专利名称：液压施工机械的泵转矩控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液压施工机械的泵转矩控制方法及装置，该液压施工机械具有作为原动机的柴油发动机，由该发动机驱动变量型的液压泵，驱动执行机构。
背景技术：
液压挖掘机等的施工机械，一般而言，具有作为原动机的柴油发动机，由该发动机对变量型的液压泵进行驱动，驱动执行机构，由此，进行预定的作业。这样的液压施工机械的发动机控制，一般而言，是通过设定目标燃料喷射量并根据该目标燃料喷射量控制燃料喷射装置来进行的。
另外，液压泵的控制一般进行基于要求流量的容量控制和基于泵排出压力的转矩控制(马力控制)。在液压泵的转矩控制中，随着泵排出压力上升而使液压泵的容量减少，由此进行控制以使得液压泵的吸收转矩不超过预先设定的最大吸收转矩，来防止发动机的过负荷。
在这样的液压泵的转矩控制中，作为实现发动机的输出马力的有效利用的技术，例如已知有记载于日本专利申请公开特开昭57-65822号公报的速敏(speed sensing)控制。在该速敏控制中，将发动机的目标转速与实际转速的偏差变换成转矩修正值，将该转矩修正值与泵基本转矩相加或从泵基本转矩减去，求出最大吸收转矩的目标值，进行控制以使得液压泵的最大吸收转矩与该目标值一致。这样，如发动机转速(实际转速)下降，则减小液压泵的最大吸收转矩，从而防止发动机停止，所以，可接近发动机的最大输出转矩地设定液压泵的最大吸收转矩(设定值)，可有效地利用发动机的输出马力。
另外，作为液压泵的转矩控制的速敏控制的改良技术，具有记载于日本专利申请公开特开平11-101183号公报、日本专利申请公开特开2000-73812号公报、日本专利申请公开特开2000-73960号公报等的技术。该技术通过传感器检测对发动机输出产生影响的环境因素(大气压、燃料温度、冷却水温度等)，使其检测值与预先设定的图对照，求出泵基本转矩的修正值，修正液压泵的最大吸收转矩。由此，即使在因为环境的变化而使发动机输出下降时，也可以在高负荷时，通过速敏控制使液压泵的最大吸收转矩减少，防止发动机停止，而且，减少由速敏控制所导致的原动机的转速下降，确保良好的作业性能。
发明内容
然而，上述现有技术存在下述问题。
柴油发动机的输出转矩特性分成调节区域(部分负荷区域)的特性和全负荷区域的特性。调节区域为燃料喷射装置的燃料喷射量在100％以下的输出区域，全负荷区域为燃料喷射量成为100％的最大输出转矩区域。发动机的输出随环境变化和燃料质量等发动机的运行状况而产生变化，发动机输出特性也相应地变化。
在日本专利申请公开特开昭57-65822号公报等记载的一般的速敏控制中，发动机输出存在余量，当发动机输出特性的调节区域的最高输出转矩比速敏控制的泵基本转矩(液压泵的最大吸收转矩)大时，在高负荷时，速敏控制的发动机输出转矩和泵吸收转矩的匹配点处于调节区域上，所以，发动机转速与目标转速一致，可减少液压泵的最大吸收转矩，防止发动机的停止，而不会产生发动机转速下降。然而，当减少吸入的空气量(环境的变化)或使用劣质燃料等而使发动机输出下降，发动机输出特性的调节区域的最高输出转矩比速敏控制的泵基本转矩(液压泵的最大吸收转矩)小时，由速敏控制进行控制来减少液压泵的最大吸收转矩。但是，此时发动机输出转矩与泵吸收转矩的匹配点从调节区域变动到全负荷区域，发动机转速比目标转速低。这样，在进行砂土的挖掘作业等负荷状态向高负荷状态变化的作业时，每次都发生发动机转速的下降，产生噪声，给作业者带来不快感和疲劳感。
在日本专利申请公开特开平11-101183号公报、曰本专利申请公开特开2000-73812号公报、日本专利申请公开特开2000-73960号公报等记载的速敏控制中，对于由大气压、燃料温度、冷却水温度等的可由传感器检测的环境因素的变化所导致的发动机输出的下降，修正泵基本转矩，可防止速敏控制所导致的发动机转速的下降。然而，由于该技术是在事前预测环境因素并设置传感器，利用其检测值的计数，所以，不能应对由事前预想不到的环境因素所导致的发动机输出的下降。另外，也不能应对因诸如使用了劣质燃料等难以由传感器检测的因素所导致的发动机输出的下降。另外，为了检测各种环境因素，需要多个传感器，而且，需要制作与其传感器数相同数量的图并用于控制器，成本变高。
本发明的目的在于向液压施工机械提供泵转矩控制方法及装置，可在高负荷时减少液压泵的最大吸收转矩，防止发动机停止，而且，在环境的变化和劣质燃料的使用等导致发动机输出下降时，可减少液压泵的最大吸收转矩，而不产生发动机转速的下降，并且，可应对事前预想不到的环境因素和难以由传感器检测的因素等导致发动机输出下降的所有因素，而且，不需要环境传感器等，可廉价地制作。
(1)为了达到上述目的，本发明提供一种液压施工机械的泵转矩控制方法，该液压施工机械具有发动机、控制该发动机的转速和输出的燃料喷射装置、控制该燃料喷射装置的燃料喷射装置控制器以及由上述发动机驱动并对执行机构进行驱动的至少1个变量型的液压泵，该方法包括第1步骤，运算上述发动机的现在的负荷率；以及第2步骤，控制上述液压泵的最大吸收转矩以使得将上述负荷率保持为目标值。
由此，当发动机的负荷率在高负荷条件下要超过目标值时，控制液压泵的最大吸收转矩以使得将发动机的负荷率保持为目标值，所以，在高负荷条件下，可通过减少液压泵的最大吸收转矩，来防止发动机停止。
另外，在环境的变化、劣质燃料的使用等使发动机输出下降时，如果发动机的负荷率要超过目标值，那么，也控制液压泵的最大吸收转矩以使得将发动机的负荷率保持为目标值，所以，可减少液压泵的最大吸收转矩而不会产生发动机转速的下降。
另外，由于是将发动机的负荷率保持为目标值的控制，所以，进行控制以使得如果调节区域的最高输出转矩下降，则作为负荷的液压泵的最大吸收转矩也自动下降。由于无关发动机输出下降的原因，所以，可应对事前预想不到的环境因素和难以由传感器检测的因素等导致发动机输出下降的所有因素，而且，不需要环境传感器等，可廉价地制作。
(2)在上述(1)中，优选的是，通过下述来实现上述负荷率的运算，即预先设定由上述燃料喷射装置控制器运算出的目标燃料喷射量与发动机转矩剩余率的关系，求出上述负荷率，作为与此时的目标燃料喷射量对应的发动机转矩剩余率。
由此，可利用由燃料喷射装置控制器运算的目标燃料喷射量来运算发动机的现在的负荷率。
(3)在上述(1)中，优选的是，通过下述来实现上述最大吸收转矩的控制，即运算上述负荷率与目标值的偏差，利用该偏差来修正泵基本转矩，控制上述液压泵的最大吸收转矩以使得与该修正后的泵基本转矩一致。
由此，可控制液压泵的最大吸收转矩以使得将发动机现在的负荷率保持为目标值。
(4)另外，在上述(1)～(3)中，本发明的泵转矩控制方法优选的是，控制上述液压泵的最大吸收转矩以使得将上述负荷率保持为目标值，同时，运算上述发动机的目标转速与实际转速的偏差，控制上述液压泵的最大吸收转矩以使得减小该偏差。
由此，可通过本发明的控制和过去的速敏控制的双方来控制液压泵的最大吸收转矩，可提高突然施加负荷时的控制的响应性。
(5)为了达到上述目的，本发明提供一种液压施工机械的泵转矩控制装置，该液压施工机械具有发动机、控制该发动机的转速和输出的燃料喷射装置、控制该燃料喷射装置的燃料喷射装置控制器以及由上述发动机驱动并对执行机构进行驱动的至少1个变量型的液压泵，该控制装置包括第1装置，运算上述发动机的现在的负荷率；以及第2装置，控制上述液压泵的最大吸收转矩以使得将上述负荷率保持为目标值。
如此，如上述(1)所述，在高负荷时，可减少液压泵的最大吸收转矩，防止发动机停止，而且，在环境的变化和劣质燃料的使用等使发动机输出下降时，可减少液压泵的最大吸收转矩而不会产生发动机转速的下降，并且，可应对事前预想不到的环境因素和难以由传感器检测的因素等导致发动机输出下降的所有因素，而且，不需要环境传感器等，可廉价地制作。
(6)在上述(5)中，优选的是，上述第1装置，预先设定由上述燃料喷射装置控制器运算出的目标燃料喷射量与发动机转矩剩余率的关系，求出上述负荷率，作为与此时的目标燃料喷射量对应的发动机转矩剩余率。
由此，可利用由燃料喷射装置控制器运算的目标燃料喷射量来运算发动机的现在的负荷率。
(7)在上述(5)中，优选的是，上述第2装置，运算上述负荷率与目标值的偏差，利用该偏差来修正泵基本转矩，控制上述液压泵的最大吸收转矩以使得与该修正后的泵基本转矩一致。
如此，可控制液压泵的最大吸收转矩以使得将发动机现在的负荷率保持为目标值。
(8)在上述(7)中，优选的是，上述第2装置，对上述偏差进行积分，求出泵基本转矩修正值，将上述泵基本转矩加到上述泵基本转矩，从而修正上述泵基本转矩。
如此，可利用负荷率与目标值的偏差，修正泵基本转矩。
(9)另外，在上述(5)～(8)中，优选的是，本发明的泵转矩控制装置还具有第3装置，运算上述发动机的目标转速与实际转速的偏差，控制上述液压泵的最大吸收转矩以使得该偏差变小。
如此，可通过本发明的控制和过去的速敏控制的双方来控制液压泵的最大吸收转矩，可提高突然施加负荷时的控制的响应性。
图1是表示具有本发明第1实施方式的液压施工机械的泵转矩控制装置的发动机·泵控制装置的图。
图2是阀装置和执行机构的液压回路图。
图3是表示流量控制阀的操作液控系统的图。
图4是表示泵调节器的第2伺服阀的泵吸收转矩的控制特性的图。
图5是表示构成发动机·泵控制装置的运算控制部的控制器(车身控制器和发动机燃料喷射装置控制器)及其输入输出关系的图。
图6是表示车身控制器的处理功能的功能框图。
图7是表示燃料喷射装置控制器的处理功能的功能框图。
图8是表示当发动机具有标准的输出转矩特性而且设置发动机的环境(也包含燃料的质量)处于标准状态时的输出转矩特性的图。
图9是表示以往的速敏控制的发动机输出转矩与泵吸收转矩的匹配点的图。
图10是表示本发明第1实施方式的泵转矩控制的发动机输出转矩与泵吸收转矩的匹配点的图。
图11是表示构成本发明第2实施方式的发动机·泵控制装置的运算控制部的控制器(车身控制器和发动机燃料喷射装置控制器)及其输入输出关系的图。
图12是表示车身控制器的处理功能的功能框图。
具体实施例方式
下面参照
本发明的实施方式。在以下的实施方式中，本发明被适用于液压挖掘机的发动机·泵控制装置。
首先，根据图1～图8说明本发明的第1实施方式。
在图1中，符号1和2例如为斜盘式的变量型的液压泵，符号9为固定容量型的液控泵，液压泵1、2和液控泵9连接到原动机10的输出轴11，由原动机10进行回转驱动。
在液压泵1、2的排出管路3、4上连接图2所示的阀装置5，通过该阀装置5将压力油送到多个执行机构50～56，驱动这些执行机构。在液控泵9的排出管路9a上，连接有将液控泵9的排出压力保持为一定压力的液控安全阀9b。
下面详细说明阀装置5。
在该图2中，阀装置5具有流量控制阀5a～5d和流量控制阀5e～5i这样2个阀组，流量控制阀5a～5d位于与液压泵1的排出管路3相连的中心旁通管线5j上，流量控制阀5e～5i位于与液压泵2的排出管路4相连的中心旁通管线5k上。在排出管路3、4上，设置有决定液压泵1、2的排出压力的最大压力的主安全阀5m。
流量控制阀5a～5d和流量控制阀5e～5i为中心旁通型，从液压泵1、2排出的压力油由这些流量控制阀供给到执行机构50～56中的对应的执行机构。执行机构50为右行走用液压马达(右行走马达)，执行机构51为铲斗用液压缸(铲斗缸)，执行机构52为动臂用液压缸(动臂缸)，执行机构53为旋转用液压马达(旋转马达)，执行机构54为斗杆用液压缸(斗杆缸)，执行机构55为预备液压缸，执行机构56为左行走用液压马达(左行走马达)，流量控制阀5a用于右行走，流量控制阀5b用于铲斗，流量控制阀5c用于第1动臂，流量控制阀5d用于第2斗杆，流量控制阀5e用于旋转，流量控制阀5f用于第1斗杆，流量控制阀5g用于第2动臂，流量控制阀5h作为备用，流量控制阀5i用于左行走。即，对动臂缸52设置2个流量控制阀5g、5c，对斗杆缸54也设置2个流量控制阀5d、5f，在动臂缸52和斗杆缸54的底侧，分别可汇流地供给来自2个液压泵1、2的压力油。
图3表示流量控制阀5a～5i的操作液控系统。
流量控制阀5i、5a利用来自操作装置35的操作液控装置39、38的操作液控压力TR1、TR2和TR3、TR4进行切换操作，流量控制阀5b和流量控制阀5c、5g通过来自操作装置36的操作液控装置40、41的操作液控压力BKC、BKD和BOD、BOU进行切换操作，流量控制阀5d、5f和流量控制阀5e通过来自操作装置37的操作液控装置42、43的操作液控压力ARC、ARD和SW1、SW2进行切换操作，流量控制阀5h通过来自操作液控装置44的操作液控压力AU1、AU2进行切换操作。
操作液控装置38～44分别具有1对液控阀(减压阀)38a、38b～44a、44b，操作液控装置38、39、44分别还具有操作踏板38c、39c、44c，操作液控装置40、41还具有共用的操作杆40c，操作液控装置42、43还具有共用的操作杆42c。当对操作踏板38c、39c、44c及操作杆40c、42c进行操作时，与其操作方向相应，相关的操作液控装置的液控阀作动，生成与操作量相应的操作液控压力。
另外，在操作液控装置38～44的各液控阀的输出管线上，以阶层方式连接梭形滑阀61～67、梭形滑阀68、69、100、梭形滑阀101、102、103。由梭形滑阀61、63、64、65、68、69、101检测操作液控装置38、40、41、42的操作液控压力的最高压力，作为液压泵1的控制液控压力PL1。由梭形滑阀62、64、65、66、67、69、100、102、103检测操作液控装置39、41、42、43、44的操作液控压力的最高压力，作为液压泵2的控制液控压力PL2。
在以上那样的液压驱动系统设置有具有本发明的泵转矩控制装置的发动机·泵控制装置。以下进行详细说明。
如图1所示，在液压泵1、2分别设置调节器7、8，由这些调节器7、8控制作为液压泵1、2的容量可变机构的斜盘1 a、2a的倾转位置，控制泵排出流量。
液压泵1、2的调节器7、8，分别具有倾转执行机构20A、20B(以下适当地由符号20代表)；根据图3所示的操作液控装置38～44的操作液控压力，进行正倾转控制的第1伺服阀21A、21B(以下适当地由21代表)；以及进行液压泵1、2的全马力控制的第2伺服阀22A、22B(以下适当地用符号22代表)。由这些伺服阀21、22控制从液控泵9作用于倾转执行机构20的压力油的压力，控制液压泵1、2的倾转位置。
下面详细说明倾转执行机构20、第1和第2伺服阀21、22。
各倾转执行机构20包括在两端设有大直径的受压部20a和小直径的受压部20b的作动活塞20c、受压部20a、20b所处的大直径的受压室20d和小直径的受压室20e。当两受压室20d、20e的压力相等时，作动活塞20c由受压面积差朝图示右方向移动，从而使斜盘1a或2a的倾转变小，泵排出流量减少，当大直径侧的受压室20d的压力下降时，作动活塞20c朝图中所示左方向移动，从而使斜盘1a或2a的倾转变大，泵排出流量增大。另外，大直径的受压室20d通过第1和第2伺服阀21、22有选择地连接到液控泵9的排出管路9a和返回到油箱12的回油通道13。小直径的受压室20e直接连接到液控泵9的排出管路9a。
正倾转控制用的各第1伺服阀21，是由来自电磁控制阀30或31的控制压力作动，控制液压泵1、2的倾转位置的阀。当控制压力低时，伺服阀21的阀体21a由弹簧21b的力朝图中所示左方向移动，通过回油通道13将倾转执行机构20的大直径的受压室20d连通到油箱12，增大液压泵1或2的倾转。当控制压力上升时，伺服阀21的阀体21a朝图示右方向移动，将来自液控泵9的液控压力引导至大直径的受压室20d，减小液压泵1或2的倾转。
全马力控制用的各第2伺服阀22，是由液压泵1、2的排出压力和来自电磁控制阀32的控制压力作动，进行液压泵1、2的全马力控制的阀。借助于来自电磁控制阀32的控制压力，对液压泵1、2的最大吸收转矩进行控制。
即，液压泵1和2的排出压力和来自电磁控制阀32的控制压力分别引导至第2伺服阀22的受压室22a、22b、22c，当液压泵1、2的排出压力的油压力的和低于根据弹簧22d的力与引导至受压室22c的控制压力的油压力的差所决定的设定值时，阀体22e朝图示右方向移动，通过回油通道13将倾转执行机构20的大直径的受压室20d连通到油箱12，增大液压泵1、2的倾转，随着液压泵1、2的排出压力的油压力的和变得比该设定值高，阀体22a朝图示左方向移动，将来自液控泵9的液控压力传递到受压室20d，减小液压泵1、2的倾转。另外，当来自电磁控制阀32的控制压力低时，增大上述设定值，根据液压泵1、2的较高的排出压力减少液压泵1、2的倾转，随着来自电磁控制阀32的控制压力增大，减小上述设定值，根据液压泵1、2的较低的排出压力减少液压泵1、2的倾转。
图4表示第2伺服阀22的吸收转矩控制特性。横轴为液压泵1、2的排出压力的平均值，纵轴为液压泵1、2的倾转(排出容积)。随着来自电磁控制阀32的控制压力增大(由弹簧22d的力与受压室20c的油压力的差决定的设定值变小)，第2伺服阀22的吸收转矩特性按A1、A2、A3变化，液压泵1、2的最大吸收转矩按T1、T2、T3减少。另外，随着来自电磁控制阀32的控制压力降低(由弹簧22d的力与受压室20c的油压力的差决定的设定值增大)，第2伺服阀22的吸收转矩特性按A1、A4、A5变化，液压泵1、2的最大吸收转矩按T1、T4、T5增大。即，如增大控制压力，减少设定值，则液压泵1、2的最大吸收转矩减少，如降低控制压力，将设定值设得较大，则液压泵1、2的最大吸收转矩增大。
电磁控制阀30、31、32，是由驱动电流SI1、SI2、SI3作动的比例减压阀，当驱动电流SI1、SI2、SI3最小时，输出的控制压力最高，进行动作以使得随着驱动电流SI1、SI2、SI3增大而降低输出的控制压力。驱动电流SI1、SI2、SI3从图5所示车身控制器70A输出。
发动机10为柴油发动机，具有根据目标燃料喷射量FN1的信号作动的电子燃料喷射装置14。指令信号从图5所示燃料喷射装置控制器80输出。电子燃料喷射装置14控制原动机(以下称发动机)10的转速和输出。
设置有操作者用手动输入对发动机10的目标转速NR1的目标发动机转速输入部71，该目标转速NR1的输入信号被取入到车身控制器70和发动机燃料喷射装置控制器80。目标发动机转速输入部71例如为诸如电位计的电输入装置，由操作者指令成为基准的目标转速(目标基准转速)。
另外，设置有检测发动机10的实际转速NE1的转速传感器72、检测液压泵1、2的控制液控压力PL1、PL2的压力传感器73、74(参照图3)。
车身控制器70和燃料喷射装置控制器80整体的信号的输入输出关系，如图5所示。
车身控制器70输入目标发动机转速输入部71的目标转速NR1的信号，压力传感器73、74的泵控制液控压力PL1、PL2的信号，及发动机燃料喷射装置控制器80运算的发动机转矩剩余率ENGTRRT的信号，进行预定的运算处理，将驱动电流SI1、SI2、SI3输出到电磁控制阀30～32。发动机燃料喷射装置控制器80输入目标发动机转速输入部71的目标转速NR1的信号、转速传感器72的实际转速NE1的信号，进行预定的运算处理，将目标燃料喷射量FN1的信号输出到电子燃料喷射装置14。另外，发动机燃料喷射装置控制器80运算发动机转矩剩余率ENGTRRT，将该信号输出到车身控制器70。
在这里，发动机转矩剩余率ENGTRRT是表示发动机10的现在的负荷率为何种程度的发动机负荷率的指标值，使用目标燃料喷射量FN1进行运算(后述)。
图6表示关于车身控制器70的液压泵1、2的控制的处理功能。
在图6中，车身控制器70具有泵目标倾转运算部70a、70b、螺线管输出电流运算部70c、70d、基本转矩运算部70e、发动机转矩剩余率设定部70m、发动机转矩剩余率偏差运算部70n、增益运算部70p、泵转矩修正值运算积分要素70q、70r、70s、泵基本转矩修正部70t、螺线管输出电流运算部70k的各功能。
泵目标倾转运算部70a输入液压泵1侧的控制液控压力PL1的信号，使其与存储于存储器的表参照，运算与此时的控制液控压力PL1对应的液压泵1的目标倾转θR1。该目标倾转θR1为与液控操作装置38、40、41、42的操作量对应的正倾转控制的基准流量计量，在存储器的表中，设定有PL1与θR1的关系，使得随着控制液控压力PL1增大目标倾转θR1也增大。
螺线管输出电流运算部70c，对θR1求出得到该θR1的液压泵1的倾转控制用的驱动电流SI1，将其输出到电磁控制阀30。
即使为泵目标倾转运算部70b、螺线管输出电流运算部70d，也同样地根据泵控制液控压力PL2的信号运算出液压泵2倾转控制用的驱动电流SI2，将其输出到电磁控制阀31。
基本转矩运算部70e输入目标转速NR1的信号，使其与存储于存储器中的表参照，计算出与此时的目标转速NR1对应的泵基本转矩TR0。该泵基本转矩TR0为当由燃料喷射装置控制器80运算出的发动机转矩剩余率ENGTRRT处于设定值ENG1RPTC(后述)时的标准转矩，在存储器的表中设定有与在发动机10的全负荷区域的最大输出特性的变化对应的目标转速NR1和泵基本转矩(标准转矩)TR0的关系。标准转矩为发动机10具有标准的输出转矩特性而且发动机10所置的环境(还包含燃料的质量)处于标准状态时的发动机输出转矩，例如，当目标转速NR1设定为最大时的泵基本转矩TR0与图4所示液压泵1、2的最大吸收转矩T1对应。发动机输出随状况而变化，但对其进行修正是本发明的目的，所以，该场合的标准转矩的精度、正确度不需要严密性。
在发动机转矩剩余率设定部70m设定有上述发动机转矩剩余率的设定值ENG1 RPTC。该发动机转矩剩余率的设定值ENG1RPTC为相对于被施加在发动机10的容许泵负荷(发动机负荷)的目标剩余率(后述)。为了有效地使用发动机输出，设定值ENG1RPTC优选为接近100％的值，例如设定为99％。
发动机转矩剩余率偏差运算部70n从设定部70m的设定值ENG1RPTC减去由燃料喷射装置控制器80运算的发动机转矩剩余率ENGTRRT，运算其偏差△TRY(＝ENG1RPTC-ENGTRRT)。
增益运算部70p使由发动机转矩剩余率偏差运算部70n求出的偏差△TRY与存储于存储器的表参照，运算本发明的泵基本转矩可变控制的积分增益KTRY。该积分增益KTRY设定本发明的控制速度，在存储器的表中设定有△TRY与KTRY的关系，使得在发动机转矩剩余率ENGTRRT超过设定值ENG1RPTC时(偏差△TRY为负时)迅速降低泵转矩(发动机负荷)，使+侧的控制增益比-侧的控制增益大。
泵转矩修正值运算积分要素70q、70r、70s，将积分增益KTRY加到上次计算的泵基本转矩修正值TER0进行积分，运算泵基本转矩修正值TER1。
泵基本转矩修正部70t把泵基本转矩修正值TER1加到由基本转矩运算部70e运算的泵基本转矩TR0，计算出修正的泵基本转矩TR1(＝TR0+TER1)。该修正后的泵基本转矩成为设定于全马力控制的第2伺服阀22的泵最大吸收转矩的目标值。
螺线管输出电流运算部70k求出电磁控制阀32的驱动电流SI3以使得由第2伺服阀22控制的液压泵1、2的最大吸收转矩成为TR1，将其输出到电磁控制阀32。
这样接受驱动电流SI3的电磁控制阀32输出与驱动电流SI3对应的控制压力，控制第2伺服阀22的设定值，进行控制以使得液压泵1、2的最大吸收转矩成为TR1。
图7表示燃料喷射装置控制器80的处理功能。
燃料喷射装置控制器80具有转速偏差运算部80a、燃料喷射量变换部80b、积分运算要素80c、80d、80e、限幅运算部80f、发动机转矩剩余率运算部80g的各控制功能。
转速偏差运算部80a比较目标转速NR1与实际转速NE1，计算出转速偏差△N(＝NR1-NE1)，燃料喷射量变换部80b在该转速偏差△N乘增益KF，运算目标燃料喷射量的增量△FN，积分运算要素80c、80d、80e将目标燃料喷射量的增量△FN加到上次计算的目标燃料喷射量FN0进行积分，求出目标燃料喷射量FN2，限幅运算部80f在目标燃料喷射量FN2乘上限·下限的限幅，设为目标燃料喷射量FN1。该目标燃料喷射量FN1被送到图中未表示的输出部，对应的控制电流输出到电子燃料喷射装置14，控制燃料喷射量。这样，根据积分运算对目标燃料喷射量FN1进行运算以使得当实际转速NE1比目标转速NR1小时(转速偏差△N为正时)使目标燃料喷射量FN1增大，当实际转速NE 1比目标转速NR1大(转速偏差△N为负)时使目标燃料喷射量FN1减少，即目标转速NR1与实际转速NE1的偏差△N为0，并控制燃料喷射量以使得实际转速NE1与目标转速NR1一致。结果，发动机转速的控制，进行即使负荷改变也成为一定的目标转速NR1那样的同步调节控制，在中间负荷时静态地维持一定的回转。
发动机转矩剩余率运算部80g使目标燃料喷射量FN1与存储于存储器的表对照，计算发动机转矩剩余率ENGTRRT。如上述那样，发动机转矩剩余率ENGTRRT是表示发动机10现在的输出比例为何种程度的发动机负荷率的指标值。
下面，根据图8说明发动机负荷率的具体的内容。图8是表示发动机10具有标准的输出转矩特性而且设置了发动机10的环境(包含燃料的质量)处于标准状态时的输出转矩特性的图。发动机10的输出转矩特性分成调节区域的特性E和全负荷区域的特性(最大输出特性)F。调节区域指电子燃料喷射装置14的燃料喷射量处于100％以下的部分负荷区域，全负荷区域指燃料喷射量为100％(最大)的最大的输出转矩区域。在本实施方式中，燃料喷射装置控制器80进行同步调节控制，所以，在调节区域中即使负荷变化也维持一定的转速、例如Nmax，特性E成为相对横轴(发动机转速)垂直的直线。另外，调节区域的特性E，作为一例，为由目标发动机转速输入部71设定的目标转速NR1最大时的特性，TR0NMAX为目标转速NR1被最大设定时的泵基本转矩TR0，如上述那样，TR0NMAX与液压泵1、2的最大吸收转矩T1对应。TR1为此时由泵基本转矩修正部70t运算的受到修正的泵基本转矩。另外，Tmax为调节区域的最高输出转矩。发动机负荷率按下式表示。
发动机负荷率(％)＝(T1/Tmax)×100发动机转矩剩余率运算部80g根据目标燃料喷射量FN1求出其发动机负荷率，作为该发动机转矩剩余率ENGTRRT。目标燃料喷射量FN1的最大值预先决定，所以，如目标燃料喷射量FN1为最大值，则在该时刻的发动机转矩剩余率ENGTRRT为100％，发动机负荷率也为100％。另外，例如当目标燃料喷射量FN1为50％时，作为负荷率为部分负荷，发动机转矩剩余率ENGTRRT例如为40％。该目标燃料喷射量FN1与发动机转矩剩余率ENGTRRT的关系预先根据实验确定，在存储器的表中，使用该实验数据，设定有FN1与ENGTRRT的关系以使得随着目标燃料喷射量FN1增大，发动机转矩剩余率ENGTRRT也增大。本发明使用该发动机转矩剩余率ENGTRRT修正泵基本转矩，控制泵最大吸收转矩以使得将发动机转矩剩余率ENGTRRT(发动机负荷率)保持为目标值。
目标燃料喷射量FN1与发动机转矩剩余率ENGTRRT的关系例如按下述的方法确定。驱动某一发动机，对各目标燃料喷射量收集输出转矩的数据。根据燃料温度、大气压等的状态量，适当地修正该输出转矩。如果与此时的最大目标燃料喷射量对应的输出转矩(最大输出转矩)为Tmax，与各目标燃料喷射量对应的输出转矩为Tx，则按下式计算发动机转矩剩余率ENGTRRT(％)。
发动机转矩剩余率ENGTRRT(％)＝Tx/Tmax×100使这样求出的发动机转矩剩余率ENGTRRT与目标燃料喷射量对应，可获得两者的关系。
下面，根据图9和图10说明如以上那样构成的本实施方式的动作特征。
图9是表示过去的泵转矩控制装置的发动机输出转矩与泵吸收转矩的匹配点的图，图10是表示本实施方式的泵转矩控制装置的发动机输出转矩与泵吸收转矩的匹配点的图。这些匹配点都是在把目标转速设定为最大时所得到的。另外，在图9中，在1个图中集中表示发动机的输出转矩因为环境变化或劣质燃料的使用等从通常时的值下降时的匹配点的变化。在图10中，在图的左侧表示发动机输出转矩在通常时的匹配点，在图的右侧表示环境变化或劣质燃料的使用等使发动机输出转矩下降时的匹配点。
在图8和图9中，全负荷区域的特性(以下适当地称发动机输出特性)F1、F2、F3为产品导致的偏差，特性F4为环境的变化或劣质燃料的使用导致输出大幅度下降的情形。另外，特性F1与图8所示发动机10具有标准的输出转矩特性而且发动机10所处的环境(也包含燃料质量)处于标准状态时的输出转矩特性对应。
过去的泵转矩控制装置进行速敏控制。该速敏控制，在后述的第2实施方式的图11中，没有发动机转矩剩余率设定部70m、发动机转矩剩余率偏差运算部70n、增益运算部70p、泵转矩修正值运算积分要素70q、70r、70s、泵基本转矩修正部70t，在基本转矩修正部70j将由转速偏差运算部70f、转矩变换部70g、限幅运算部70h获得的速敏控制的转矩修正值△TNL加到泵基本转矩TR0，求出吸收转矩TR1。
在过去的速敏控制中，基本转矩运算部70e的泵基本转矩TR0NMAX，考虑发动机输出的差异，例如设定在标准时的输出转矩特性F1的调节区域的最高输出转矩附近。在该场合，对于特性为F1的发动机，如液压泵1、2的吸收转矩(发动机负荷)增加，达到泵基本转矩TR0NMAX，则对泵吸收转矩的进一步的增加由速敏控制进行控制以使得将液压泵1、2的最大吸收转矩维持在泵基本转矩TR0NMAX。即，如果要使液压泵1、2的吸收转矩(发动机负荷)比泵基本转矩TR0NMAX大，则发动机转速下降到Nmax以下，速敏控制的转速偏差△NS成为负值，使液压泵的最大吸收转矩下降，发动机输出转矩和速敏控制的泵吸收转矩(发动机负荷)在调节区域上的M1点匹配。为此，可使液压泵的最大吸收转矩减少，防止发动机停止，而不产生发动机转速的下降。
在环境变化、劣质燃料的使用等使发动机输出下降、全负荷区域的特性从F1下降到F4时，速敏控制产生的最大转矩的区域点也从M1移动到M4。即，当发动机输出特性的调节区域的最高输出转矩比速敏控制的泵基本转矩小时，通过速敏控制使由发动机转速下降(转速偏差△NS(负值)的绝对值增大)导致的液压泵1、2的最大吸收转矩下降。此时，泵最大吸收转矩的下降对发动机转速的下降(转速偏差△N的增大)的比例，由图11所示的转矩变换部70g的增益KN确定。当将其称为泵最大吸收转矩的速度传感增益时，图8的“C”与其相当。为此，相应于发动机转速的下降，按照速度传感增益C的特性，使液压泵1、2的最大吸收转矩下降，匹配点从M1移动到M4。由此，在环境的变化、劣质燃料的使用等使发动机输出下降时也可防止发动机的停止。此时，发动机输出转矩与泵转矩的匹配点M4从调节区域移动到全负荷区域，所以，发动机转速从目标转速下降。这样，在进行砂土的挖掘作业等负荷状态朝高负荷状态变化的作业时，每次发动机转速都产生下降，成为噪声，给作业者带来不快感和疲劳感。
因产品的差异导致输出特性产生诸如F2、F3的偏差的发动机，也同样为匹配点移动到全负荷区域的M2、M3点，产生发动机转速的下降。
另外，一般地，在发动机的特性上，在最高转速可获得发动机的最大输出马力，所以，调节区域的特性E与全负荷区域的特性F1～F4的交点附近成为该部位。为此，当匹配点移动到M2、M3、M4时，不能最大地使用发动机输出马力。
在本实施方式中，如上述那样，控制泵最大吸收转矩，以使得将发动机转矩剩余率ENGTRRT(发动机负荷率)保持为目标值。在该场合，如图10所示那样，在特性为F1的发动机时，当液压泵1、2的吸收转矩(发动机负荷)增加，达到泵基本转矩TR0NMAX时，发动机转矩剩余率也达到发动机转矩剩余率设定部70m的设定值(99％)，而当泵吸收转矩(发动机负荷)进一步增加，发动机转矩剩余率超过设定值(99％)时，发动机转矩剩余率偏差运算部70n运算偏差△TRY作为负值，泵基本转矩修正值TER1成为负值，在泵基本转矩修正部70t，作为泵基本转矩TR1，运算出使泵基本转矩TR0(＝TR0NMAX)减少泵基本转矩修正值TER1的绝对值量后获得的值。即，TR1＜TR0NMAX。该泵基本转矩TR1为泵最大吸收转矩的目标值，液压泵1、2的吸收转矩(发动机负荷)从泵基本转矩TR0NMAX到TR1地减少。结果，发动机转矩剩余率返回到设定值(99％)，偏差△TRY成为0，所以，泵基本转矩修正值TER1也成为0，将泵基本转矩TR1维持在TR0NMAX。即，发动机输出转矩与泵吸收转矩在调节区域上的M5点匹配。这样，可减少液压泵的最大吸收转矩，防止发动机停止，而不产生发动机转速的下降。
对于环境变化、劣质燃料的使用等使发动机输出下降、全负荷区域的特性从F1到F4下降的发动机，当液压泵1、2的吸收转矩(发动机负荷)增加时，在该泵吸收转矩达到泵基本转矩TR0NMAX之前，发动机转矩剩余率达到发动机转矩剩余率设定部70m的设定值(99％)，如发动机转矩剩余率超过设定值(99％)，则在发动机转矩剩余率偏差运算部70n，作为负值，运算偏差△TRY，泵基本转矩修正值TER1成为负值，在泵基本转矩修正部70t，作为泵基本转矩TR1，运算使泵基本转矩TR0(＝TR0NMAX)减少泵基本转矩修正值TER1的绝对值量后获得的值，液压泵1、2的吸收转矩(发动机负荷)从泵基本转矩TR0NMAX到TR1地减少。在该场合，由于发动机输出下降，所以，即使泵吸收转矩稍微下降，发动机转矩剩余率也依然保持超过设定值(99％)，由于偏差△TRY继续作为负值运算，所以泵基本转矩TR1持续下降。即，泵基本转矩TR1的减少在发动机转矩剩余率返回到设定值(99％)之前继续进行。泵基本转矩TR1继续下降，泵吸收转矩(发动机负荷)进一步减少，如发动机转矩剩余率返回到设定值(99％)，则偏差△TRY成为0，所以，泵基本转矩修正值TER1也成为0，泵基本转矩TR1维持在从TR0NMAX下降的值。在图10中，T6为与该泵基本转矩TR1对应的液压泵1、2的最大吸收转矩。即，进行控制以使得发动机最高输出转矩Tmax与泵基本转矩TR1(＝T5)的比例保持为发动机转矩剩余率的设定值，并进行控制以使得发动机输出转矩和泵吸收转矩在比泵基本转矩TR0NMAX低的调节区域上的M6点匹配。这样，即使在环境变化、劣质燃料的使用等使发动机输出下降、全负荷区域的特性从F1到F4地下降时，也可减少液压泵的最大吸收转矩，防止发动机停止，而不产生发动机转速的下降。
即使是因产品的偏差导致输出特性产生诸如图9的F2、F3的偏差的发动机，也同样地进行控制以使得发动机的最高输出转矩Tmax与泵基本转矩TR1的比例保持为发动机转矩剩余率的设定值，所以，匹配点为处于比泵基本转矩TR0NMAX低的调节区域上的点，可减少液压泵的最大吸收转矩，防止发动机停止，而不产生发动机转速的下降。
另外，匹配点处于比泵基本转矩TR0NMAX低的调节区域上的点，所以，将发动机转矩剩余率的设定值设定在接近100％的值，从而使匹配点处于调节区域的特性E与全负荷区域的特性F1～F4的交点附近。为此可有效地使用发动机的最大输出马力。
如以上那样按照本实施方式，可在高负荷时减少液压泵的最大吸收转矩，防止发动机停止，而且，在环境的变化、劣质燃料的使用等使发动机输出下降时，可减少液压泵的最大吸收转矩，而不会产生发动机转速的下降。
另外，由于为将发动机的负荷率保持为目标值的控制，所以，进行控制，以使得如果调节区域的最高输出转矩下降，则作为负荷的液压泵的最大吸收转矩也自动地下降，由于无关发动机输出下降的原因，因此，对于事前预想不到的因素和难以由传感器检测的因素等导致的发动机输出下降也可应对，而且，不需要环境传感器等，可廉价地制作。
另外，可有效地使用发动机的最大输出马力。
下面，使用图11和图12说明本发明的第2实施方式。图中，对与图5和图6所示部分同样的部分采用相同符号。本实施方式在本发明的泵转矩控制中组合了速敏控制。
图11是表示车身控制器70A和燃料喷射装置控制器80的整体的信号的输入输出关系的图。
车身控制器70A除了目标转速NR1的信号、泵控制液控压力PL1、PL2的信号、发动机转矩剩余率ENGTRRT的信号外，还输入转速传感器72的实际转速NE1的信号，进行预定的运算处理，将驱动电流SI1、SI2、SI3输出到电磁控制阀30～32。燃料喷射装置控制器80的输入输出信号与图5所示的第1实施方式相同。
图12是表示关于车身控制器70A的液压泵1、2的控制的处理功能的图。
在图12中，车身控制器70A除泵目标倾转运算部70a、70b、螺线管输出电流运算部70c、70d、基本转矩运算部70e、发动机转矩剩余率设定部70m、发动机转矩剩余率偏差运算部70n、增益运算部70p、泵转矩修正值运算积分要素70q、70r、70s、泵基本转矩修正部70t、螺线管输出电流运算部70k外，还具有转速偏差运算部70f、转矩变换部70g、限幅运算部70h、另2泵基本转矩修正部70j的各功能。
转速偏差运算部70f运算出作为目标转速NR1与实际转速NE1的差的转速偏差△NS(＝NE1-NR1)。
转矩变换部70g对转速偏差△NS乘速敏的增益KN，计算速度传感转矩偏差△T0。
限幅运算部70h对速度传感转矩偏差△T0乘上限·下限限幅，作为速敏控制的转矩修正值△TNL。
第2泵基本转矩修正部70j对由泵基本转矩修正部70t修正获得的泵基本转矩TR01加上速敏控制的转矩修正值△TNL，计算出修正后的泵基本转矩TR1(＝TR01+△TNL)。该修正后的泵基本转矩成为泵最大吸收转矩的目标值。
在以上那样构成的本实施方式中，可获得与第1实施方式同样的效果，而且，一并实施对基于转速偏差的泵最大吸收转矩进行控制的速敏，所以，即使对由突然施加负荷或未能预期事件所导致的发动机的输出下降，也能够以良好的响应性防止发动机停止。
在以上实施方式中，作为电子燃料喷射装置14的调节区域的控制，设定为进行即使负荷变化也将发动机转速维持在恒定的同步调节控制。但是，本发明也可适用于进行基于随着发动机输出增加而发动机转速减少的所谓的下降特性的控制的系统。在该场合，也可获得与进行同步调节控制的上述实施方式同样的效果。
工业可利用性按照本发明，在高负荷时，通过减少液压泵的最大吸收转矩，可防止发动机停止，而且，在环境的变化、劣质燃料的使用等导致发动机输出下降时，可减少液压泵的最大吸收转矩而不会产生发动机转速下降，并且，可应对诸如事前预想不到的环境因素、难以由传感器检测的因素等导致发动机输出下降的所有因素，而且，不需要环境传感器等的传感器，所以可廉价地制作。
权利要求
1.一种液压施工机械的泵转矩控制方法，该液压施工机械具有发动机(10)、控制该发动机的转速和输出的燃料喷射装置(14)、控制该燃料喷射装置的燃料喷射装置控制器(80)以及由上述发动机驱动并对执行机构(50～56)进行驱动的至少1个变量型的液压泵(1或2)，其特征在于运算上述发动机(10)的现在的负荷率，对上述液压泵(1或2)的最大吸收转矩进行控制以使得将上述负荷率保持为目标值。
2.根据权利要求1所述的液压施工机械的泵转矩控制方法，其特征在于上述负荷率的运算是通过下述来进行的，即预先设定由上述燃料喷射装置控制器(80)运算的目标燃料喷射量(FN1)与发动机转矩剩余率(ENGTRRT)的关系，求出上述负荷率，作为与此时的目标燃料喷射量对应的发动机转矩剩余率。
3.根据权利要求1所述的液压施工机械的泵转矩控制方法，其特征在于上述最大吸收转矩的控制是通过下述来进行的，即运算上述负荷率与目标值的偏差(ΔTRY)，利用该偏差来修正泵基本转矩(TR0)，对上述液压泵(1或2)的最大吸收转矩进行控制以使得与该修正后的泵基本转矩(TR1)一致。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的液压施工机械的泵转矩控制方法，其特征在于控制上述液压泵(1或2)的最大吸收转矩，以使得将上述负荷率保持为目标值，并且，运算上述发动机(10)的目标转速与实际转速的偏差(ΔN)，控制上述液压泵的最大吸收转矩以使得减小该偏差。
5.一种液压施工机械的泵转矩控制装置，该液压施工机械具有发动机(10)、控制该发动机的转速和输出的燃料喷射装置(14)、控制该燃料喷射装置的燃料喷射装置控制器(80)以及由上述发动机驱动并对执行机构(50～56)进行驱动的至少1个变量型的液压泵(1或2)，其特征在于，包括第1装置(80g)，运算上述发动机(10)的现在的负荷率；以及第2装置(70e、70m～70k)，控制上述液压泵(1或2)的最大吸收转矩以使得将上述负荷率保持为目标值。
6.根据权利要求5所述的液压施工机械的泵转矩控制装置，其特征在于上述第1装置(80g)，预先设定由上述燃料喷射装置控制器(80)运算的目标燃料喷射量(FN1)与发动机转矩剩余率(ENGTRRT)的关系，求出上述负荷率，作为与此时的目标燃料喷射量对应的发动机转矩剩余率。
7.根据权利要求5所述的液压施工机械的泵转矩控制装置，其特征在于上述第2装置(70e、70m～70k)，运算上述负荷率与目标值的偏差(ΔTRY)，利用该偏差来修正泵基本转矩(TR0)，控制上述液压泵(1或2)的最大吸收转矩以使得与该修正后的泵基本转矩(TR1)一致。
8.根据权利要求7所述的液压施工机械的泵转矩控制装置，其特征在于上述第2装置(70e、70m～70k)，对上述偏差进行积分，求出泵基本转矩修正值(TER1)，将上述泵基本转矩加到上述泵基本转矩(TR0)，从而修正上述泵基本转矩。
9.根据权利要求5～8中任何一项所述的液压施工机械的泵转矩控制装置，其特征在于还具有第3装置(70f～70j)，运算上述发动机(10)的目标转速与实际转速的偏差(ΔN)，控制上述液压泵(1或2)的最大吸收转矩以使得该偏差变小。
全文摘要
本发明提供一种液压施工机械的泵转矩控制方法及装置。运算发动机(10)的现在的负荷率，对液压泵(1、2)的最大吸收转矩进行控制以使得将其负荷率保持为目标值。由此，在高负荷时，通过减少液压泵的最大吸收转矩，可防止发动机停止，而且，在环境的变化、劣质燃料的使用等导致发动机输出下降时，可减少液压泵的最大吸收转矩而不会产生发动机转速下降，并且，可应对诸如事前预想不到的环境因素、难以由传感器检测的因素等导致发动机输出下降的所有因素，而且，不需要环境传感器等的传感器，所以可廉价地制作。
文档编号F04B49/00GK1692227SQ20038010041
公开日2005年11月2日 申请日期2003年11月18日 优先权日2002年12月11日
发明者中村和则, 古渡阳一, 石川广二, 荒井康 申请人:日立建机株式会社