等の違いによる負荷率の補正を行うことができるので、電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力をより高精度に算出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子ガバナエンジン出力監視装置の実施形態を、図１乃至図５を用いて説明する。図１は実施形態例に係る電子ガバナエンジン出力監視装置の構成図、図２は実施形態例に係る電子ガバナエンジン出力監視装置で実行される監視処理の手順を示すフロー図、図３は可変容量油圧ポンプの吐出流量Ｑａ，Ｑｂとネガティブ制御差圧ｐｎａ，ｐｎｂとの関数関係を示すグラフ図、図４は目標エンジン回転数Ｎｐと可変容量油圧ポンプ及びパイロットポンプの全体に割り当てるトルクＴｐとの関数関係を示すグラフ図、図５はネガティブ制御差圧ｐｎａ，ｐｎｂと可変容量油圧ポンプに要求する押しのけ容積Ｄｎａ，Ｄｎｂとの関数関係を示すグラフ図である。
【００１４】
図１に示すように、本例の電子ガバナエンジン出力監視装置は、電子ガバナコントローラ２ａを備えた電子ガバナエンジン２と、電子ガバナコントローラ２ａに電子ガバナエンジン２の目標回転数を設定する目標エンジン回転数設定手段１と、電子ガバナエンジン２の回転数を検出するエンジン回転数検出手段２０と、電子ガバナエンジン２にて駆動される可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂ及びパイロットポンプ３ｃと、可変容量油圧ポンプ３ａから吐出される作動油にて駆動されるアクチュエータ２１ａと、可変容量油圧ポンプ３ｂから吐出される作動油にて駆動されるアクチュエータ２１ｂと、可変容量油圧ポンプ３ａからアクチュエータ２１ａに供給される作動油の方向切換と流量調整とを行う方向切換弁１１ａと、可変容量油圧ポンプ３ｂからアクチュエータ２１ｂに供給される作動油の方向切換と流量調整とを行う方向切換弁１１ｂと、可変容量油圧ポンプ３ａの押しのけ容積を方向切換弁１１ａの操作量の増減に応じて制御する絞り弁１２ａ、リリーフ弁１３ａ及び差圧検出手段１４ａと、可変容量油圧ポンプ３ｂの押しのけ容積を方向切換弁１１ｂの操作量の増減に応じて制御する絞り弁１２ｂ、リリーフ弁１３ｂ及び差圧検出手段１４ｂと、可変容量油圧ポンプ３ａから吐出される作動油の吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段１０ａと、可変容量油圧ポンプ３ｂから吐出される作動油の吐出圧を検出するポンプ吐出圧力検出手段１０ｂと、可変容量油圧ポンプ３ａの押しのけ容積を当該可変容量油圧ポンプ３ａの吐出圧力に応じて制御するシャトル弁５ａ、油圧サーボ制御手段４ａ及び電磁比例減圧弁６ａと、可変容量油圧ポンプ３ｂの押しのけ容積を当該可変容量油圧ポンプ３ａの吐出圧力に応じて制御するシャトル弁５ｂ、油圧サーボ制御手段４ｂ及び電磁比例減圧弁６ｂと、可変容量油圧ポンプ３ａの押しのけ容積を検出する押しのけ容積検出手段７ａと、可変容量油圧ポンプ３ｂの押しのけ容積を検出する押しのけ容積検出手段７ｂと、主回路リリーフ弁８と、パイロット回路リリーフ弁９と、所定量の作動油を蓄える作動油タンク１６と、作動油内の異物を除去するフィルタ１５，１７と、表示手段１９と、電磁比例減圧弁６ａ，６ｂ及び表示手段１９を制御する制御手段１８とから構成されている。
【００１５】
図１から明らかなように、本実施形態は、可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂの押しのけ容積の増減をネガティブ制御で行うものであり、可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂ及びパイロットポンプ３ｃがエンジン負荷になっている。また、説明を簡単にするために、アクチュエータ２１ａ，２１ｂは各可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂごとに１個ずつ割り当てられている。
【００１６】
前記目標エンジン回転数設定手段１からは、前記電子ガバナコントローラ２ａに与えられる目標エンジン回転数設定信号ｓ０が出力され、前記電子ガバナコントローラ２ａからは、エンジン回転数に応じて予め決められた最大トルクに対する実際のトルク負荷の比、即ちトルク負荷率相当信号ｓ１が逐次又は随時外部に出力され、前記エンジン回転数検出手段２０からは、実際のエンジン回転数に相当するエンジン回転数信号ｓ８が出力される。また、前記押しのけ容積検出手段７ａ，７ｂからは、可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂに備えられた斜板の傾転角に相当する押しのけ容積信号ｓ２，ｓ５がそれぞれ出力され、前記ポンプ吐出圧力検出手段１０ａ，１０ｂからは、可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂより吐出される作動油の吐出圧力に相当するポンプ吐出圧力信号ｓ３，ｓ６がそれぞれ出力され、前記差圧検出手段１４ａ，１４ｂからは、絞り弁１２ａ，１２ｂの入口と出口における作動油の圧力差に相当するネガティブ制御差圧信号ｓ４，ｓ７がそれぞれ出力される。
【００１７】
前記制御手段は、前記目標エンジン回転数設定信号ｓ０、前記トルク負荷率相当信号ｓ１、前記エンジン回転数信号ｓ８、前記押しのけ容積信号ｓ２，ｓ５、前記ポンプ吐出圧力信号ｓ３，ｓ６及びネガティブ制御差圧信号ｓ４，ｓ７を入力し、前記押しのけ容積検出手段７ａ，７ｂに押しのけ容積制御信号ｉ１，ｉ２を出力して可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂの押しのけ容積をフィードバック制御すると共に、前記表示手段１９にエンジン最大トルク又はエンジン最大馬力に関する表示信号ｉｎｆｏを出力する。
【００１８】
以下、前記のように構成された電子ガバナエンジン出力監視装置で実行される監視処理の手順を、図２のフロー図及び図３乃至図５のグラフ図に基づいて説明する。なお、本実施形態においては、冷却等に要する動力は充分に小さいので、無視している。
【００１９】
処理１では、必要な変数等の初期化を行う。
【００２０】
処理２では、前記目標エンジン回転数設定手段１からの目標エンジン回転数設定信号ｓ０の読み込みと、前記押しのけ容積検出手段７ａ，７ｂからの押しのけ容積信号ｓ２，ｓ５の読み込みと、前記ポンプ吐出圧力検出手段１０ａ，１０ｂからのポンプ吐出圧力信号ｓ３，ｓ６の読み込みと、前記差圧検出手段１４ａ，１４ｂからのネガティブ制御差圧信号ｓ４，ｓ７の読み込みとを行う。
【００２１】
処理３では、処理２で読み込まれた各信号を物理量単位へ変換する。Ｆ（ｄ）は押しのけ容積Ｄａ，Ｄｂに変換する関数、ｆ（ｎｅ）はエンジン回転数に変換する関数、ｆ（ｄｐ）はポンプ吐出圧力Ｐｄａ，Ｐｄｂに変換する関数、ｆ（ｎｐ）はネガティブ制御差圧Ｐｎａ，Ｐｎｂに変換する関数である。ネガティブ制御差圧Ｐｎａ，Ｐｎｂと方向切換弁１１ａ、１１ｂを通過する作動油流量との関係は、図３に示すような特性で、方向切換弁１１ａ、１１ｂが左右いずれかのポジションに切り換えられると、０となり、中立の場合にはｐｎ２を超える。
【００２２】
処理４では、例えば図４に示すような関数関係ｆ（ｔｐ）によって目標エンジン回転数Ｎｐから可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂとパイロットポンプ３ｃの全体に割り当てるトルクＴｐを演算する。さらに、このトルクＴｐのうち機械的な効率をｋｔ、パイロットポンプ３ｃ分の割り当てるトルクＴ０から可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂに実質的に割り当てるトルクを（Ｔｐ×ｋｔ−Ｔ０）とし、駆動軸トルクを制限する可変容量油圧ポンプ３ａ、３ｂの押しのけ容積ＤｔをＤｔ＝（Ｔｐ×ｋｔ−Ｔ０）／（Ｐｄａ＋Ｐｄｂ）と演算する。また、ネガティブ差圧Ｐｎａ，Ｐｎｂから可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂの押しのけ容積を図５に示すような関数関係ｆ（ｄｎ）によって演算する。
【００２３】
処理５では、可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂの押しのけ容積サーボ目標Ｄｓａ，Ｄｓｂを演算する。そして、上記のＤｎａ，ＤｎｂのそれぞれについてＤｔと比較し、小さい方をＤｓａ，Ｄｓｂとする。
【００２４】
処理６では、処理５で求めたＤｓａと処理３で求めたＤａとから可変容量油圧ポンプ３ａの押しのけ容積サーボを行うために、電磁比例減圧弁６ａに出力する電流値ｉ１と、処理５で求めたＤｓｂと処理３で求めたＤｂから可変容量油圧ポンプ３ｂの押しのけ容積サーボを行うために、電磁比例減圧弁６ｂに出力する電流値ｉ２を演算する。
【００２５】
処理７では、処理６で求めたｉ１，ｉ２を電磁比例減圧弁６ａ，６ｂへ出力する。
【００２６】
判断１では、処理５において選択された押しのけ容積サーボ目標が可変容量油圧ポンプ３ａ及び可変容量油圧ポンプ３ｂ共にＤｔであるか否かを判定する。両ポンプともＤｔが選択された場合には判断２に移り、そうでなければ処理１１に移る。
【００２７】
判断２では、可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂの押しのけ容積サーボ偏差が各々所定の±ΔＤａｔｏｌ，±ΔＤｂｔｏｌの範囲に入っているか否かを判定する。両ポンプとも所定の範囲に入っていれば処理８に移り、そうでなければ処理１１に移る。
【００２８】
処理８では、前記電子ガバナコントローラ２ａからのトルク負荷率相当信号ｓ１の読み込みと、前記エンジン回転数検出手段２０からのエンジン回転数信号ｓ８の読み込みとを行う。
【００２９】
処理９では、処理８で読み込んだトルク負荷率相当信号ｓ１及びエンジン回転数信号ｓ８をそれぞれ物理量に変換し、上記トルクＴｐからエンジン最大トルクＴｅをＴｅ＝Ｔｐ／ｆｒａｔｅ（ｓ１）と演算する。ここで、ｆｒａｔｅは信号ｓ１を負荷率に変換する関数である。次いで、エンジン最大出力ＷｅをＷｅ＝Ｔｅ×ｆｎｅ（ｓ８）と演算する。ここで、ｆｎｅはエンジン回転数に換算する関数である。
【００３０】
処理１０では、処理９で求めたエンジン最大出力Ｗｅを文字列に変換し、ｉｎｆｏに代入する。
【００３１】
処理１１では、ｉｎｆｏにエンジン最大出力Ｗｅの演算結果がないことを示す“＿＿＿”を代入する。
【００３２】
処理１２では、ｉｎｆｏを表示手段１９に出力する。
【００３３】
本実施形態例に係る電子ガバナエンジン出力監視装置は、可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限を受けている状態にあり、かつ、可変容量ポンプ３ａ，３ｂの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限された容積となっている場合に電子ガバナコントローラ２ａから出力されるトルク負荷率を読み取り、この値と可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂに設定したポンプトルクとから電子ガバナエンジン２の最大トルク又は最大出力を演算して外部に出力するので、電子ガバナエンジン２の最大トルク又は最大出力を測定するための特別な操作を行わなくとも作業中に随時電子ガバナエンジン２の最大トルク又は最大出力を表示手段１９に表示することができるので、より実用性の高い油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置とすることができる。加えて、一基の電子ガバナエンジン２によって駆動される２台の可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂについて、同時にトルク制限手段が働いている状態であるか否か判定して電子ガバナエンジン２の最大トルク又は最大出力を求めるので、この点からも実用性の高い油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置とすることができる。また、可変容量油圧ポンプ３ａ，３ｂの軸トルクが一定のときにエンジン負荷率を読み取るので、随時電子ガバナエンジン２の最大トルク又は最大出力を高精度に求めることができる。さらに、可変容量油圧ポンプ３ａ、３ｂの押しのけ容積を制御するための信号検出手段や制御手段を利用することができるので、電子ガバナエンジン出力監視装置の構成を簡略化することができる。
【００３４】
なお、前記実施形態例においては、トルク制限手段に与えるトルクの切り換えを行わないが、かかる構成に代えて、トルク制限手段に与えるトルクを少なくとも２段階以上に切り換えることもできる。
【００３５】
このように、トルク制限手段に与えるトルクを少なくとも２段階以上に切り換えると、燃料等の違いによる負荷率の補正を行うことができるので、電子ガバナエンジン２の最大トルク又は最大出力をより高精度に算出することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、可変容量油圧ポンプの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限を受けている状態にあり、かつ、可変容量ポンプの押しのけ容積がトルク制限手段によって制限された容積となっている場合に電子ガバナコントローラから出力されるトルク負荷率を読み取り、この値と可変容量油圧ポンプに設定したポンプトルクとから電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を演算して外部に出力するので、電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を測定するための特別な操作を行わなくとも作業中に随時電子ガバナエンジンの最大トルク又は最大出力を表示手段に表示することができるので、より実用性の高い油圧作業機の電子ガバナエンジン出力監視装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例に係る電子ガバナエンジン出力監視装置の構成図である。
【図２】実施形態例に係る電子ガバナエンジン出力監視装置で実行される監視処理の手順を示すフロー図である。
【図３】可変容量油圧ポンプの吐出流量Ｑａ，Ｑｂとネガティブ制御差圧ｐｎａ，ｐｎｂとの関数関係を示すグラフ図である。
【図４】目標エンジン回転数Ｎｐと可変容量油圧ポンプ及びパイロットポンプの全体に割り当てるトルクＴｐとの関数関係を示すグラフ図である。
【図５】ネガティブ制御差圧ｐｎａ，ｐｎｂと可変容量油圧ポンプに要求する押しのけ容積Ｄｎａ，Ｄｎｂとの関数関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１　目標エンジン回転数設定手段
２　電子ガバナエンジン
２ａ　電子ガバナコントローラ
３ａ，３ｂ　可変容量油圧ポンプ
３ｃ　パイロットポンプ
４ａ，４ｂ　油圧サーボ制御手段
５ａ，５ｂ　シャトル弁
６ａ，６ｂ　電磁比例減圧弁
７ａ，７ｂ　押しのけ容積検出手段
８　主回路リリーフ弁
９　パイロット回路リリーフ弁
１０ａ，１０ｂ　ポンプ吐出圧力検出手段
１１ａ，１１ｂ　方向切換弁
１２ａ，１２ｂ　絞り弁
１３ａ，１３ｂ　リリーフ弁
１４ａ，１４ｂ　差圧検出手段
１５，１７　フィルタ
１６　作動油タンク
１８　制御手段
１９　表示手段
２０　エンジン回転数検出手段
２１ａ，２１ｂ　アクチュエータ
２２ａ，２２ｂ　チェック弁
【図１】
2004076690.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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