(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機付きのエンジンに、産業機械の作業動力を供給するための油圧ポンプが直結されて駆動され、
その油圧ポンプによる最大負荷時は上記エンジンが定格の回転数となるよう、無負荷時は上記定格の回転数よりも高く予め設定される設定回転数となるよう、かつ無負荷と最大負荷との間は、上記油圧ポンプによる負荷が高まるにつれ上記エンジンの回転数を低くなるよう燃料噴射制御を行う産業用エンジンの制御装置において、
上記産業機械を動作させるべく上記油圧ポンプの油圧を手動操作するための操作部材と、該操作部材の動作を検知するための操作検知手段と、該操作検知手段により無負荷状態のエンジンに負荷が掛かるような動作が検知されたとき、その負荷発生前の無負荷時に、上記設定回転数を、無負荷時の設定回転数Ｎｅ１よりも高い回転数Ｎｅ１´に設定して燃料噴射量を増量し、エンジンの過給圧を上昇させ、その後、実際に負荷が上記エンジンにかかったら直ちに、上記設定回転数を、上記高い回転数Ｎｅ１´から元の設定回転数Ｎｅ１に戻して上記燃料噴射制御を行うエンジン制御ユニットとを備えたことを特徴とする産業用エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベル、クレーン等の産業機械に適用される産業用エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、産業用エンジンはエンジンの効率の良い点を使用するため所定の負荷領域、即ち無負荷最高回転〜定格点までのレギュレーション領域で使用することが多い。即ち、図１に示すように、エンジンの無負荷運転時においてオペレータにより無負荷最高回転数Ｎｅ1 が設定されると、エンジンＥＣＵ側で、その無負荷最高回転数Ｎｅ1 に相当する点Ａと、定格点Ｂ即ち最大負荷ライン上の最大馬力となる点とを結んだラインＬが想定され、作業中の負荷の変動があってもエンジンが常にそのラインＬ上で運転されるように、燃料噴射制御を実行する。負荷が高まるほどエンジン回転数は低くなっていくものの燃料は次第に増量され、最大負荷で最大燃料量となりエンジンは最大馬力を発生する。
【０００３】
一方、負荷の高まりにつれエンジン回転数が低くなっていく特性は、産業用エンジンとして一般的な機械ガバナ式ディーゼルエンジンに固有の特性で、丁度アクセルを一定に固定して負荷を高めていくとエンジン回転が落ち込んでいくときの様子に似ている。逆に、負荷が減少するほどエンジン回転数が高くなるので、無負荷時のエンジン回転数が最も高く振動騒音が大きくなる。よってこれを嫌う場合、或いはエンジン出力がそれ程必要でない場合等は、無負荷時設定回転数を下げ、図中のラインＬを左側に平行移動し、そのラインＬに沿ってエンジンを運転するようなこともある。この場合も含め、ラインＬ上の領域をレギュレーション領域といい、このような左上がりに傾斜するエンジン特性をレギュレーション特性という。
【０００４】
ところで、旧来の産業用ディーゼルエンジンは機械ガバナ式が主流を占め、このようなレギュレーション特性しか持たせることができなかったが、昨今の産業用ディーゼルエンジンは電子制御化が進み電子ガバナを搭載したものもある。この場合、機械ガバナ式と同様なレギュレーション特性を持たせることができ、また、負荷の変動に拘らずエンジン回転数を一定に保つような特性、即ちアイソクロナス特性を持たせることもできる。かかるアイソクロナス制御は特に発電機等の回転数変化を嫌う産業機械に好適である。このように電子ガバナ式エンジンでは必要に応じて特性を比較的自由に変えることができる。
【０００５】
もっとも、産業機械のうちエンジン以外の油圧系はレギュレーション特性のエンジンを前提とした設計になっている場合が多いことから、電子ガバナ式エンジンであってもレギュレーション制御を行うのが通常である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では排ガス対応の要請から産業用エンジンの分野でも過給機を搭載する所謂ターボ（インタークーラターボを含む）化が進んでいる。しかし、ターボ化するとエンジンに過渡的に負荷が掛かった場合、過給圧の上昇遅れが生じて過渡スモークの発生、機械の作動遅れ等の問題が生じる。
【０００７】
即ち、油圧ショベルを例にとると、エンジンによって油圧ポンプが駆動され、これによって発生した油圧によりショベル等を駆動することになる。そして作業前の無負荷時、オペレータによりエンジンが無負荷最高回転数に合わせられる  （図１のＡ）。
【０００８】
この後オペレータがショベル作業に入ると、油圧ポンプに負荷がかかるためエンジンにも負荷がかかり、エンジン回転が低下する（図１の▲１▼）。するとエンジン側で先のレギュレーション制御に従い燃料噴射量が増量され、ラインＬ上に戻すような制御が実行される（図１の▲２▼）。
【０００９】
しかし、このときエンジンに急激に負荷がかかり、燃料噴射量も急激に増加されるため、過給圧の上昇が追いつかない状態となる。もともと燃料噴射量はエンジン回転、負荷及び過給圧のいずれもが定常状態にあることを前提に決定されているため、急激に燃料噴射量のみ増加すると、これに過給圧の上昇が追いつかず空気不足の状態に陥る。こうなると過渡スモークが発生し、所望の出力も得られないことからショベルの作動が遅れるなどの問題が発生する。
【００１０】
そこで、本発明は以上の問題点に鑑みて創案されたもので、その目的は、エンジン負荷が過渡的に増加した場合のスモーク発生等を防止することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、過給機付きのエンジンに、産業機械の作業動力を供給するための油圧ポンプが直結されて駆動され、その油圧ポンプによる最大負荷時は上記エンジンが定格の回転数となるよう、無負荷時は上記定格の回転数よりも高く予め設定される設定回転数となるよう、かつ無負荷と最大負荷との間は、上記油圧ポンプによる負荷が高まるにつれ上記エンジンの回転数を低くなるよう燃料噴射制御を行う産業用エンジンの制御装置において、上記産業機械を動作させるべく上記油圧ポンプの油圧を手動操作するための操作部材と、該操作部材の動作を検知するための操作検知手段と、該操作検知手段により無負荷状態のエンジンに負荷が掛かるような動作が検知されたとき、その負荷発生前の無負荷時に、上記設定回転数を、無負荷時の設定回転数Ｎｅ１よりも高い回転数Ｎｅ１´に設定して燃料噴射量を増量し、エンジンの過給圧を上昇させ、その後、実際に負荷が上記エンジンにかかったら直ちに、上記設定回転数を、上記高い回転数Ｎｅ１´から元の設定回転数Ｎｅ１に戻して上記燃料噴射制御を行うエンジン制御ユニットとを備えたものである。
【００１２】
これによれば、操作部材の操作から実際の負荷発生までの間に過給圧を上昇させることができ、実際の負荷発生時には十分な過給圧を得られ、過渡スモークの問題を解消できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図２は本発明が適用される産業機械のシステム図である。ここでの産業機械は流体圧を作業動力とするもので、具体的には油圧ショベルである。これにおいてはエンジン２で油圧ポンプ３を駆動すると共に、これによって発生した油圧によってバケット、アーム等を動作させ、各種作業を行うようになっている。１点鎖線Ａで囲まれた部分がエンジン系、２点鎖線Ｂで囲まれた部分が油圧系である。エンジン系Ａでは電子ガバナ１及び過給機としてのターボチャージャ１３を備えたディーゼルエンジン２が、エンジン制御ユニット（以下ＥＣＵという）７により電子制御される。そしてこのエンジン２により油圧系Ｂの油圧ポンプ３が直結駆動される。
【００１７】
油圧系Ｂにおいて、油圧ポンプ３で発生した油圧が油圧バルブ４を通じた後、油圧アクチュエータ５へと送られる。油圧アクチュエータ５はショベル等を実質的に動作ないし駆動するものである。油圧バルブ４が、操作バルブ６から送られてくるパイロット油圧に基づき開閉され、操作バルブ６は操作部材としての操作レバー１２に連結される。これにより、オペレータが操作レバー１２を操作すると、操作バルブ６が開閉作動して適宜パイロット油圧を給排し、このパイロット油圧に応じた分だけ油圧バルブ４が開閉され、油圧アクチュエータ５が作動されることになる。
【００１８】
エンジン制御系Ａにおいては、オペレータにより手動操作される図示しないエンジン回転数設定部材（例えばレバー）の位置を検知するためのスロットルセンサ８、実際のエンジン回転数ＮE を検知するためのエンジン回転センサ９、及び電子ガバナ１の実際のラック位置（実ラック位置）ＸR を検知するためのラックセンサ１０がそれぞれＥＣＵ７に接続されている。そしてＥＣＵ７は、スロットルセンサ８から送られてくるスロットルセンサ値や実際のエンジン負荷状況に応じ、目標燃料噴射量及びこれに見合った目標ラック位置ＸT を定め、実ラック位置ＸR を目標ラック位置ＸT に合わせ込むフィードバック制御を実行する。これによりエンジンの燃料噴射量制御が実行される。
【００１９】
また、油圧系Ｂにおいて操作レバー１２の動作を検知するため、操作検知手段としてのレバーセンサ１１が設けられ、これがＥＣＵ７に接続されている。これによりＥＣＵ７側で作業機側が今後どのような作業を実行しようとしているのかを予め認識することができる。
【００２０】
レバーセンサ１１は、操作レバー１２の物理的な動作を検知するスイッチでも良いし、上記したパイロット油圧を検知する油圧センサ１４でも良い。
【００２１】
図１に示すトルクマップが燃料噴射量三次元マップの形式でＥＣＵ７に入力されている。このマップのパラメータはエンジン回転数(rpm) とエンジンに実際に掛かっている負荷とである。
【００２２】
次に、本実施形態の作用を述べる。
【００２３】
本実施形態のエンジン制御方法は基本的には前述した従来のものと同じである。即ち、作業前のエンジン無負荷時、オペレータによりエンジン回転数設定部材が操作され、設定回転数が設定される。ここでの設定回転数は通常の無負荷最高回転数Ｎｅ1 とする。するとＥＣＵ７はスロットルセンサ８から送られてくるスロットルセンサ値から設定回転数を読取り、これに基づきマップに従って目標ラック位置ＸT を定め、電子ガバナ１をフィードバック制御する。これにより作業前にエンジン回転数が無負荷最高回転数Ｎｅ1 に合わせられる。一方、ＥＣＵ７は、スロットルセンサ値から設定回転数を読取った時点で、この設定回転数を基準に図１のラインＬ即ちレギュレーション領域を決定する。よって作業開始後は、負荷の変動に応じてラインＬに沿った燃料噴射量制御が実行され、エンジンが常にレギュレーション領域で運転され、エンジンが無負荷最高回転点Ａから定格点Ｂまでの間で効率よく使用されるようになる。
【００２４】
ところで、例えばショベル等が作業前の停止状態から作業開始時の動作状態に移ったときなど、エンジンへの負荷が急激に増大するときがある。このとき前述した過給圧上昇遅れに起因するスモーク発生等の問題がある。そこでこれを解決しようというのが本発明である。
【００２５】
即ち、ＥＣＵ７がレバーセンサ１１の検知信号からエンジンに負荷が掛かるような操作レバー１２の指示動作を検知したとき、その負荷が実際に発生する前にエンジンの過給圧を上昇させる。油圧系Ｂでは、そのように操作レバー１２が動作されたとき、操作バルブ６が開き、パイロット油圧が上昇して油圧バルブ４が開き、油圧ポンプ３から油圧アクチュエータ５に高油圧を送ろうとする。このとき油圧ポンプ３及びエンジン２に高負荷が掛かる。操作レバー１２が動作されてからエンジン２に負荷が掛かるまでの間に一定のタイムラグ（通常 0.1〜0.3 秒程度）が存在する。そこでこのタイムラグの間に過給圧を上昇させ、前述の問題を解決しようとするのが本発明の趣旨である。
【００２６】
この過給圧の上昇方法としては例えば可変ベーン付き過給機でベーン制御する等の手段も考えられるが、本装置では設定回転数を一時的に高めることでこれを行っている。
【００２７】
即ち、図１に示すように、エンジンが無負荷状態で設定回転数Ｎｅ1 で運転している場合において、操作レバー１２が負荷作用側に動作されたら、即座にＥＣＵ７内部で設定回転数を若干高い値Ｎｅ1 ´に変更する。こうするとレギュレーション領域を規定するラインも自ずと高回転側のＬ´に変更される。これによって燃料が増量され、実際のエンジン回転数がＮｅ1 ´に変更され（図１の▲１▼´）、この回転上昇に伴って過給圧も上昇する。このとき無負荷状態なのでエンジン回転と過給圧とは速やかに上昇する。この回転及び過給圧上昇が前記タイムラグに相当する時間内に行われるのである。
【００２８】
この後、ショベル等が実際に作動し、エンジンへの負荷が発生する（図１の▲２▼´）。このときは既に過給圧がラインＬ上の実際の負荷相当の値まで上昇しているので、過給圧としては十分である。しかしながら、ラインがＬ´に変更されているので、このままの状態ではＥＣＵ側でエンジン運転状態をラインＬ´上に乗せようとし、燃料を増量して回転を高めようとする。
【００２９】
そこで、実際にエンジンに負荷がかかったら、こんどは即座にそのラインＬ´を元のラインＬに戻す。具体的には設定回転数を元の値Ｎｅ1 に復帰させるのである。これにより図示の如く負荷増大後のエンジン運転状態がラインＬ上に乗るようになり、燃料の増量ないし調整は殆ど行わなくて済む。また、負荷増大後のエンジン運転状態がラインＬより低回転側に若干外れることも想定される。この場合従来同様に燃料を増量しラインＬ上に戻すような制御を行うが、このときの燃料増加量は僅かなので過給圧上昇遅れが生じたとしてもスモーク発生は最小限に止められる。
【００３１】
このように、実際の負荷の増大を操作レバー１２の動作から予測し、実際に負荷がかかるのに先立って過給圧を上昇させておく制御を実行するので、過給圧の上昇遅れに起因する過渡スモーク発生を防止でき、また、実際の負荷がかかったときのエンジン出力が従来より増加しているので作業機の動作速度を早めることができる。かかる実施形態について実機試験を行ってみたところ、エンジン負荷が過渡的に増加したときのスモークはBosch Noで従来5.8 であったものが0.8 と激減した。またブーム動作時間も従来4.9 秒であったものが4.2 秒と短縮された。
【００３２】
なお、本装置では設定回転数を高めることで過給圧の上昇を行っている。この方法とは別に、操作レバー１２の動作に対応した燃料増加量を設定しておき、これに基づき燃料を増量して過給圧を上昇する方法も考えられるが、本装置ではもともと設定回転数の増減に応じて燃料量を増減する制御を採用しているので、設定回転数の変更による方法の方が制御が容易であり、既存の制御も有効に活用できる。
【００３３】
本発明の実施形態は他にも種々考えられる。産業機械は油圧ショベルの他クレーン、コンプレッサ、ポンプ、発電機等あらゆる産業機械が可能である。ガバナも産業用エンジンで一般的な機械式が可能で、この場合ステッピングモータ等のアクチュエータでポンプレバーを電子的に制御できるようにすればよい。エンジンもガソリンエンジンが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、エンジン負荷が過渡的に増加した場合のスモーク発生等を防止できるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの制御内容を示す図である。
【図２】エンジン・油圧系のシステム図である。
【符号の説明】
１  電子ガバナ
２  エンジン
３  油圧ポンプ
７  ＥＣＵ
１１  レバーセンサ
１２  操作レバー
１３  ターボチャージャ
Ｎｅ1   無負荷最高回転数（元の設定回転数）
Ｎｅ1 ´  変更後の設定回転数
【図１】
0004042296.tif 000002
【図２】
0004042296.tif 000003