JPH10339189A

JPH10339189A - 建設機械のエンジン制御装置

Info

Publication number: JPH10339189A
Application number: JP9152124A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Nakamura; 和則中村
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1998-12-22
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: KR100313552B1; CN1201866A; CN1089837C; DE69816915D1; EP0884421A2; US5878721A; EP0884421A3; JP3497060B2; DE69816915T2; KR19990006773A; EP0884421B1

Abstract

(57)【要約】【課題】油圧ポンプを回転駆動するディーゼルエンジン
において、負荷変動に追従して精度良く燃料噴射率を制
御することにより燃焼を改善し、エンジン性能の向上を
図る。【解決手段】ポンプコントローラ４０で、油圧ポンプ
１，２の傾転信号θ₁，θ₂及び油圧ポンプ１，２の吐出
圧力信号Ｐ_D1，Ｐ_D2から、Ｔ_r1＝Ｋ・θ₁・Ｐ_D1、Ｔ_r2
＝Ｋ・θ₂・Ｐ_D2（Ｋは定数）によりポンプ負荷トルク
Ｔ_r1，Ｔ_r2を求め、これらを加算した値をエンジン負荷
トルク信号Ｔとする。エンジンコントローラ５０では、
この信号Ｔとエンジン回転数信号を用い燃料噴射率を決
定し、プリストロークアクチュエータ７０を制御する。
同時に、燃料噴射開始時期を変えないよう目標噴射時期
を演算し、タイマアクチュエータ５５を制御する。これ
により燃焼の最適化が図れ、ＮＯ_x、黒煙の発生等排気
ガスの悪化を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建設機械のエンジン
制御装置に係わり、特に、電子燃料噴射装置（電子制御
ガバナ）を持つディーゼルエンジンを原動機に用いる油
圧ショベル等の建設機械のエンジン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベル等の建設機械は、一般に、
複数のアクチュエータを駆動するため少なくとも１つの
油圧ポンプを備えており、この油圧ポンプを回転駆動す
る原動機としてディーゼルエンジンが用いられている。
このディーゼルエンジンは、燃料噴射装置により燃料噴
射量や燃料噴射時期を制御している。特に最近では、燃
料噴射装置の電子制御化が進み、燃料の噴射量や噴射時
期の他に燃料噴射率も任意に制御可能となっており、こ
れにより良好な燃焼を実現し、エンジンの広範囲な性能
を向上させている。

【０００３】例えば、特開平１−１２１５６０号公報に
記載のディーゼル機関の燃料噴射装置では、低速、低負
荷域では噴射率の安定化のため開弁圧を下げ、低速、高
負荷域では、噴射率を上げて噴射期間を短くして黒煙発
生を防止するため開弁圧を上げるように制御している。

【０００４】また、燃料噴射時期についても任意に制御
可能となっており、エンジンの回転等の状態量に応じて
最適な噴射時期を決定し、良好な燃焼に寄与している。

【０００５】ここで、燃料噴射時期は早い方がシリンダ
内に噴射された燃料の燃焼時間が長くなり、燃料効率
（燃費）が良くなるが、例えば「建設の機械化」（1996
DECEMBER No.562）、「排出ガス対策型ディーゼルエン
ジンの概要と点検、整備（その２）」、第６３頁に記載
のように、一般的に、高速・高負荷時には光化学スモッ
グの原因になるといわれているＮＯ，ＮＯ₂を総称した
ＮＯ_xが発生し易いので、排ガス浄化のために、ＮＯ_xの
発生し易い高速・高負荷時には燃料噴射時期を遅らせる
方法が採用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のデ
ィーゼルエンジンの電子燃料噴射装置では、エンジン負
荷とエンジン回転数に応じて燃料噴射率を制御し、良好
な燃焼を実現しようとしている。しかし、従来は、エン
ジン負荷はエンジン回転数と燃料噴射量から推定するの
が一般的であり、エンジンにかかる負荷は直接かつ正確
に検出していなかった。このため、燃料噴射率を精度良
く制御することができず、燃焼を良くする効果に限界が
あった。

【０００７】また、油圧ショベル等の建設機械に用いら
れるディーゼルエンジンの場合、エンジンの駆動対象は
油圧ポンプであり、この油圧ポンプは複数のアクチュエ
ータを駆動するときに、吐出流量や吐出圧力が頻繁に変
化し、油圧ポンプの負荷すなわちエンジン負荷が変動す
る。このため、特にこのようなディーゼルエンジンでエ
ンジン回転数と燃料噴射量で負荷を推定して噴射率制御
を行った場合は、油圧ポンプの負荷の変動に追従して応
答良く噴射率を制御できず、十分な燃焼の改善が図れな
い。

【０００８】更に、従来の燃料噴射時期制御は、燃料噴
射開始時期を遅らせることで燃料噴射時期を遅らせる制
御であったため、燃料噴射時期を遅らせると燃料噴射終
了時期も遅れることとなり、燃料噴射期間がエンジン回
転角に対して全体的に遅れ方向にシフトした形態とな
る。このため、エンジン回転角に対する燃料噴射期間が
最適の角度範囲からずれることになり、この点でも燃焼
を良くする効果に限界があった。

【０００９】本発明の第１の目的は、油圧ポンプを回転
駆動するディーゼルエンジンにおいて、負荷変動に追従
して精度良く燃料噴射率を制御することにより燃焼を改
善し、エンジン性能の向上を図る建設機械のエンジン制
御装置を提供することである。

【００１０】本発明の第２の目的は、油圧ポンプを回転
駆動するディーゼルエンジンにおいて、エンジン回転角
に対する燃料噴射期間の角度範囲の変化を最小にしつ
つ、燃料噴射率制御により燃料噴射時期を変えたかのよ
うな制御を行うことにより燃焼を改善し、エンジン性能
の向上を図る建設機械のエンジン制御装置を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（１）上記第１の目的を達成するために、本発明は、デ
ィーゼルエンジンと、このエンジンにより回転駆動さ
れ、複数のアクチュエータを駆動する少なくとも１つの
可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出流量
を指令する流量指令手段と、前記エンジンの燃料噴射量
を制御する電子燃料噴射装置とを備え、この電子燃料噴
射装置がエンジンの燃料噴射率を制御する噴射率制御ア
クチュエータを有する建設機械のエンジン制御装置にお
いて、前記油圧ポンプの状態量を検出する第１検出手段
と、この検出手段の検出値に基づき前記油圧ポンプの負
荷を演算する負荷演算手段と、前記エンジンの回転数を
検出する第２検出手段と、前記油圧ポンプの負荷とエン
ジンの回転数に応じた燃料噴射率が得られるよう前記燃
料噴射率制御アクチュエータを作動させる噴射率演算制
御手段とを備えるものとする。

【００１２】このように負荷演算手段にて第１検出手段
の検出値に基づき油圧ポンプの負荷を演算することによ
り、エンジンにかかる正確な負荷が分かり、噴射率演算
制御手段でこの油圧ポンプの負荷とエンジン回転数に応
じた燃料噴射率が得られるよう燃料噴射率制御アクチュ
エータを作動させることにより、燃料噴射率が精度良く
制御できる。また、油圧ポンプの吐出流量や吐出圧力が
頻繁に変化し、油圧ポンプの負荷（エンジン負荷）が変
動したとしても、この負荷変動に追従して応答良く噴射
率を制御できるようになる。これにより燃焼が改善さ
れ、エンジン性能の向上が図れる。

【００１３】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記第１検出手段は、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出
する手段と、前記油圧ポンプの傾転位置を検出する手段
とを有し、前記負荷演算手段は、これらの検出値から油
圧ポンプの負荷を演算する。

【００１４】これによりエンジンにかかる正確な負荷が
分かり、上記（１）で述べたように負荷に追従して精度
良く燃料噴射率を制御できる。

【００１５】（３）上記（１）において、前記第１検出
手段は、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する手段を有
し、前記負荷演算手段は、この検出値と前記流量指令手
段が指令する油圧ポンプの吐出流量に相当する目標傾転
とから油圧ポンプの負荷を演算するものであってもよ
い。

【００１６】このように油圧ポンプの吐出流量が実際に
変化する前の値である目標傾転を用いて油圧ポンプの負
荷を演算することにより、油圧ポンプの負荷（エンジン
負荷）の変動に対する噴射時期制御の追従の応答性が更
に良くなり、噴射率制御が更に精度良く行え、燃焼の一
層の改善が図れる。

【００１７】（４）また、上記（１）において、好まし
くは、前記噴射率演算制御手段は、前記油圧ポンプの負
荷とエンジンの回転数とに基づき、油圧ポンプの負荷が
増大するに従って、またエンジンの回転数が低くなるに
従って、燃料噴射率が小さくなるよう噴射率指令値を決
定し、前記電子燃料噴射装置は、更に前記噴射率の如何
に係わらず燃料噴射開始時期が実質的に変化しないよう
制御する噴射時期制御手段を有している。

【００１８】このように噴射率及び噴射開始時期を制御
することにより、燃料噴射量の制御と相俟って、油圧ポ
ンプの負荷（エンジン負荷）が増大するに従って、噴射
率がピークに達する時期が遅れ、しかも燃料噴射開始時
期は遅れないよう制御され、エンジン回転角に対する燃
料噴射期間の角度範囲の変化を最小にしつつ、燃料噴射
時期を遅らせたかのような制御が可能となる。このた
め、燃料噴射期間を最適の角度範囲に保ったままの噴射
時期制御を行えるようになり、ＮＯ_x、黒煙の発生の低
減等、燃焼の一層の改善が図れる。

【００１９】（５）また、上記第２の目的を達成するた
めに、本発明は、ディーゼルエンジンと、このエンジン
の燃料噴射量を制御する電子燃料噴射装置とを備えた建
設機械のエンジン制御装置において、前記エンジンの負
荷を検出する手段と、前記エンジンの回転数を検出する
手段と、前記エンジンの負荷とエンジンの回転数とに基
づき、エンジンの負荷が増大するに従って、またエンジ
ンの回転数が低くなるに従って、燃料噴射率が小さくな
り、かつ前記噴射率の如何に係わらず燃料噴射開始時期
が変化しないよう制御する燃料噴射制御手段とを備える
ものとする。

【００２０】これにより上記（４）で述べたように、エ
ンジン回転角に対する燃料噴射期間の角度範囲の変化を
しつつ、燃料噴射時期を遅らせたかのような制御が可能
となり、燃料噴射期間を最適の角度範囲に保ったままの
噴射時期制御を行うことにより、ＮＯ_x、黒煙の発生の
低減等、燃焼の一層の改善が図れる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。

【００２２】まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図
１０により説明する。

【００２３】図１において、１及び２は可変容量型の油
圧ポンプであり、油圧ポンプ１，２は弁装置３，４を介
してアクチュエータ５，６に接続され、油圧ポンプ１，
２が吐出した圧油によりアクチュエータ５，６は駆動さ
れる。アクチュエータ５，６は例えば油圧ショベルの作
業フロントを構成するブーム、アーム等を動かす油圧シ
リンダであり、このアクチュエータ５，６が駆動される
ことにより所定の作業が行われる。アクチュエータ５，
６の駆動指令は操作レバー装置３３，３４により与えら
れ、操作レバー装置３３，３４を操作することにより弁
装置３，４が操作され、アクチュエータ５，６の駆動が
制御される。

【００２４】油圧ポンプ１，２は例えば斜板ポンプであ
り、容量可変機構である斜板１ａ，１ｂの傾転をレギュ
レータ７，８で制御することによりそれぞれのポンプ吐
出流量が制御される。

【００２５】９は固定容量型のパイロットポンプであ
り、油圧信号や制御用の圧油を生成するためのパイロッ
ト圧発生源となる。

【００２６】油圧ポンプ１，２及びパイロットポンプ９
は原動機１０の出力軸１１に接続され、原動機１０によ
り回転駆動される。原動機１０はディーゼルエンジンで
あり、電子燃料噴射装置１２を備えている。また、その
目標回転数はアクセル操作入力部３５により指令され
る。

【００２７】油圧ポンプ１，２のレギュレータ７，８
は、それぞれ、傾転アクチュエータ２０，２０と、ポジ
ティブ傾転制御用の第１サーボ弁２１，２１と、入力ト
ルク制限制御用の第２サーボ弁２２，２２とを備え、こ
れらのサーボ弁２１，２２によりパイロットポンプ９か
ら傾転アクチュエータ２０に作用する圧油の圧力を制御
し、油圧ポンプ１，２の傾転が制御される。

【００２８】油圧ポンプ１，２のレギュレータ７，８を
拡大して図２に示す。各傾転アクチュエータ２０は、両
端に大径の受圧部２０ａと小径の受圧部２０ｂとを有す
る作動ピストン２０ｃと、受圧部２０ａ，２０ｂが位置
する受圧室２０ｄ，２０ｅとを有し、両受圧室２０ｄ，
２０ｅの圧力が等しいときはその面積差により作動ピス
トン２０ｃは図示右方向に移動し、これにより斜板１ａ
又は２ａの傾転は小さくなりポンプ吐出流量が減少し、
大径側の受圧室２０ｄの圧力が低下すると、作動ピスト
ン２０ｃは図示左方向に移動し、これにより斜板１ａ又
は２ａの傾転が大きくなりポンプ吐出流量が増大する。
また、大径側の受圧室２０ｄは第１及び第２サーボ弁２
１，２２を介してパイロットポンプ９の吐出管路に接続
され、小径側の受圧室２０ｅは直接パイロットポンプ９
の吐出管路に接続されている。

【００２９】ポジティブ傾転制御用の各第１サーボ弁２
１は、ソレノイド制御弁３０又は３１からの制御圧力に
より作動する弁であり、制御圧力が高いときは弁体２１
ａが図示右方向に移動し、パイロットポンプ９からのパ
イロット圧を減圧せずに受圧室２０ｄに伝達し、油圧ポ
ンプ１又は２の吐出流量を少なくし、制御圧力が上昇す
るにしたがって弁体２１ａがバネ２１ｂの力で図示左方
向に移動し、パイロットポンプ９からのパイロット圧を
減圧して受圧室２０ｄに伝達し、油圧ポンプ１又は２の
吐出流量を増大させる。

【００３０】入力トルク制限制御用の各第２サーボ弁２
２は、油圧ポンプ１又は２の吐出圧力とソレノイド制御
弁３２からの制御圧力により作動する弁であり、油圧ポ
ンプ１又は２の吐出圧力とソレノイド制御弁３２からの
制御圧力が操作駆動部の受圧室２２ａ，２２ｂ，２２ｃ
にそれぞれ導かれ、油圧ポンプ１又は２の吐出圧力がバ
ネ２２ｄの弾性力と受圧室２２ｃに導かれる制御圧力の
油圧力との差で決まる設定値より低いときは、弁体２２
ｅは図示右方向に移動し、パイロットポンプ９からのパ
イロット圧を減圧せずに受圧室２０ｄに伝達し、油圧ポ
ンプ１又は２の吐出流量を少なくし、油圧ポンプ１又は
２の吐出圧力が同設定値よりも高くなるにしたがって弁
体２２ａが図示左方向に移動し、パイロットポンプ９か
らのパイロット圧を減圧して受圧室２０ｄに伝達し、油
圧ポンプ１又は２の吐出流量を増大させる。また、ソレ
ノイド制御弁３２からの制御圧力が低いときは、上記設
定値を大きくし、油圧ポンプ１又は２の高めの吐出圧力
から油圧ポンプ１又は２の吐出流量を減少させ、ソレノ
イド制御弁３２からの制御圧力が高くなるにしたがって
上記設定値を小さくし、油圧ポンプ１又は２の低めの吐
出圧力から油圧ポンプ１又は２の吐出流量を減少させ
る。

【００３１】ソレノイド制御弁３０，３１は、それぞ
れ、操作レバー装置３３，３４が中立位置にあるときに
はこれらから出力される制御圧力を最高にし、操作レバ
ー装置３３，３４が操作されると、その操作量が増大す
るに従って制御圧力が低くなるよう動作する（後述）。
また、ソレノイド制御弁３２はアクセル操作入力部３５
からのアクセル信号が示す目標回転数が高くなるに従っ
てこれから出力される制御圧力が低くなるよう動作する
（後述）。

【００３２】以上により、操作レバー装置３３，３４の
操作量が増大するに従って油圧ポンプ１，２の吐出流量
が増大し、弁装置３，４の要求流量に応じた吐出流量が
得られるよう油圧ポンプ１，２の傾転が制御されると共
に、油圧ポンプ１，２の吐出圧力が上昇するに従って、
またアクセル制御入力部３５から入力される目標回転数
が低くなるに従って油圧ポンプ１，２の吐出流量の最大
値が小さく制限され、油圧ポンプ１の負荷が原動機１０
の出力トルクを越えないように油圧ポンプ１，２の傾転
が制御される。

【００３３】図１に戻り、４０はポンプコントローラで
あり、５０はエンジンコントローラである。

【００３４】ポンプコントローラ４０は、圧力センサ４
１，４２，４３，４４、位置センサ４５，４６からの検
出信号及びアクセル操作入力部３５からのアクセル信号
を入力し、所定の演算処理を行い、ソレノイド制御弁３
０，３１，３２へ制御電流を出力すると共に、エンジン
コントローラ５０にエンジン負荷トルク信号を出力す
る。

【００３５】操作レバー装置３３，３４は操作信号とし
てパイロット圧を生成し出力する油圧パイロット方式で
あり、操作レバー装置３３，３４のパイロット回路には
そのパイロット圧を検出するシャトル弁３６，３７が設
けられ、圧力センサ４１，４２は、それぞれ、そのシャ
トル弁３６，３７により検出されたパイロット圧を検出
する。また、圧力センサ４３，４４はそれぞれ油圧ポン
プ１，２の吐出圧力を検出し、位置センサ４５，４６は
それぞれ油圧ポンプ１，２の斜板１ａ，２ａの傾転を検
出する。

【００３６】エンジンコントローラ５０は前記アクセル
操作入力部３５からのアクセル信号及びポンプコントロ
ーラ４０からのエンジン負荷トルク信号を入力すると共
に、回転数センサ５１、リンク位置センサ５２、進角セ
ンサ５３からの検出信号を入力し、所定の演算処理を行
い、ガバナアクチュエータ５４、タイマアクチュエータ
５５、プリストロークアクチュエータ７０に制御電流を
出力する。回転数センサ５１はエンジン１０の回転数を
検出するものである。

【００３７】図３に電子燃料噴射装置１２及びその制御
系の概要を示す。図３において、電子燃料噴射装置１２
は、エンジン１０の各シリンダ毎に噴射ポンプ５６と噴
射ノズル５７とガバナ機構５８とを有している。噴射ポ
ンプ５６は、基本的には、プランジャ６１と、このプラ
ンジャ６１が内部を上下動するタイミングスリーブ６２
とを有し、カムシャフト５９が回転すると、この回転に
よりカムシャフト５９に設けられたカム６０がプランジ
ャ６１を押し上げ燃料を加圧し、その加圧燃料がノズル
５７に送出され、エンジンのシリンダ内に噴射される。
カムシャフト５９はエンジン１０のクランクシャフトに
連動して回転する。

【００３８】また、カム６０はコンケーブカムであり、
このカム６０でプランジャ６１を押し上げ燃料を加圧す
ると共に、タイミングスリーブ６２をプリストロークア
クチュエータ７０により上下方向に動かし、これらの動
作の組み合わせにより噴射率が制御される（後述）。

【００３９】また、ガバナ機構５８は、上記のガバナア
クチュエータ５４と、このガバナアクチュエータ５４に
より位置制御されるリンク機構６４を有し、このリンク
機構６４がプランジャ６１を回転させることによりプラ
ンジャ６１に設けられたリード７３（図４参照）とタイ
ミングスリーブ６２に設けられた燃料吸入ポート７４
（同）との位置関係を変化させ、プランジャ６１の有効
圧縮ストロークを変化させて燃料噴射量を調整する。上
記のリンク位置センサ５２はこのリンク機構に設けられ
ており、そのリンク位置を検出する。ガバナアクチュエ
ータ５４は例えば電磁ソレノイドある。

【００４０】また、電子燃料噴射装置１２は上記のタイ
マアクチュエータ５５を有し、クランクシャフトに連結
されたシャフト６５の回転に対してカムシャフト５９を
進角することで位相調整し、燃料の噴射時期を調整す
る。このタイマアクチュエータ５５は、噴射ポンプ５６
に駆動トルクを伝える必要があるため、位相調整に大き
な力を必要とする。このためタイマアクチュエータ５５
には油圧アクチュエータを内蔵したものが用いられると
共に、エンジンコントローラ５０からの制御電流を油圧
信号に変換するソレノイド制御弁６６が設けられ、油圧
によって進角させる。上記の回転数センサ５１はシャフ
ト６５の回転数を検出するよう設けられ、進角センサ５
３はカムシャフト５９の回転数を検出するよう設けられ
ている。

【００４１】図４に噴射ポンプ５６の詳細を示す。プラ
ンジャ６１には高圧室７１に連通するサクションポート
７２及びリード７３が形成され、タイミングスリーブ６
２には燃料吸入ポート７４が形成されている。タイミン
グスリーブ６２は燃料室７５内に位置し、このタイミン
グスリーブ６２にプランジャ６１が挿入されている。プ
リストロークアクチュエータ７０は制御ロッド７６を介
してタイミングスリーブ６２に連結され、タイミングス
リーブ６２をプランジャ６１に対して上下方向に調節可
能にして、プランジャ６１のプリストローク（噴射を開
始するまでのストローク量）を可変制御可能にしてい
る。すなわち、タイミングスリーブ６２の上下方向の位
置が変わると、プランジャ６１が上方に移動するときの
サクションポート７２を閉じるストローク位置が変わ
り、プリストロークが変わる。ここで、プリストローク
が短くなると、噴射時期が早まり、プリストロークが長
くなると噴射時期が遅くなる。７７はシリンダ、７８は
クランク軸である。

【００４２】図５にコンケーブカム６０とプリストロー
ク制御との組み合わせにより燃料噴射率を制御する原理
を示す。

【００４３】コンケーブカム６０は図示斜線の部分を一
部えぐりとったような変形プロフィールを有している。
このような変形プロフィールにすると、カムアングル
（エンジン回転）に対する送油率は、傾きが緩やかな部
分Ｃ１と傾きが急な部分Ｃ２とを持つ特性となり、これ
とプリストローク量の変化によって噴射時期を変える制
御と組み合わせると、Ａ，Ｂ，Ｃのように送油率特性の
使用範囲が変わり、噴射率が変わる。すなわち、Ａでは
リフト変位が早く、噴射率が高くなり、Ｃはリフト変位
が遅く、噴射率が低くなり、Ｂはその中間の噴射率とな
る。

【００４４】ポンプコントローラ４０の処理内容を図６
に機能ブロック図で示す。図６において、圧力センサ４
１，４２からの検出信号（パイロットレバーセンサ信号
Ｐ１及びＰ２）は目標傾転演算ブロック４０ａ，４０ｂ
で油圧ポンプ１，２の目標傾転θ₀₁，θ₀₂に変換され、
更に電流値演算ブロック４０ｃ，４０ｄで電流値Ｉ₁，
Ｉ₂に変換され、対応する制御電流がソレノイド制御弁
３０，３１に出力される。

【００４５】ここで、ブロック４０ａ，４０ｂにおける
センサ信号Ｐ１，Ｐ２のパイロット圧と目標傾転θ₀₁，
θ₀₂との関係は、それぞれ、パイロット圧が高くなるに
従って目標傾転θ₀₁，θ₀₂が増大するように設定され、
ブロック４０ｃ，４０ｄにおける目標傾転θ₀₁，θ₀₂と
電流値Ｉ₁，Ｉ₂との関係は、それぞれ、目標傾転θ₀₁，
θ₀₂が増大するに従って電流値Ｉ₁，Ｉ₂が増加するよう
に設定されており、これにより前述したように、ソレノ
イド制御弁３０，３１は、それぞれ、操作レバー装置３
３，３４が中立位置にあるときにはこれから出力される
制御圧力を最高にし、操作レバー装置３３，３４が操作
されると、その操作量が増大するに従って制御圧力が低
くなるよう動作する。

【００４６】また、アクセル操作入力部３５からのアク
セル信号は最大トルク演算ブロック４０ｅで最大許容ト
ルクＴ_pに変換され、更に電流値変換部４０ｆで電流値
Ｉ₃に変換され、対応する制御電流がソレノイド制御弁
３２に出力される。アクセル操作入力部３５はオペレー
タにより操作されるものであり、オペレータの使用条件
に応じてアクセル信号が選択され、目標回転数が指令さ
れる。

【００４７】ここで、ブロック４０ｅにおけるアクセル
信号と最大許容トルクＴ_pとの関係は、アクセル信号が
示す目標回転数が高くなるに従って最大許容トルクＴ_p
が増大するように設定され、ブロック４０ｆにおける最
大許容トルクＴ_pと電流値Ｉ₃との関係は、最大許容トル
クＴ_pが増大するに従って電流値Ｉ₃が増加するように設
定されており、これにより前述したように、ソレノイド
制御弁３２はアクセル操作入力部３５からのアクセル信
号が示す目標回転数が高くなるに従ってこれから出力さ
れる制御圧力が低くなるよう動作する。

【００４８】更に、位置センサ４５からの検出信号（油
圧ポンプ１の傾転信号θ₁）及び圧力センサ４３からの
検出信号（油圧ポンプ１の吐出圧力信号Ｐ_D1）はトルク
演算ブロック４０ｇに入力され、位置センサ４６からの
検出信号（油圧ポンプ２の傾転信号θ₂）及び圧力セン
サ４４からの検出信号（油圧ポンプ２の吐出圧力信号Ｐ
_D2）はトルク演算ブロック４０ｈに入力され、これらブ
ロック４０ｇ，４０ｈで以下の式により油圧ポンプ１，
２の負荷トルクＴ_r1，Ｔ_r2が計算される。

【００４９】Ｔ_r1＝Ｋ・θ₁・Ｐ_D1 Ｔ_r2＝Ｋ・θ₂・Ｐ_D2 （Ｋは定数）これらの負荷トルクＴ_r1，Ｔ_r2は加算部４０ｉで加算さ
れ、油圧ポンプ１，２の負荷トルクの合計が求められ
る。これらの負荷トルクの合計はエンジン負荷トルク信
号Ｔとしてエンジンコントローラ５０に出力される。

【００５０】エンジンコントローラ５０の処理内容を図
７に機能ブロック図で示す。図７において、アクセル操
作入力部３５からのアクセル信号、回転数センサ５１か
らの検出信号（エンジン回転数信号）、リンク位置セン
サ５２からの検出信号（リンク位置信号）は燃料噴射量
演算ブロック５０ａで燃料噴射量指令に変換され、対応
する制御電流がガバナアクチュエータ５４に出力され
る。ここで、燃料噴射量演算ブロック５０ａにおける処
理内容は公知であり、アクセル信号が示す目標回転数と
回転数センサ５２により検出したエンジン回転数のいず
れかが変化し、目標回転数から検出回転数を差し引いた
回転数偏差ΔＮがプラス方向に増大すると燃料噴射量を
増大するようリンク機構６４のリンク位置を調整し、回
転数偏差ΔＮがマイナス方向に減少すると燃料噴射量を
減少するようリンク機構６４のリンク位置を調整する。
リンク位置信号はフィードバック制御用である。

【００５１】また、回転数センサ５１からの検出信号
（エンジン回転数信号）、ポンプコントローラ４０から
のエンジン負荷トルク信号Ｔ、進角センサ５３からの検
出信号（進角信号）は燃料噴射率演算ブロック５０ｂで
プリストローク制御指令と燃料噴射時期指令に変換さ
れ、対応する制御電流がプリストロークアクチュエータ
７０とタイマアクチュエータ５５のソレノイド制御弁６
６に出力される。

【００５２】図８に燃料噴射率演算ブロック５０ｂの処
理内容の詳細を示す。図８において、回転数センサ５１
からの検出信号（エンジン回転数信号）及びポンプコン
トローラ４０からのエンジン負荷トルク信号Ｔは噴射率
パターン選択ブロック５０ｃに入力され、エンジン回転
数とエンジン負荷トルクに応じた噴射率パターンが選択
される。

【００５３】ここで、エンジン回転数とエンジン負荷ト
ルクに応じた噴射率パターンとして図９（ａ）〜（ｄ）
に示すようなＡ，Ｂ，Ｃの３パターンが設定されてい
る。これらのパターンは、全て燃料噴射開始時期（回転
角）をほぼ同じとし、パターンＡ，Ｂ，Ｃの順で燃料噴
射率を小さくしたものであり、エンジン回転数が一定で
あれば、図９（ａ）に示すように低負荷トルク（低負
荷）でパターンＡ（高噴射率）が選択され、中負荷トル
ク（中負荷）でパターンＢ（中噴射率）が選択され、高
負荷トルク（高負荷）でパターンＣ（低噴射率）が選択
され、負荷トルクが一定であれば、図９（ｂ），
（ｃ），（ｄ）に示すようにエンジン回転数の下降に従
ってより低い負荷でも中噴射率のパターンＢ又は低噴射
率のパターンＣが選択されるようになる。換言すれば、
エンジン負荷トルクが増大するに従って、またエンジン
回転数が減少するに従って、パターンＡ（高噴射率）、
パターンＢ（中噴射率）、パターンＣ（低噴射率）の順
で選択される。

【００５４】噴射率パターン選択ブロック５０ｃで噴射
率パターンが選択されると、プリストローク制御量演算
ブロック５０ｄでその噴射率を得るためのプリストロー
ク制御量が演算される。このプリストローク制御量はプ
リストローク制御指令として制御電流に変換され、プリ
ストロークアクチュエータ７０に出力される。

【００５５】一方、噴射率の変更のためのプリストロー
ク制御は噴射時期の変化を伴うものであり、上記のパタ
ーンＡ，Ｂ，Ｃを実現するためには燃料噴射開始時期
（回転角）をほぼ同じにしなければならない。そこで、
目標噴射時期演算ブロック５０ｅでは、プリストローク
制御による噴射時期の変化を補正し、燃料噴射開始時期
（回転角）を常に一定とする噴射時期の補正量を演算
し、この補正量を基本噴射時期に加算して目標噴射時期
を計算する。

【００５６】この目標噴射時期は減算部５０ｆで進角セ
ンサ５３からの検出信号（進角信号）との偏差が取ら
れ、その偏差から指令値演算ブロック５０ｇにおいて噴
射時期指令が演算される。この噴射時期指令は制御電流
に変換され、タイマアクチュエータ５５のソレノイド制
御弁６６に出力される。

【００５７】ここで、上述したように、パターンＡ（高
噴射率）、パターンＢ（中噴射率）、パターンＣ（低噴
射率）の順序で噴射率が選択され（図９参照）、噴射率
が制御される。その結果、パターンＡ，Ｂ，Ｃの順で噴
射率がピークに達する時期が遅れる。このことは、エン
ジン負荷トルクが増大するに従って、燃料噴射時期が遅
くなるのと同等の効果を持つ。しかも、燃料噴射開始時
期は全てほぼ同じであるので、燃料噴射終了時期も全て
概ね同じとなり、エンジン回転角に対する燃料噴射期間
の角度範囲の変化も最小に抑えられる。このため、燃料
噴射期間を最適の角度範囲に保ったままの噴射時期制御
を行えるようになる。

【００５８】以上のように構成した本実施形態によれ
ば、ポンプコントローラ４０で油圧ポンプ１，２の負荷
トルクＴ_r1，Ｔ_r2を計算し、これらを合計してエンジン
負荷トルクとすることにより、エンジンにかかる負荷を
直接かつ正確に計算し、エンジンコントローラ５０では
このエンジン負荷トルクとエンジン回転数を用いて噴射
率パターンを決定している。このため、エンジン負荷と
エンジン回転数に応じた噴射率指令値（プリストローク
制御量）が正確に決定できると共に、アクチュエータ
５，６の駆動に際して油圧ポンプ１，２の吐出流量や吐
出圧力が頻繁に変化し、油圧ポンプの負荷すなわちエン
ジン負荷が変動したとしても、この負荷変動に追従して
応答良く噴射率を制御できる。その結果、燃料噴射率を
最適に制御でき、燃焼が改善され、エンジン性能の向上
が図れる。

【００５９】また、本実施形態の噴射率制御では、エン
ジン負荷トルク（油圧ポンプの負荷トルク）とエンジン
回転数とに基づき、エンジン負荷トルクが増大するに従
って、またエンジン回転数が低くなるに従って、燃料噴
射率が小さくなるよう噴射率パターンを決定し、かつ噴
射率の如何に係わらず燃料噴射開始時期は実質的に変化
しないように制御したので、エンジン負荷トルクが増大
するに従って、噴射率がピークに達する時期が遅れ、し
かも燃料噴射開始時期は遅れないよう制御されることと
なり、エンジン回転角に対する燃料噴射期間の角度範囲
の変化を最小にしつつ、燃料噴射時期を遅らせたかのよ
うな制御が可能となる。このため、燃料噴射期間を最適
の角度範囲に保ったままの噴射時期制御を行えるように
なり、燃焼の最適化が図れ、燃焼効率及び燃費を改善で
きると共に、ＮＯ_xや黒煙の発生も抑えた排気ガスの浄
化が可能となり、エンジン性能の一層の向上が図れる。
また、エンジン燃焼室内の温度上昇を抑制でき、エンジ
ンの信頼性も向上する。

【００６０】本発明の第２の実施形態を図１０及び図１
１により説明する。本実施形態は油圧ポンプの負荷トル
クを目標ポンプ傾転を用いて算出するものである。図
中、図１及び図６に示す部材又は機能を同等のものには
同じ符号を付している。

【００６１】図１０において、本実施形態では油圧ポン
プ１，２には斜板１ａ，２ａの傾転を検出するための位
置センサは設けられておらず、ポンプコントローラ４０
Ａには、圧力センサ４１，４２，４３，４４からの検出
信号とアクセル操作入力部３５からのアクセル信号のみ
が入力される。

【００６２】ポンプコントローラ４０Ａの処理内容を図
１１に機能ブロック図で示す。図１１において、目標傾
転演算ブロック４０ａ，４０ｂ、電流値演算ブロック４
０ｃ，４０ｄ、最大トルク演算ブロック４０ｅ、電流値
変換部４０ｆでの処理内容は図６に示した第１の実施形
態のものと同じである。

【００６３】目標傾転演算ブロック４０ａで計算した油
圧ポンプ１の目標傾転θ₀₁及び圧力センサ４３からの検
出信号（油圧ポンプ１の吐出圧力信号Ｐ_D1）はトルク演
算ブロック４０Ａｇに入力され、目標傾転演算ブロック
４０ｂで計算した油圧ポンプ２の目標傾転θ₀₂及び圧力
センサ４４からの検出信号（油圧ポンプ２の吐出圧力信
号Ｐ_D2）はトルク演算ブロック４０Ａｈに入力され、こ
れらブロック４０Ａｇ，４０Ａｈで以下の式により油圧
ポンプ１，２の負荷トルクＴ_r1，Ｔ_r2が計算される。

【００６４】Ｔ_r1＝Ｋ・θ₀₁・Ｐ_D1 Ｔ_r2＝Ｋ・θ₀₂・Ｐ_D2 （Ｋは定数）これらの負荷トルクＴ_r1，Ｔ_r2は加算部４０ｉで加算さ
れ、油圧ポンプ１，２の負荷トルクの合計Ｔ_r12が求め
られる。このポンプ負荷トルクＴ_r12は最大トルク演算
ブロック４０ｅで計算された最大許容トルクＴ_pと共に
最小値選択ブロック４０ｊに入力され、ここで両者のう
ちの小さい方が選択される。

【００６５】前述したように、油圧ポンプ１，２の傾転
は、レギュレータ７，８により、油圧ポンプ１，２の吐
出圧力が上昇するに従って、またアクセル制御入力部３
５から入力される目標回転数が低くなるに従って油圧ポ
ンプ１，２の吐出流量の最大値が小さくり、油圧ポンプ
１の負荷が原動機１０の出力トルクを越えないように制
御される。すなわち、目標傾転演算ブロック４０ａ，４
０ｂで計算した油圧ポンプ１，２の目標傾転θ₀₁，θ₀₂
が増大するとき、油圧ポンプ１，２の負荷トルクが最大
許容トルクＴ_pを越えようとすると、油圧ポンプ１，２
の傾転はそれ以上増大しないよう制御される。このた
め、最小値選択ブロック４０ｊでポンプ負荷トルクＴ
_r12と最大許容トルクＴ_pの小さい方を選択することによ
り、油圧ポンプ１，２の実際の負荷トルクに相当する値
が求まる。

【００６６】最小値選択ブロック４０ｊで選択された負
荷トルクはエンジン負荷トルク信号Ｔ₀としてエンジン
コントローラ５０に出力される。

【００６７】本実施形態によれば、油圧ポンプ１，２の
吐出流量が実際に変化する前の値である目標ポンプ傾転
を用いて油圧ポンプ１，２の負荷トルク（エンジン負荷
トルク）を求めるので、油圧ポンプ１，２の吐出流量の
変化によるエンジン負荷の変動に対する噴射率制御の追
従の応答性が更に良くなり、噴射率制御を更に精度良く
行え、燃焼の一層の改善が図れる。また、油圧ポンプ
１，２の斜板位置を検出する位置センサが不要となるの
で、制御装置の低コスト化が図れる。

【００６８】なお、以上の実施形態では、ポンプコント
ローラとエンジンコントローラを別々に設けたが、これ
らを１つのコントローラで構成しても良いことは勿論で
ある。

【００６９】また、燃料噴射率は予め複数の噴射率パタ
ーンを設定し、噴射率を決定したが、エンジン負荷とエ
ンジン回転数と噴射率との３次元マップを用意してお
き、エンジン負荷とエンジン回転数とから対応する噴射
率を計算しても良い。

【００７０】更に、上記実施形態では、噴射ポンプとし
てカムでプランジャを押すいわゆる列型を採用し、コン
ケーブカムとプリストローク制御との組み合わせで噴射
率を制御したが、噴射率制御手段はこれには限らず、噴
射ポンプの形式等に応じて適宜変更できるものである。
例えば、コモンレールを持つ方式では、電磁燃料噴射弁
のコイルに噴射率パターンに対応する波形の電流を流す
ことにより、自由に噴射率を変えることができる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、エンジンにかかる正確
な負荷を計算してエンジンの燃料噴射率を制御するの
で、エンジンの負荷変動に追従して精度良く噴射率が制
御され、噴射率を最適に制御できる。このため、燃焼が
改善され、エンジン性能の向上が図れる。

【００７２】また、本発明によれば、噴射率制御と噴射
時期制御の組み合わせで、エンジン負荷が増大するに従
って、エンジン回転角に対する燃料噴射期間の角度範囲
の変化を最小にしつつ、燃料噴射時期を遅らせたかのよ
うな制御が可能となるので、燃料噴射期間を最適の角度
範囲に保ったままの噴射時期制御を行えるようになる。
このため、燃焼の最適化が図れ、燃焼効率及び燃費を改
善できると共に、ＮＯ _xや黒煙の発生も抑えた排気ガス
の浄化が可能となり、エンジン性能の向上が図れる。ま
た、エンジン燃焼室内の温度上昇を抑制でき、エンジン
の信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるエンジン制御装
置の全体構成を油圧回路及びポンプ制御系と共に示す図
である。

【図２】油圧ポンプのレギュレータ部分の拡大図であ
る。

【図３】電子燃料噴射装置の概略構成を示す図である。

【図４】噴射ポンプの詳細を示す図である。

【図５】プリストローク制御による噴射率制御の原理を
説明する図である。

【図６】ポンプコントローラの処理内容を示す機能ブロ
ック図である。

【図７】エンジンコントローラの処理内容を示す機能ブ
ロック図である。

【図８】エンジンコントローラの噴射率演算ブロックの
処理内容を示す機能ブロック図である。

【図９】噴射率パターンを示す図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態によるエンジン制御
装置の全体構成を油圧回路及びポンプ制御系と共に示す
図である。

【図１１】ポンプコントローラの処理内容を示す機能ブ
ロック図である。

【符号の説明】

１，２油圧ポンプ３，４弁装置４，５油圧アクチュエータ７，８レギュレータ９パイロットポンプ１０ディーゼルエンジン１１出力軸１２電子燃料噴射装置３０〜３２ソレノイド制御弁３３，３４操作レバー装置３５アクセル操作入力部３６，３７シャトル弁４０ポンプコントローラ４０ａ，４０ｂ目標傾転演算ブロック４０ｃ，４０ｄ電流値演算ブロック４０ｅ最大トルク演算ブロック４０ｆ電流値変換部４０ｇ，４０Ｈトルク演算ブロック４０ｉ加算部４０ｊ最小値選択ブロック４１〜４４圧力センサ４５，４６位置センサ５０エンジンコントローラ５０ａ燃料噴射量演算ブロック５０ｂ燃料噴射率演算ブロック５０ｃ噴射パターン選択ブロック５０ｄプリストローク制御量演算ブロック５０ｅ目標噴射時期演算ブロック５１回転数センサ５２リンク位置センサ５３進角センサ５４ガバナアクチュエータ５５タイマアクチュエータ５６噴射ポンプ５７噴射ノズル５８ガバナ機構５９カムシャフト６０カム６１プランジャ６２プランジャバレル６４リンク機構６５シャフト６６ソレノイド制御弁７０プリストロークアクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディーゼルエンジンと、このエンジンによ
り回転駆動され、複数のアクチュエータを駆動する少な
くとも１つの可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポン
プの吐出流量を指令する流量指令手段と、前記エンジン
の燃料噴射量を制御する電子燃料噴射装置とを備え、こ
の電子燃料噴射装置がエンジンの燃料噴射率を制御する
噴射率制御アクチュエータを有する建設機械のエンジン
制御装置において、前記油圧ポンプの状態量を検出する第１検出手段と、この検出手段の検出値に基づき前記油圧ポンプの負荷を
演算する負荷演算手段と、前記エンジンの回転数を検出する第２検出手段と、前記油圧ポンプの負荷とエンジンの回転数に応じた燃料
噴射率が得られるよう前記燃料噴射率制御アクチュエー
タを作動させる噴射率演算制御手段とを備えることを特
徴とする建設機械のエンジン制御装置。
【請求項２】請求項１記載の建設機械のエンジン制御装
置において、前記第１検出手段は、前記油圧ポンプの吐
出圧力を検出する手段と、前記油圧ポンプの傾転位置を
検出する手段とを有し、前記負荷演算手段は、これらの
検出値から油圧ポンプの負荷を演算することを特徴とす
る建設機械のエンジン制御装置。
【請求項３】請求項１記載の建設機械のエンジン制御装
置において、前記第１検出手段は、前記油圧ポンプの吐
出圧力を検出する手段を有し、前記負荷演算手段は、こ
の検出値と前記流量指令手段が指令する油圧ポンプの吐
出流量に相当する目標傾転とから油圧ポンプの負荷を演
算することを特徴とする建設機械のエンジン制御装置。
【請求項４】請求項１記載の建設機械のエンジン制御装
置において、前記噴射率演算制御手段は、前記油圧ポン
プの負荷とエンジンの回転数とに基づき、油圧ポンプの
負荷が増大するに従って、またエンジンの回転数が低く
なるに従って、燃料噴射率が小さくなるよう噴射率指令
値を決定し、前記電子燃料噴射装置は、更に前記噴射率
指令値の如何に係わらず燃料噴射開始時期が実質的に変
化しないよう制御する噴射時期制御手段を有することを
特徴とする建設機械のエンジン制御装置。
【請求項５】ディーゼルエンジンと、このエンジンの燃
料噴射量を制御する電子燃料噴射装置とを備えた建設機
械のエンジン制御装置において、前記エンジンの負荷を検出する手段と、前記エンジンの回転数を検出する手段と、前記エンジンの負荷とエンジンの回転数とに基づき、エ
ンジンの負荷が増大するに従って、またエンジンの回転
数が低くなるに従って、燃料噴射率が小さくなり、かつ
前記噴射率の如何に係わらず燃料噴射開始時期が実質的
に変化しないよう制御する燃料噴射制御手段とを備える
ことを特徴とする建設機械のエンジン制御装置。