(57)【要約】  【課題】常に最適な油圧ポンプトルクを自動的に引き出すことができるようにする。  【解決手段】エンジン２１で使用している燃料のランクを燃料ランク識別マップ４３を用いて決定する燃料状態演算器２４と、該燃料状態演算器２４で決定された前記燃料ランクに応じて油圧ポンプ操作用のソレノイド制御弁４５を制御する油圧ポンプトルク設定器４４とを設け、前記エンジン２１に使用している燃料ランクを把握し、該燃料ランクに見合ったソレノイド制御弁４５の制御を行って最適な油圧ポンプトルクを自動的に導き出すことができるようにした建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置を提供する。【選択図】図２
2005233120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械の動力源及びアクチュエータ動作用の油圧ポンプの駆動源として装備されているディーゼルエンジンと、前記油圧ポンプのトルクを制御する制御弁とを備えた建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置に於いて、
前記エンジンで使用している燃料のランクを決定する燃料ランク決定手段と、該燃料ランク決定手段で決定された前記燃料ランクに応じて前記制御弁を制御する油圧ポンプトルク設定手段とを備えたことを特徴とする建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置。
【請求項２】
上記燃料ランク決定手段は、上記建設機械が稼働している作業内容と環境条件を各々複数のパターンに分類し、該作業内容での分類と該環境条件での分類から燃料のランクを定めてなる燃料ランク識別マップに、前記建設機械の本体及び上記ディーゼルエンジンに付加されているセンサ類からの信号を前記作業内容に従う分類と前記環境条件に従う分類とに分け、それぞれ得られた各信号を前記燃料ランク識別マップの前記燃料ランク識別マップに対応させて前記燃料のランクを決定するようにした請求項１記載の建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置。
【請求項３】
上前記燃料ランク決定手段による上記燃料のランク決定の処理は、設定された時間毎にモニタリングを実施し、その結果を更新するようにした請求項１又は２記載の建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ショベル等の建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置に関するものであり、特に、建設機械の動力源及びアクチュエータ動作用の油圧ポンプの駆動源として装備されているディーゼルエンジンで使用している燃料ランクに応じた最適な油圧ポンプトルクを設定することができる建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、建設機械のディーゼルエンジンに使用可能な燃料としては、軽油／灯油／重油等があり、例え同じ種類の燃料でも国内と海外を比較すると成分が大きく異なっている。又、保管状態によってもランクは大きく変化し、水分やゴミを多く含むものもある。これらは出力の低下やスモークの悪化、或いは耐久性等、エンジンに様々な悪影響を及ぼすことは既に知られている。
【０００３】
又、建設機械に於いて、油圧ポンプの最適なトルクを引き出すには、建設機械の環境状況を考慮し、該環境状況に応じて油圧ポンプのトルクを制御することが必要であるということも知られており、これに関連して、建設機械本体及びディーゼルエンジンに付加されているセンサ類からの信号により環境状況を推定し、油圧ポンプのトルクを制御する方法が既に提案されている(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特許第３３８３７５４号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の発明は、建設機械本体及びディーゼルエンジンに付加されているセンサ類からの信号により環境状況を推定し、油圧ポンプのトルクを制御する方法であって、燃料の性状(ランク)による影響は加味されていない。そのため、この方法は常に最適な油圧ポンプトルクを引き出す迄には至っていない。
【０００５】
そこで、常に最適な油圧ポンプトルクを引き出すことができるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本出願人は、研究を重ねた結果、最適な油圧ポンプトルクを引き出すには、実際にエンジンを駆動している燃料の性状も考慮して、油圧ポンプに装着されているソレノイド制御弁を制御すべきであるという結論に達した。又、同時に、燃料の性状(ランク)を自動的に決定し、この決定結果に基づいて油圧ポンプのトルク制御を行う方法も研究し、その燃料性状を簡単に決定して、該結果を基に油圧ポンプトルクを制御する方法を見出した。
【０００７】
上記の事情に鑑み、請求項１記載の発明は、建設機械の走行用駆動源及びアクチュエータ動作用の油圧ポンプの駆動源として装備されているディーゼルエンジンと、前記油圧ポンプのトルクを制御する制御弁とを備えた建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置に於いて、前記エンジンで使用している燃料のランクを決定する燃料ランク決定手段と、該燃料ランク決定手段で決定された前記燃料ランクに応じて前記制御弁を制御する油圧ポンプトルク設定手段とを備えたことを特徴とする建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置を提供する。
【０００８】
この構成によれば、油圧ポンプトルク設定手段が燃料ランクに基づいて、該燃料ランクに見合った油圧ポンプトルクを設定する制御弁の制御を行って、最適油圧ポンプトルクを自動的に導き出す。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記燃料ランク決定手段は、上記建設機械が稼働している作業内容と環境条件を各々複数のパターンに分類し、該作業内容での分類と該環境条件での分類から燃料のランクを定めてなる燃料ランク識別マップに、前記建設機械の本体及び上記ディーゼルエンジンに付加されているセンサ類からの信号を前記作業内容に従う分類と前記環境条件に従う分類とに分け、それぞれ得られた各信号を前記燃料ランク識別マップの前記燃料ランク識別マップに対応させて前記燃料のランクを決定するようにした請求項１記載の建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置を提供する。
【００１０】
この構成によれば、建設機械本体及びディーゼルエンジンに付加されているセンサ類からの信号を建設機械が稼働している作業内容に従う分類と、建設機械が使用されている環境条件に従う分類とに分け、それぞれの分類に対応している各信号を前記燃料ランク識別マップと対応させて絞り込むことにより燃料のランクを決定する。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記燃料ランク決定手段による上記燃料のランク決定の処理は、設定された時間毎にモニタリングを実施し、その結果を更新するようにした請求項１又は２記載の建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置を提供する。
【００１２】
この構成によれば、現在使用している状況で、ある一定時間毎にモニタリングを実施して、常に燃料のランクを把握する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明は、油圧ポンプトルク設定手段が燃料ランク決定手段からの信号を基に燃料ランクを決定し、その燃料ランクに見合った制御弁の制御を行い、この制御で燃料ランクに見合った油圧ポンプトルクの設定を行うようにしているので、使用している燃料ランクに応じた最適な油圧ポンプトルクを自動的に導き出して設定することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の作用効果に加えて、建設機械本体及びディーゼルエンジンに付加されているセンサ類からの信号を燃料ランク識別マップに対応させて絞り込むことにより、燃料のランクを簡単に決定することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、一定時間毎にモニタリングを実施して燃料のランクを把握するようにしているので、請求項１，２又は３記載の発明の効果に加えて、途中で使用燃料が変更された場合は、自動的に制御弁の制御も見直され、常に最適な油圧ポンプトルクが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
常に最適な油圧ポンプトルクを引き出すという目的を達成するために、エンジンで使用している燃料のランクを燃料ランク識別マップを用いて決定する燃料ランク決定手段としての燃料状態演算器と、該燃料状態演算器で決定された前記燃料ランクに応じて前記ソレノイド制御弁を制御する油圧ポンプトルク設定器とを設け、前記エンジンに使用している燃料ランクを把握し、該燃料ランクに見合ったソレノイド制御弁の制御を行って最適な油圧ポンプトルクを自動的に導き出すようにした。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の一実施例を図面に従って詳述する。図１は本発明を適用した建設機械としての油圧ショベルを示す。該油圧ショベル１０は、下部走行体１１の上に旋回機構１２を介して上部旋回体１３が旋回自在に載置されている。上部旋回体１３には、その前方一側部にキャブ１４が設けられ、且つ、前方中央部にブーム１５が俯仰可能に取り付けられている。又、ブーム１５の先端にアーム１６が上下回動自在に取り付けられ、更に該アーム１６の先端にバケット１７が取り付けられている。
【００１８】
図２は図１の油圧ショベル１０に適用したエンジン制御系の構成ブロック図である。図２に於いて、本実施例のエンジンの制御系は、油圧ショベル１０を駆動するエンジン２１と、該エンジン２１のパワーラインに接続された油圧ポンプ２２と、エンジンコントローラ２３と、燃料状態演算器２４と、本体各装置２５と、燃料ランク識別マップ４３と、油圧ポンプトルク設定器４４と、ソレノイド制御弁４５とで構成されている。
【００１９】
エンジン２１は、燃料噴射装置２１ａを備えたディーゼルエンジンであり、該エンジン２１を動力源として油圧ショベル１０が走行する。
【００２０】
又、エンジン２１には、エンジン２１の環境を検出するセンサと作業を検出するセンサとが設けられている。環境条件を検出するセンサとしては、例えば大気圧センサ２６、吸気空気温度センサ２７、加給空気温度センサ２８、加給空気圧センサ２９であり、それぞれ、各センサ信号をエンジンコントローラ２３に出力する。作業内容を検出するセンサとしては、例えば燃料温度センサ３０、燃料吸入圧センサ３１、冷却水温度センサ３２、排気温度センサ３３、燃料噴射圧センサ３４、エンジン回転数センサ３５であり、それぞれ、各センサ信号をエンジンコントローラ２３に出力する。
【００２１】
前記エンジンコントローラ２３は、マイクロコンピュータ(通称「マイコン」という)を内蔵した制御演算部として機能するもので、各センサ２６〜３５の信号を基にエンジン２１の負荷率を検出する負荷率検出器３６を有し、該負荷率検出器３６での負荷率信号と各センサ２６〜３５からの信号を融合させて燃料噴射量指令値３７を生成し、該燃料噴射指令値３７を燃料噴射装置２１ａに付与してエンジン２１の回転数が目標エンジン回転数になるように制御する。又、エンジンコントローラ２３に入力された各センサ２６〜３５のセンサ信号、及び、負荷率検出器３６で生成された付加率信号、並びに、燃料噴射量指令値３７は、燃料状態演算器２４に出力される。
【００２２】
前記油圧ポンプ２２は、ブーム１５、アーム１６、バケット１７をそれぞれ作動させる各油圧シリンダを含むアクチュエータ(図示せず)を駆動するもので、エンジン２１の駆動力を受けて動作する。又、油圧ポンプ２２には、該油圧ポンプ２２の油圧ポンプトルクを調整するためのソレノイド制御弁４５が設けられている。更に、油圧ポンプ２２には、該油圧ポンプ２２の作動油の温度を検出する作動油温度センサ３８及び油圧ポンプ２２からの作動油の吐出圧を検出する油圧ポンプ吐出圧センサ３９が設けられ、それぞれのセンサ信号を燃料状態演算器２４に出力する。
【００２３】
本体各装置２５は、エアクリーナ、燃料を燃料噴射装置２１ａまで運ぶ燃料供給系ライン、各計器類等で成る装置群である。又、本体各装置２５には、燃料タンク(図示せず)内の燃料残量を検出する燃料残量センサ４０、大気温度を検出する大気温度センサ４１が設けられており、それぞれのセンサ信号を燃料状態演算器２４に出力する。
【００２４】
更に、本体各装置２５には、エンジン稼働時間検出器４２が設けられている。該エンジン稼働時間検出器４２は、エンジン２１の実稼働時間を検出し、その検出信号を燃料状態演算器２４に出力する。
【００２５】
燃料ランク決定手段としての前記燃料状態演算器２４は、マイコンを内蔵した制御演算部として構成されており、エンジン２１に負荷されているセンサ類、即ちエンジンコントローラ２３からの各種信号(センサ２６〜３６の各センサ信号と、負荷率検出器３６及び燃料噴射量指令値３７からの信号)と油圧ポンプ２２からの各種信号(センサ３８，３９の各センサ信号)とから、現在のエンジン２１に使用している燃料のランクを識別する機能を有し、ここで識別された燃料ランクの結果を油圧ポンプトルク設定器４４に出力する。尚、本実施例では、燃料状態演算器２４による燃料ランクの識別は、後述する燃料ランク識別マップ４３と、該燃料ランク識別マップ４３が有している８１のパターンにそれぞれ対応して予め用意されている８１個のデータ４３−１，４３−２，…，４３−８１を用いて行われる。該データ４３−１，４３−２，…，４３−８１には、燃料の種類や汚染度といった状態別に設定したエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度が予め登録されている。
【００２６】
油圧ポンプトルク設定手段としての前記油圧ポンプトルク設定器４４は、燃料状態演算器２４で識別決定された燃料ランクに応じてソレノイド制御弁４５を制御し、油圧ポンプ２２の最適な油圧ポンプトルクが得られるように、該油圧ポンプトルクを自動的に変更する機能を有する。
【００２７】
図３は、燃料ランク識別マップ４３の一例を示すものである。該燃料ランク識別マップ４３は、縦列に作業内容をツリー構成で分類すると共に、横列に環境条件を同じくツリー構成で分類し、これら縦列と横列の各分類事項でマトリックスを組み、縦列の分類内容と横軸の分類内容とが交叉した箇所に数値を燃料のパターンとして振り分けている。
【００２８】
即ち、縦列のツリー構成では、油圧ポンプ吐出圧により低／中／高の３つの項目に分類し、更に油圧ポンプ吐出圧が低の時の燃料温度を低／中／高の３つの項目、油圧ポンプ吐出圧が中の時の燃料温度を低／中／高の３つの項目、油圧ポンプ吐出圧が高の時の燃料温度を低／中／高の３つの項目にそれぞれ分類している。一方、横列のツリー構成では、大気圧の大きさにより低／中／高の３つの項目に分類し、更に大気圧が低の時の外気温度を低／中／高の３つの項目、大気圧が中の時の外気温度を低／中／高の３つの項目、大気圧が高の時の燃料温度を低／中／高の３つの項目にそれぞれ分類している。従って、この燃料ランク識別マップ４３では、縦列で分類された作業内容と横列で分類された環境条件の内容とでマトリックスを組み、燃料ランク識別マップ４３の交叉する箇所に数値を順番に振り分けることによって、使用状況を８１のパターンに分けている。そして、上記８１個のデータ４３−１，４３−２，…，４３−８１は、この８１個のパターンに１つずつ対応させて振り分けられている。
【００２９】
更に具体的な一例を説明すると、
(１)作業内容で油圧ポンプ吐出圧が「高」、燃料温度が「低」に分類され、環境内容では大気圧が「低」、外気温が「低」に分類されていた場合は、作業分類の条件と環境分類の条件とが「１」の箇所で交叉し、従って現在の使用状況に合致するデータのパターンは「１」となる。そして、続いて行われる燃料のランクを決定する作業で、パターン「１」に対応しているデータ４３−１を抽出し、該データ４３−１に登録されている状態別のエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度を現在の使用状況に於けるエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度と比較することによって、現在使用している燃料のランクが決定される。
(２)作業内容で油圧ポンプ吐出圧が「中」、燃料温度が「中」に分類され、環境内容では大気圧が「中」、外気温が「中」に分類されていた場合は、作業分類の条件と環境分類の条件とが「４１」の箇所で交叉し、従って使用状況を表すパターンは「４１」と決定なる。そして、続いて行われる燃料のランクを決定する作業では、パターン「４１」に対応しているデータ４３−４１を抽出し、該データ４３−４１に登録されている状態別のエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度を現在の使用状況に於けるエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度と比較することによって、現在使用している燃料のランクが決定される。
(３)作業内容で油圧ポンプ吐出圧が「低」、燃料温度が「高」に分類され、環境内容では大気圧が「高」、外気温が「高」に分類されていた場合は、作業分類の条件と環境分類の条件とが「８１」の箇所で交叉し、従って使用状況を表すパターンは「８１」となる。そして、続いて行われる燃料のランクを決定する作業では、パターン「８１」に対応しているデータ４３−８１を抽出し、該データ４３−８１に登録されている状態別に設定したエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度と現在の使用状況に於けるエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度と比較することによって、現在使用している燃料のランクが決定される。又、これ以外に付いても、同様にして燃料ランクを決定することができる。
【００３０】
ここで、エンジン制御系に於ける燃料のランク決定手順は、図２に示した燃料状態演算器２４に予めプログラムされている。この制御系に於ける燃料状態演算器２４の制御手順について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３１】
先ず、建設機械の状態、即ち、エアクリーナの目詰まり、燃料ラインの目詰まり、タービンの渋り、各機器類の破損等、機械状態を把握し(ステップＳ１)、機械状態に問題が無い場合(良)にはステップＳ２以降に示す実際のランク決定処理に入り、問題がある場合(不良)には処理を中止する。
【００３２】
ランク決定処理では、各センサ２６〜３５、３８〜４１の信号を読み込み、各センサ類の信号から燃料ランク識別マップ４３に対応する作業内容での分類処理(ステップＳ２)と環境条件での分類処理(ステップＳ３)とを行う。又、ここで分類処理された項目をそれぞれ燃料ランク識別マップ４３に対応させ、燃料ランク識別マップ４３の８１個のパターンの中から現在の使用状況を表す１つのパターンと該パターンに対応する１つのデータ（４３−１，４３−２，…，４３−８１）が抽出される（ステップＳ４）。
【００３３】
続いて、抽出された１つのデータ（４３−１，４３−２，…，４３−８１）に登録されているエンジン回転数頻度及びエンジン負荷率頻度と現在の使用状況に於けるエンジン回転数頻度及びエンジン負荷率頻度とを比較し（ステップＳ５）、この比較結果から現在使用している燃料のランクが決定される（ステップＳ６）。この結果は油圧ポンプトルク設定器４４に入力され、油圧ポンプトルク設定器４４ではソレノイド制御弁４５に対する制御が行われ、燃料ランクに見合った油圧ポンプトルクが設定される(ステップＳ７)。又、このランク決定処理は、一定時間毎にモニタリングされて、その結果が更新され、これにより最新の燃料ランクが把握され、油圧ポンプトルク設定器４４でもソレノイド制御弁４５に対する更新制御が行われる。
【００３４】
従って、本実施例による建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置によれば、油圧ポンプトルク設定器４４が燃料状態演算器２４からの信号を基に燃料ランクを判断し、その燃料ランクに見合った油圧ポンプトルクを設定するソレノイド制御弁４５の制御を行うようにしているので、使用している燃料ランクに応じた最適な油圧ポンプトルクを自動的に導き出すことができる。
【００３５】
又、燃料状態演算器２４による燃料ランクの決定も、建設機械本体及びディーゼルエンジン２１に付加されているセンサ類からの信号を燃料ランク識別マップ４３と対応させて状態を絞り込むことにより、簡単、且つ、自動的に決定することができる。
【００３６】
更に、燃料ランクの識別処理も、一定時間毎にモニタリングを実施しているので、途中で使用燃料が変更された場合は、自動的に制御弁の制御も見直され、常に最適な油圧ポンプトルクが得られる。
【００３７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
図は本発明の一実施の形態を示すものである。
【図１】本発明に係るトルク制御装置を適用した油圧ショベルの全体構成図。
【図２】同上油圧ショベルのエンジン制御系の構成を示す概略構成ブロック図。
【図３】本発明のトルク制御装置で使用する燃料ランク識別マップの一例を示す図。
【図４】本発明のトルク制御装置に於ける燃料ランク識別手順の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３９】
２１    エンジン
２２    油圧ポンプ
２３    エンジンコントローラ
２４    燃料状態演算器(燃料ランク設定手段)
４３    燃料ランク識別マップ
４４    油圧ポンプトルク設定器(油圧ポンプトルク設定手段)
４５    ソレノイド制御弁
【図１】
2005233120.tif 000003
【図２】
2005233120.tif 000004
【図３】
2005233120.tif 000005
【図４】
2005233120.tif 000006