发动机控制装置的制作方法

专利名称：发动机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制作业车辆用发动机的功率输出的方法及装置。
背景技术：
以往，已知有一种在建筑机械等作业车辆中，根据作业负荷来切换发动机功率输 出性能的技术(比如专利文献1及2)。根据这些技术，作业车辆具有可获得高功率输出 的重作业模式、以及只能获得更低功率输出的轻作业模式。 驾驶者通过操作切换开关，来手动选择这些模式。即，如果判断为此后进行的作业 是重作业，则选择重作业模式，而如果判断是轻作业，则选择轻作业模式。
接下来，控制发动机的控制器，基于来自切换开关的指令来控制发动机的功率输 出能力。即，在轻作业模式中，通过限制比如燃料供给量，来将发动机的功率输出范围限制 到低于额定功率输出的规定值以下。而在重作业模式中，则不进行上述限制，以便使发动机 的功率输出能达到额定功率输出或最大功率输出。 由此，由于在轻作业时使用较窄的功率输出范围，因而可减少能耗，从而降低燃料 费。在重作业时，由于不限制发动机的功率输出，因而可获得充分的功率输出，以便顺利地 进行作业。[专利文献1]特开平08-218442号公报
[专利文献2]特开平11-293710号公报 这种作业用车辆，大多并非连续地只进行重作业或只进行轻作业，而是在一系列 作业工程中，交替进行重作业与轻作业。比如，在轮式装载机的典型挖掘装载作业的情况 下，逐次进行以下作业车辆驶近作业对象物(轻作业)，挖掘作业对象物并装入铲斗内 (重作业)，将作业对象物装入自卸车等运输车辆上(轻作业)等工程。
在这种作业车辆或作业工程中，为了能最大限度地利用传统技术的优点，每当切 换重作业与轻作业时，驾驶者必须操作切换开关。然而，在作业工程中频繁地进行开关操作 是很麻烦的。其结果是，经常需要将切换开关固定到重作业模式来进行作业，因而不能期待 降低燃料费。此外，在重视燃料费从而将切换开关固定到轻作业模式来作业的情况下，在挖 掘等重作业时，便不能获得充分的功率输出，因而将会导致作业效率的下降。

发明内容
本发明的目的在于，在建筑机械等作业车辆中，根据作业状态来自动地控制发动
机的功率输出能力。 根据本发明，检测有关消耗来自发动机的功率输出的一个或多个作业负荷的状态
的一个或多个变量值，并基于所检测出的变量值，来控制发动机的功率输出能力。其结果 是，可根据作业状态来自动地控制发动机的功率输出能力。 上述作业负荷中，包括比如吊臂及铲斗之类的作业机。作为有关作业机的状态的 变量值，可采用比如用于驱动上述作业机的油压缸的油压、对上述作业机进行的操作的种类、或者上述作业机的位置或状态等。 或者，上述作业负荷还包括由比如车轮及变速机等组成的行驶装置。作为有关行 驶装置的状态的变量值，可采用比如对变速机进行的换档操作的种类或所选择的速度挡、
车体的前后方向(即行驶方向)倾斜角、行驶速度、或者对应油门踏板开度的行驶加速度等。 作为一个控制示例，可基于有关作业机或行驶装置的状态的特定变量值的检测结 果，来判定是否正在进行挖掘。可根据该判定结果，来进行功率输出能力的控制，使被判定 为未进行上述挖掘时的上限输出转矩曲线，低于被判定为正在进行上述挖掘时的上限输出 转矩曲线。 作为另一个控制示例，可基于有关行驶装置状态的特定变量值的检测结果，来判
定是否正在爬坡行驶。可根据该判定结果，来控制功率输出能力，从而使被判定为未进行爬
坡行驶时的上限输出转矩曲线，低于被判定为正在进行爬坡行驶时的上限输出转矩曲线。 作为另一个控制示例，可基于有关作业机及行驶装置状态的特定变量值的检测结
果，来同时进行是否正在进行挖掘的判定以及是否正在进行爬坡行驶的判定。可对功率输
出能力进行控制，从而使被判定为未进行挖掘和爬坡行驶的时的上限输出转矩曲线，低于
被判定为至少正在进行挖掘和爬坡行驶中的任意一项时的上限输出转矩曲线。 作为另一个控制示例，可基于有关作业机及行驶装置状态的特定变量值的检测结
果，来判定是否进行不同种类的工程中的某一项。可控制发动机的功率输出能力，从而根据
所判定的工程，来使上限输出转矩曲线相异。 作为另一个控制示例，可基于有关作业机或行驶装置的状态的特定变量值的检测 结果，来判定作业机或行驶装置的作业负荷所要求的功率输出的大小程度。可根据该判定 结果来阶段性或连续性地控制上述功率输出能力。 根据优选实施方式，基于驱动作业机的油压缸的压力检测值，来判定是否正在实 施挖掘工程。由于作业机的油压油压缸压力的变化对应挖掘工程的开始及结束反应敏感， 因而挖掘工程的判定可靠性高。而且，在实施挖掘工程时，发动机以能够发挥发动机原有的 全部功率输出能力的高输出模式来运转。而在挖掘工程之外时，发动机则以低于高输出模 式的限制了功率输出能力的低输出模式来运转。在低输出模式中，控制成其上限输出转矩 曲线，成为对高输出模式的上限输出转矩曲线乘以了小于1的规定系数后的转矩曲线。
在优选实施方式中，基于行驶中的车体倾斜角，或者对应于油门踏板开度的行驶 加速度的检测结果，来判定是否正在进行爬坡行驶。不仅在挖掘工程中，而且在爬坡行驶 中，发动机也以上述高输出模式运转。


图1是轮式装载机的侧视图。
图2是表示轮式装载机的挖掘装载作业工程的一例的说明图。 图3是发动机控制装置的系统图。 图4是表示发动机的概略控制顺序的流程图。 图5是表示相当于高输出模式与低输出模式中发动机的功率输出能力的上限输 出转矩曲线的一例的曲线图。
图6是表示相当于高输出模式与低输出模式中发动机的功率输出能力的上限输 出转矩曲线的另一例的曲线图。 图7是表示挖掘工程中轮式装载机的作业机状态的侧视图。
图8是表示升降油压缸的底压变化的曲线图。
图9是表示判定挖掘工程的开始的控制顺序的流程图。
图10是表示判定挖掘工程的结束的控制顺序的流程图。
图11是表示作业机的挖掘位置的侧视图。 图12是表示在挖掘工程时和爬坡行驶时选择高输出模式的概略控制顺序的流程 图。 图13是通过判定当前正在实施的是何种工程来切换发动机的输出模式的控制说 明图。 图中符号说明1 :轮式装载机，2 :驾驶室，3 :发动机室，4 :后轮，5 :后部车体，6 : 前轮，7:前部构架，10:作业机，11 :升降臂，12:铲斗，13:升降油压缸，14:倾斜臂，15:倾 斜油压缸，16 :倾斜杆，20 :行驶装置，21 :发动机，22 :转矩转换器，23 :变速机，24 :分配机， 25 :减速器，26 :可变容量型油压泵，27 :调速器，28 :上限输出转矩曲线，29 :匹配曲线，30 : 运转操作装置，31 :档位检测装置，32 :支臂操作指示检测装置，33 :铲斗操作指示检测装 置，34 :速度表，40 :发动机控制装置，41 :容量控制装置，42 :输出管路，43 :倾斜操作阀，44 : 升降操作阀，45 :底压检测器，46 :倾斜角检测器，47 :加速度检测器，48 :油门开度检测器， 49 :油门踏板，50 :控制器。
具体实施例方式
以下参照附图，针对本发明的作业车辆发动机的控制装置及控制方法，来详细说 明以下几种实施方式。 在以下的说明中，作为作业车辆，以轮式装载机为例，来说明用于控制轮式装载机 的发动机功率输出的本发明实施方式。然而，轮式装载机是用于说明本发明的一个示例，除 此之外的各种作业车辆的发动机功率输出控制也可适用本发明。
图1是作业车辆的一例即轮式装载机1的侧视图。 如图1所示，轮式装载机1具有驾驶室2 ;具有发动机室3及后轮4、4的后部车 体5 ;和具有前轮6、6的前部构架7。在前部构架7上安装有作业机10。
在作业机10中，升降臂11的基端部可自由摇动，被安装于前部构架7上。前部构 架7与升降臂11，由一对升降油压缸13、 13连接，通过升降油压缸13、 13的伸縮，来使升降 臂11摇动。在升降臂11的前端部，自由摇动地安装有铲斗12。 倾斜臂14，在其中央部附近由升降臂11自由转动地支撑。倾斜臂14的一端部与 前部构架7，由倾斜油压缸15连接，倾斜臂14的另一端部与铲斗12，由倾斜杆16连接。当 倾斜油压缸15伸縮时，铲斗12随之摇动。 在后部车体5上搭载有使轮式装载机1行驶的行驶装置20 ;向行驶装置20提供 功率输出的发动机21。行驶装置20由以下部分构成转矩转换器22 ;可进行进退切换及 多挡变速切换的变速机23 ;分配器24 ;驱动后轮4及前轮6的减速机25、25等。发动机21 的功率输出，通过转矩转换器22及变速机23传递给分配器24，并由此被分配给后轮4及前
5轮6。 在后部车体5上还搭载有可向上述升降油压缸13及倾斜油压缸15提供压力油 的可变容量型油压泵26。可变容量型油压泵26，由来自上述发动机21的部分功率输出驱 动。 在驾驶室2内设有运转操作装置30，其包含由驾驶者操作的变速机换档杆；油门 踏板；制动器踏板；对升降油压缸13及倾斜油压缸15进行操作的操作杆等。驾驶者通过 操作运转操作装置30，可以进行以下操作S卩，轮式装载机1的进退切换；行驶速度的调节 (加速及减速)；作业机IO(升降油压缸13及倾斜油压缸15)的操作。 在后部车体5中搭载有发动机控制装置(图1中省略图示)，其用于响应来自运 转操作装置30的操作信号，控制升降油压缸13及倾斜油压缸15的驱动，或者根据本发明 的原理控制发动机21的功率输出能力。关于该发动机控制装置，将在后面进行具体说明。
在该轮式装载机l中，消耗发动机21的功率输出的负荷成分包括作业负荷及寄生 负荷。所谓作业负荷是指为在车辆的外部环境中直接实施作业(土石挖掘及提升、车辆本 身的移动等)，而需要来自发动机21的功率输出的负荷成分。作业负荷包括比如上述作业 机械10、可变容量型油压泵26及行驶装置20。而所谓寄生负荷是指不是为了作业而是为 了进行车辆内部的动作，而需要来自发动机21的功率输出的负荷成分。寄生负荷包括比如 发动机冷却装置和空调装置及电池充电装置等，但图1中均省略了图示。
上述的发动机控制装置具有以下功能S卩，检测作业负荷(比如作业机械10、可变 容量型油压泵26及行驶装置20)的状态(以下称作业状态)，并根据作业状态的检测结果， 来估算作业负荷所要求的功率输出量，从而控制发动机21的功率输出能力。在进行由一系 列多个工程组成的作业时，作业负荷所要求的功率输出量大多因工程而异。比如，在一系列 工程中，在特定的工程中，可能需要较高的功率输出，而在其它工程中，则可能需要较低的 功率输出。在下文中，以轮式装载机1所采用的典型作业类型即挖掘装载作业为例，来具体 说明基于发动机控制装置的功率输出控制。 图2表示构成轮式装载机1的挖掘装载作业的一系列工程的示例。 轮式装载机1通过依次重复进行下列多个工程，来挖掘作业对象物，向自卸车等
运输机械装载作业对象物。 前进工程(图2A):驾驶者操作升降油压缸13及倾斜油压缸15，使作业机10处于 挖掘状态，其中，升降臂11处于低位，铲斗12朝向水平方向，并使车辆驶向作业对象物。
挖掘工程(图2B，图2C):驾驶者使车辆进一步前移，使铲斗12的前刃插入作业对 象物(图2B :插入分工程)，对倾斜油压缸15进行操作，使铲斗12后倾，从而将作业对象物 戽入铲斗12内(图2C :戽入分工程)。根据作业对象物的种类，可能使铲斗12只后倾一 次，便可完成戽入分工程，有时需要重复地进行动作，即使铲斗12后倾，然后空挡，然后再 次后倾。 后退 支臂上升工程(图2D):在铲斗12内已戽入作业对象物后，驾驶者使车辆 后退，同时使升降油压缸13伸展，从而使升降臂11上升。 前进 支臂上升工程(图2E):驾驶者使车辆前进，接近自卸车，同时进一步伸展
升降油压缸13，从而使升降臂11上升，直至铲斗12的高度达到装载高度为止。 排土工程(图2F):驾驶者在规定位置使铲斗12倾翻，从而将作业对象物倾卸到
6自卸车的货箱内。 一般在此前的前进 支臂上升工程之后，边持续前进，边实施该工程。
后退 支臂下降工程(图2G):驾驶者使车辆后退，同时降下升降臂ll，从而使铲 斗12返回到挖掘状态。 以上是构成挖掘装载作业的一个循环的典型工程。 图2H表示车辆单纯行驶的单纯行驶工程。在该工程中，驾驶者将升降臂11降至 低位，使车辆前进。有在铲斗12内装载负荷进行运输的情况，和不装载负荷行驶的情况。
这6种工程所需的发动机21的功率输出因各工程而异。尤其在挖掘工程(图2B， 图2C)中，与其它工程相比，需要更大的功率输出。为此，希望能对发动机21的功率输出能 力进行控制，从而能判别当前正在进行的作业，进而可输出与此对应的必要功率。在该情况 下，可将上述6种工程大致分为挖掘工程以及除此之外的工程这二类，从而以二个阶段控 制发动机21的功率输出能力。或者，也可以将上述6种工程分为三种或三种以上，从而以 三个以上的阶段控制发动机21的功率输出能力。或者，也可以不进行工程判别，而判别作 业负荷所要求的功率输出程度，由此相应地使发动机21的功率输出能力分阶段性或连续 地变化。 这里，所谓发动机21的输出功率能力，是指发动机21可达到的最高功率输出能力 或者能量。关于发动机21的功率输出能力的控制，在典型情况下，可以利用控制比如对发 动机21的燃料喷射量上限值的方法来进行该控制。比如，如果将燃料喷射量上限值设定 得越大，则功率输出能力越高，而如果将燃料喷射量上限值设定得越小，则功率输出能力越 低。可以利用表示发动机21对应转速而能够输出的上限输出转矩的转矩曲线，来表现功率 输出能力。如果上限输出转矩曲线越高，则表示功率输出能力越高。 图3是表示进行发动机21的功率输出能力控制的发动机控制装置40的一例的系 统图。 在图3中，控制器50可由计算机来实现，该计算机具有例如作为程序存储器及工 作数据存储器来使用的存储装置；和执行程序的CPU。控制器50，对从未图示的燃料喷射 泵向发动机21供给的燃料喷射量进行调节，并与控制发动机21的功率输出的调速器27连 接。通过从控制器50向调速器27输出指令，以改变燃料喷射量，由此可以改变发动机21 的功率输出。发动机21，对作业负荷之一的可变容量型油压泵26进行驱动。
可变容量型油压泵26与容量控制装置41连接。通过从控制器50向容量控制装 置41输出指令，能够改变可变容量型油压泵26的容量。在可变容量型油压泵26的输出管 路42上设有倾斜操作阀43，其与作业负荷之一的倾斜油压缸15相连接；升降操作阀44， 其同样与作业负荷之一的升降油压缸13相连接。 在升降油压缸13的底侧，设有底压检测器45(这里，所谓油压缸的「底侧」，是指当 该侧的油压升高时，油压缸便伸长的一侧。「底侧」的相反侧，称为「顶侧」或「杆侧」)。底 压检测器45例如是压力开关。从底压检测器45输出的底压检测信号，被输入到控制器50。
控制器50，与用于检测运转操作装置30中所配备的变速机档位操纵杆的位置的 档位检测装置31连接，用于输入来自档位检测装置31的档位检测信号，从而检测出作业负 荷之一的行驶装置20的变速机23的档位操作(或者由软操作来选择的速度挡)。在变速 机为例如具有四个前进速度挡(Fl F4)及二个后退速度挡(Rl， R2)的变速机23的情况 下，控制器50基于档位检测信号，检测出通过档位操作在F1 F4、R1、R2中所选择出的哪个速度挡。 控制器50，还与检测运转操作装置30中所配备的升降油压缸操作杆(升降臂操作 杆)的位置(即来自驾驶者的支臂操作指令)的支臂操作指令检测装置32相连接，从而输 入来自支臂操作指令检测装置32的操作指令检测信号。控制器50基于该操作指令检测信 号，来控制升降操作阀44，并对升降臂ll进行操作。控制器50，基于来自支臂操作指令检 测装置32的检测信号或给升降操作阀44的操作信号，来检测出升降臂11当前正在进行的 操作的种类(比如，上升，空挡，下降，浮动)。 控制器50，还与检测运转操作装置30中所配备的倾斜油压缸操作杆(铲斗操作 杆)的位置(即来自驾驶者的铲斗操作指令)的铲斗操作指令检测装置33相连接，从而输 入来自铲斗操作指令检测装置33的操作指令检测信号。控制器50基于该铲斗操作指令检 测信号，来控制倾斜操作阀43，由此对铲斗12进行操作。另外，控制器50，基于来自铲斗操 作指令检测装置33的操作指令检测信号或者给倾斜操作阀43的操作信号，来检测铲斗12 当前正在进行的操作的种类(比如，后倾，空挡，倾卸)。 控制器50，还与检测车辆行驶速度的速度表34相连接，从速度表34来输入行驶速 度检测信号。 控制器50根据本发明的原理，并基于以下变量值中的一个或一个以上的变量值，
来控制发动机21的功率输出能力。这些变量值是所检测的变速机23的档位操作(所选
择的速度挡)、升降油压缸13的底压、升降臂11的操作、铲斗12的操作、车辆行驶速度等表
示作业负荷各种状态的各种变量值。以下说明该控制顺序。 图4是表示发动机21的输出能力的控制顺序的一例的概略流程图。 在图4所示的控制中，基于表示上述作业状态的特定变量值，来判断当前正在进
行的工程是否是要求高功率输出的规定工程(比如挖掘工程)。根据该判断结果，作为控制
发动机的功率输出能力的模式，来选择预先设定的「低输出模式」及「高输出模式」这二种
控制模式中的任意一种。这二种控制模式的具体意义在后面说明。 如图4所示，在步骤Sll，控制器50首先在启动发动机21的同时，向调速器27输
出指令，从而使发动机21以低输出模式来运转。在低输出模式中，控制器50对调速器27
发出指令，并利用将未图示的燃料喷射泵的喷射量(mg/冲程)的可变范围的上限值限定到
规定的低值等方法，来将发动机21的功率输出能力限制为低于高输出模式。 而且，在步骤S12，控制器50进行后述的挖掘开始判定，从而判定轮式装载机1是
否处于挖掘工程中(上述图2A至图2B)。如果步骤S12的结果是未处于挖掘作业中，则该
控制便返回到步骤Sll。 如果步骤S12的结果是处于挖掘作业中，则进入步骤S13，控制器50对调速器27 输出指令，使发动机21以高输出模式来运转。在高输出模式下，控制器50，解除针对燃料喷 射泵的喷射量的上述限制，由此，使喷射量的可变范围上限值高于低输出模式，从而使发动 机21的功率输出能力高于低输出模式(比如，可发挥出发动机21本来具有的最大功率输 出)。 在步骤S14，控制器50进行后述的挖掘结束判定，从而判定轮式装载机1的挖掘工 程是否已结束。如果步骤S14的结果是挖掘工程尚未结束，则返回到步骤S13。而如果步骤 S14的结果是挖掘工程已结束，则返回到步骤Sll，从而使发动机21再次以低输出模式来运转。 以下，详细说明图4所示的流程图中的各步骤。 首先，对步骤S11及S14所示的、发动机21的高输出模式及低输出模式进行说明。 图5表示高输出模式与低输出模式下发动机21的功率输出能力的转矩曲线的一例。图4 中，横轴表示发动机21的转速，纵轴表示输出转矩。曲线29是转矩转换器22的匹配曲线。
图5中，实线28A，表示未对发动机21的功率输出能力加以限制且可获得高功率输 出的高输出模式中发动机21的上限输出转矩的曲线，其相当于比如发动机21的额定或最 大的功率输出。发动机21的输出转矩，可通过基于驾驶者的油门踏板操作的燃料喷射量调 节来改变，但其可变范围，处于上限输出转矩曲线28A以下的范围内。 另一方面，虚线28B，表示只能得到低于高输出模式的功率输出能力的低输出模式 中发动机21的上限输出转矩的曲线。低输出模式的上限输出转矩曲线28B被限制为成为 高输出模式的上限输出转矩曲线28A的系数a倍(a <1)(比如80%)。在低输出模式 中，发动机输出的可变范围，被限制到上限输出转矩曲线28B以下的低范围内。但其具有可 节省燃料的优点。控制器50采用，控制调速器27对燃料喷射量施加限制(比如，使燃料喷 射量的上限值低于高输出模式时的上限值)等方法，来执行低输出模式运转。
图6表示另一控制例的、表示发动机21的功率输出性能的转矩曲线。图6中，虚 线28C表示低输出模式的上限输出转矩曲线，其表示被限制成比上述图5所示的低输出模 式中的上限输出转矩曲线28B更低的输出转矩可变范围。这样，在限制发动机功率输出性 能的情况下，至于具体采用何种转矩曲线，有各种选择。也可以只采用图5及图6所示的低 输出模式中的上限输出转矩曲线28B与28C中的一方，或者也可以根据状态，相应地使用上 限输出转矩曲线28B与28C。 图7是表示轮式装载机1采用铲斗12来挖掘作业对象物的状态侧视图。
如图7所示，在挖掘工程中，车辆在箭头A方向前进，并使铲斗12的前刃插入作业 对象物Z，进而使铲斗12后倾。在该动作中，在铲斗12上，在箭头B及箭头C的方向施加 力。其结果是，在升降油压缸13及倾斜油压缸15的底侧(该侧的油压增大后，油压缸伸长 的一侧)，产生高油压。根据作业状态，对铲斗12施加箭头D方向的力，在该情况下，在倾斜 油压缸15的顶侧(杆侧)，产生高油压。 这些油压的大小，在挖掘工程时与其它工程时明显不同。因此，根据这些油压的至 少一个的大小，可判定是否正在进行挖掘工程。比如，可以通过将升降油压缸13底侧的油 压(以下称升降油压缸13的底压)与预定的基准值进行比较，来判定是否正在实施挖掘工 程。或者，也可以通过将倾斜油压缸15的底侧油压(以下称倾斜油压缸15的底压)与预 定的基准值进行比较，来判定是否正在实施挖掘工程。 图8是表示轮式装载机1在挖掘装载作业时的图2A至图2G所示的各工程中、升 降油压缸13的底压变化的一例的曲线图。图8中，纵轴表示升降油压缸13的底压，横轴表 示时间。 如图8所示，升降油压缸13的底压在前进工程(图2A)中相当低，在挖掘工程(图 2B，C)开始后急剧大幅上升，在挖掘工程(图2B，C)的整个区间内持续相当高的状态，当挖 掘工程结束后便急剧大幅下降。在作为一个基准值而设定了图8所示的压力P的情况下， 升降油压缸13的底压，在前进工程中，在整个区间内低于基准值P，而在挖掘工程中，在整
9个区间内大幅高于基准值P，其差别很明显。 在后退'支臂上升工程(图2D)、前进'支臂上升工程(图2E)以及排土工程(图 2F)的前半部分，升降油压缸13的底压高于基准值P，此后便低于基准值P。前进工程的时 间通常为数秒(比如5秒)左右。因此，升降油压缸13的底压，在规定的时间(比如l秒) 内低于规定的压力P，此后便上升并超过基准值P，如果检测出超过基准值P时的时刻，则可 认为该时刻就是挖掘工程的开始时刻。 以下结合图9所示的流程图，来具体说明检测挖掘作业的开始时刻的控制。
作业开始后，在步骤S101，控制器50基于底压检测器45的检测结果，判定升降油 压缸13的底压是否小于等于基准压P。在步骤S101的结果是"否"的情况下，控制便返回 步骤S101的上面。在步骤S101的结果是"是"的情况下，控制便进入步骤S102，控制器50 便开始计测时间。 在步骤S103，控制器50判定升降油压缸13的底压小于等于基准值P这一状态 的是否持续了大于等于规定的时间(比如l秒)。在步骤S103的结果是"否"的情况下，控 制便返回步骤S103之前。在步骤S103的结果是"是"的情况下，控制便进入步骤S104，控 制器50判定升降油压缸13的底压是否已超过基准值P。在步骤S104的结果是"否"的情 况下，控制便返回步骤S104之前。在步骤S104的结果是"是"的情况下，控制便进入步骤 S105，控制器50便判定挖掘工程已开始。 接下来，对图4的步骤S14所示的、判定挖掘工程是否结束的挖掘结束判定控制进 行说明。 基于图2所示的挖掘装载作业各工程中车辆的移动方向、以及图8所示的各工程 中升降油压缸13的底压变化，并根据下列判定条件A1、A2及A3，可判定出挖掘工程已结束 的情况。 判定条件Al :挖掘工程开始后，变速机23从前进切换为空挡或后退。 判定条件A2 :挖掘工程开始后，升降油压缸13的底压低于基准值P，此后，在规定
时间(比如1秒)内，保持低于基准值P的状态。 然而有时，即使在图9所示的挖掘开始判定控制中的步骤S105中，被判定为挖掘 工程已开始的情况下，但实际上并未开始挖掘工程。这样的情况比如有车辆与作业对象物 Z冲突后立刻下降等，从而使升降油压缸13的底压瞬间超过基准值P这一情况、或者在前进 中因路面的凹凸而对作业机IO发生瞬间冲击的情况等。在该情况下，由于挖掘工程尚未实 际开始，因而有必要使发动机21从高输出模式返回低输出模式。为进行该控制，当判断出 挖掘工程已开始后，测定升降油压缸13的底压超过基准值P的持续时间，如果该持续时间 未超过规定时间，则判断挖掘工程已结束(尚未开始)。上述条件称为判定条件A3。
在本实施方式中，如果满足了上述判定条件A1 A3的任意一个，则判断为挖掘作 业已结束。 以下，结合图10所示的流程图，来具体说明检测挖掘工程的结束的检测控制。
首先说明判定条件A1。在步骤S109，控制器50，输入来自档位检测装置31(图3) 的检测信号，判定变速机23是处于空挡位置还是处于后退位置。在步骤S109的结果是"否" 的情况下，控制便返回步骤S109之前。在步骤S109的结果是"是"的情况下，控制便进入 步骤S110，控制器50便判定出挖掘工程已结束。
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接下来说明判定条件A2。在步骤S114，控制器50判定升降油压缸13的底压是否 低于基准值P。在步骤S114的结果是"否"的情况下，控制便返回步骤S114之前。在步骤 S114的结果是"是"的情况下，控制便进入步骤S115，控制器50开始时间计测。
在步骤S116，控制器50判定所计测的时间、即升降油压缸13的底压低于基准值 P的状态所持续的时间，是否超过了预定的第二设定时间(比如0.5秒)。在步骤S116的 结果是"否"的情况下，控制便返回步骤S116之前。在步骤S116的结果是"是"的情况下， 控制便进入步骤S110，控制器50便判定挖掘工程已结束。 接下来说明判定条件A3 。在步骤S112，控制器50开始进行时间计测。在步骤S113， 控制器50判定所计测的时间、即升降油压缸13的底压高于基准值P的状态所持续的时间， 是否超过了预定的第一设定时间(比如1秒)。在步骤S113的结果是"是"的情况下，控制 便返回步骤S112之前。在步骤S113的结果是"否"的情况下，控制器50便进入步骤SllO， 从而判定挖掘作业结束。 作为变形例，也可以在进行判定条件Al及A2的判定之前，进行判定条件A3的判 定，如果判定条件A3在步骤S113的结果是"是"，则进行判定条件Al及A2的判定。或者， 作为另一个变形例，也可以在图9所示的用于挖掘开始判定的步骤S105之后，进行判定条 件A3的判定，而在图10所示的挖掘结束判定控制中，省略判定条件A3的判定。
如上所述，控制器50主要基于升降油压缸13的底压状态，来判断当前工程是否是 挖掘工程，在挖掘工程中，将发动机21的功率输出能力控制为高输出模式，而在挖掘工程 以外之时，将发动机21的功率输出能力控制为低输出模式。由此，在重作业时，以高功率输 出能力来进行作业，而在其它轻作业时，则以低功率输出能力来进行作业，因而可获得只用 于作业的功率输出，从而可防止无效的大能耗，因而可降低燃料费用。此外，由于在挖掘工
程中，发动机21的功率输出能力可自动地增加，因而可为驾驶者提供舒适的驾驶感。
在升降油压缸13的底压在规定时间内低于基准值P然后超过基准值P之时，判断 为挖掘工程已开始。由此可以减少在后退 支臂上升工程、前进 支臂上升工程或排土工 程时，误检测为挖掘工程开始的可能性。在升降油压缸13的底压只瞬间或暂时大于等于基 准值P的情况下，可以立刻取消挖掘工程开始的判定。因而，即使比如误判定为挖掘作业并 以高输出模式来运转发动机21，也可以在短时间内判断出该判定是一种误判定，从而可防 止燃料效率的下降。 在判定为挖掘工程已开始后，当变速机23换档至空挡或后退位置时，便判断挖掘 工程已结束。而且，在判定为挖掘工程已开始后，升降油压缸13的底压下降到小于等于基 准值P，并且该状态超过了预定的第二设定时间时，也判断为挖掘工程已结束。由此，可提高 挖掘工程结束时刻的检测精度。 不过，在上述控制中，在是否是挖掘工程的判断中，采用升降油压缸13的底压。然
而，也可以取代其而采用倾斜油压缸15的底压，或者将两者同时使用。比如，在倾斜油压缸
15的底压在规定时间内小于等于规定值这一状态之后又超过了该规定值时，可以判断为挖
掘工程已开始。由于当铲斗12插入作业对象物从而使上述底压上升到大于等于基准值P
时，将发动机的功率输出能力切换为高输出模式，因而在开始此后的铲斗倾斜操作的时刻，
已经成为高输出模式，从而在发动机功率输出的上升中不会产生延迟。 在上述的控制中，作为是否是挖掘工程的判断依据，采用了升降油压缸13或倾斜油压缸15的油压之类的、施加于作业机作动器上的力。然而，也可以将与此不同的其它因 素用作判断依据。 以下说明采用了该其它因素进行控制的变形例之一。即，在挖掘开始判定中，采用 下列判定条件B1、B2及B3。 判定条件Bl :变速机23位于前进第一或第二速度挡(Fl或F2)。 判定条件B2 :作业机10处于挖掘位置。 判定条件B3 :车辆行驶速度小于等于设定速度。 在满足了这些判定条件B1 B3中的至少一个判定条件之时，判断为作业车辆处 于挖掘工程中。 以下说明上述判定条件B2的挖掘位置。图11是挖掘位置上作业机10的侧视图。
如图11所示，在前部构架7上，利用支臂销杆73，可自由摇动地安装升降臂11的 基端部，前部构架7与升降臂11由升降油压缸13、 13连接。当升降油压缸13、 13进行伸縮 时，升降臂11以支臂销杆73为中心摇动。在升降臂11的前端部，用铲斗销杆76自由摇动 地安装铲斗12，前部构架7与铲斗12，经由倾斜油压缸15及连杆装置78连接。当倾斜油 压缸15伸縮时，铲斗12以铲斗销杆76为中心摇动。 控制器50，比如把连接支臂销杆73与伊斗销杆76的线Y_Y (即，表示升降臂11的 状态或位置的线)设定为基准线，如果基准线相对通过了支臂销杆73的水平线向下倾斜的 俯角大于等于规定值，则可判断为作业机10处于挖掘位置。作为用于掌握该作业机10的 状态或位置的方法，控制器50可采用比如以下方法等用由安装于升降油压缸13、13上的 冲程传感器(未图示)检测出的升降油压缸13、13的冲程，来计算的方法；用由安装于升降 油压缸13、 13上的角度传感器(未图示)检测出的升降油压缸13、 13的仰角，来计算的方 法；或者基于从控制器50向升降操作阀44输出的操作指令，来计算的方法。
接下来，对在挖掘工程之外的特定作业状况中获得更高的功率输出的控制变形例 进行说明。该变形例的控制，可以与在上述挖掘工程时选择高输出模式的上述控制相并用， 或者也可以取代它。 以下说明在倾斜地面上轮式装载机1爬坡行驶情况下选择高输出模式的控制示 例。 轮式装载机1 ，在具有大于等于规定角的倾斜角的斜面上爬坡行驶时，有时希望采 用可以以低输出模式来输出且高于上限输出转矩的输出转矩(错误)。因此在本实施方式 中，判定是否正在爬坡行驶，在爬坡行驶时，输出比不爬坡行驶时更高的功率。
再次参照上述图3，在轮式装载机1的车体上设有测定车体前后向倾斜角的倾斜 角检测器46 ;测定油门踏板49开度的油门开度检测器48 ;测定车辆加速度的加速度检测 器47，这些分别与控制器50连接。控制器50基于这些传感器46 48的输出，来检测车 辆倾斜角、油门踏板的开度以及加速度。对于加速度，也可以取代加速度检测器47，而采用 由速度表34检测出的速度进行计算。在车辆以大于等于一定的倾斜角倾斜、并行驶的情况 下，控制器50判断为正在爬坡行驶。在尽管油门踏板大于等于一定的开度，但仍不能获得 大于等于规定的加速度的情况下，控制器50也判断为正在爬坡行驶。或者，也可以只根据 油门踏板与加速度，来判断是否处于爬坡行驶中。
图12是表示该变形例中的发动机21的控制步骤的流程图。
在步骤S21中，控制器50在发动机21启动的同时向调速器27输出指令，通过进 行限制比如燃料喷射泵的喷射量等功率输出限制，使发动机21以低输出模式运转。在步骤 S22中，控制器50进行上述挖掘开始判定，判定轮式装载机1是否处于挖掘工程中。如果步 骤S22的结果是未判定出正处于挖掘工程中，控制便返回步骤S21。而如果步骤S22的结果 是判定出正处于挖掘工程中，则控制便进入步骤S23，控制器50向调速器27输出指令，使燃 料喷射泵的喷射量返回到没有上述限制的状态，从而使发动机21以可发挥高功率输出能 力的高输出模式运转。 进入高输出模式运转后，在步骤S24，控制器50进行上述挖掘结束判定，判定轮式 装载机1的挖掘工程结束与否。如果步骤S24的结果是未判定出挖掘工程已结束，控制便 返回步骤S23。而如果步骤S24的结果是判定出挖掘工程已结束，则控制便返回步骤S21， 使发动机21以低输出模式运转。 与步骤S22并行，在步骤S25，控制器50进行上述爬坡行驶判定，判定轮式装载机 1是否正在爬坡行驶。如果步骤S25的结果是未判定出正在爬坡行驶，控制便返回步骤S21。 而如果步骤S25的结果是判定出正在爬坡行驶，则控制便进入步骤S26，控制器50向调速器 27输出指令，使燃料喷射泵的喷射量返回到没有上述限制的状态，从而使发动机21以可发 挥高功率输出能力的高输出模式运转。 进入高输出模式运转后，在步骤S27，控制器50进行上述爬坡行驶判定，判定轮式 装载机1是否正在爬坡行驶。如果步骤S27的结果是判定出正在爬坡行驶，控制便返回步 骤S26。而如果步骤S27的结果是未判定出爬坡行驶，则控制便返回步骤S21，控制器50使 发动机21以低输出模式运转。 不过，在上述控制中，不论是挖掘作业还是爬坡行驶，发动机21均以同样的高输 出模式运转，但控制不限于此。比如在爬坡行驶时，也可以使发动机21以具有低输出模式 与高输出模式的中间功率输出能力的中间输出模式运转。或者，也可以检测爬坡时的负荷 大小，并根据该负荷的大小，来分段或连续地改变发动机21的功率输出能力。在任意一种 情况下，通过上述控制，不仅在挖掘工程时，即使在爬坡行驶时，也可获得足够的功率输出， 因而可实现平稳的运转。 接下来，说明发动机的功率输出能力控制的其它变形例。 在该变形例的控制中，控制器50，基于轮式装载机1的作业负荷状态的检测结果， 判定当前正在实施图2A至图2H所示工程中的哪一项，并基于该判定结果，来控制发动机21 的功率输出能力。 图13以表格方式来表示该控制中的工程判定方法及根据判定结果的发动机功 率输出能力控制方法。 图13所示的表格中，最上行的「作业工程」一行，显示了图2A至图2H所示的作业 工程名称。其下的「速度挡」、「作业机操作」及「作业机油压缸压力」 一行，表示控制器50 为判断当前工程是哪一项工程而使用的各种判断条件。 g卩，在「速度挡」 一行中，用圆圈表示有关变速机23的速度挡的判定条件。这里， 假设变速机23具有四个前进速度挡Fl F4及二个后退速度挡Rl、 R2。另外，在「作业机 操作」一行中，用圆圈表示有关驾驶者对作业机10的操作的判定条件。即，「支臂」一行，表 示针对升降臂11的操作的判定条件，「铲斗」一行，则表示针对铲斗12的操作的判定条件。「作业机油压缸压力」一行，表示作业机10的油压缸的当前油压、比如升降油压缸13的底压的判定条件。这里，对于升降油压缸底压，如图8所示，除了上述基准值P之外，还预先设定了高于该基准值P的三个基准值A、 B、 C，并用这些基准值A、 B、 C、 P定义多个压力范围(比如，小于基准值P的范围、从基准值A至C的范围、从基准值B至P的范围、小于基准值C的范围)，并将这些压力范围设定为上述判断条件。 通过采用上述各工程中的「速度挡」、「支臂」、「铲斗」、「作业机油压缸压力」的判定条件组合，控制器50可以判别当前正在进行的工程是哪项工程。 在「发动机输出模式」 一行中，作为上述判别结果来表示控制器50选择了 「高输出模式」与「低输出模式」中的哪一个。其下面的「输出转矩变化」 一行表示作为该发动机功率输出控制的结果，发动机21的输出转矩具体如何变化的示例。
以下说明在进行图13所示的控制时，控制器50的具体动作。
控制器50预先存储有图13所示的各工程所对应的「速度挡」、「支臂」、「铲斗」、「作业机油压缸压力」的判定条件组合。控制器50，基于来自图3所示的档位检测装置31的信号，掌握变速机23当前选择的速度挡(Fl F4、R1或R2)，并基于来自支臂操作指示检测装置32的信号，掌握针对升降臂11的当前操作种类(比如浮动、下降、空挡或上升)，还基于来自铲斗操作指示检测装置33的信号，掌握针对铲斗12的当前操作种类(比如倾卸、空挡或倾斜)。此外，控制器50基于来自图3所示的底压检测器45的信号，来掌握升降油压缸13的当前底压。 接下来，控制器50进行以下二种组合的对比匹配处理，该二种组合是所掌握的当前速度挡、支臂操作种类、铲斗操作种类及升降油压缸底压的组合(即，当前的作业状态)；预先存储的各工程所对应的「速度挡」、「支臂」、「铲斗」及「作业机油压缸压力」的判定条件组合。作为匹配处理的结果，控制器50判定当前作业状态下最佳匹配的判定条件组合所对应的工程是哪一个。 图13所示的各工程所对应的判定条件组合的具体情况如下。 前进工程(图2A):速度挡为Fl，支臂操作与铲斗操作均为空挡，且作业机油压缸压力小于基准值P。对速度挡而言，不仅当前速度挡单纯为Fl或F2，而且即使速度挡从F2切换为Fl这一降速换档，也可以作为判定条件来采用(因为在大多数情况下，首先从F2开始，然后降档至F1来前进)。此外，前一个被判定的工程是后退，支臂下降工程这一判定历史，也可以作为追加判定条件来采用。 挖掘工程(插入分工程)(图2B):速度挡为F1或F2，升降臂操作与铲斗操作均为空挡，且作业机油压缸压力处于基准值A至C的范围内。此外，前一个被判定的工程是前进工程这一判定历史，也可以作为追加判定条件来采用。 挖掘工程(戽入分工程)(图2C):速度挡为F1或F2，升降臂操作为上升或为空
挡，铲斗操作为倾斜，且作业机油压缸压力处于基准值A至C的范围内。对铲斗操作而言，
也可以进一步追加还包括倾斜与空挡交互重复的情况的判定条件(因为有时根据作业对
象物的种类，需要重复使铲斗12后倾、空挡、并再次后倾的动作)。此外，前一个被判定的工
程是挖掘插入分工程这一判定历史，也可以作为追加判定条件来采用。 后退*支臂上升工程(图2D):速度挡为R1或R2，升降臂操作为上升，铲斗操作为
空挡，且作业机油压缸压力处于基准值B至P的范围内。此外，前一个被判定的工程是挖掘戽入分工程这一判定历史，也可以作为追加判定条件来采用。 前进*支臂提升工程(图2E):速度挡为F1或F2，升降臂操作为上升或空挡，铲斗
操作为空挡，且作业机油压缸压力处于基准值B至P的范围内。此外，前一个被判定的工程
是后退 支臂上升工程这一判定历史，也可以作为追加判定条件来采用。 排土工程(图2F):速度挡为F1或F2，升降臂操作为上升或空挡，铲斗操作为倾
卸，且作业机油压缸压力处于基准值B至P的范围内。此外，前一个被判定的工程是前进'支
臂上升工程这一判定历史，也可以作为追加判定条件来采用。 后退*支臂下降工程(图2G):速度挡为R1或R2，升降臂操作为浮动或下降，铲斗操作为倾斜，且作业机油压缸压力处于小于基准值P的范围内。此外，前一个被判定的工程是排土工程这一判定历史，也可以作为追加判定条件来采用。 单纯行驶工程(图2H):速度挡为F1、F2、F3或F4，升降臂操作与铲斗操作均为空挡，且作业机油压缸压力处于小于基准值C的范围内。 从上述工程的各判定条件组合中，找出与当前作业状态(不单单是当前的状态，也可包含上述变速档位动作及作业机操作的变化及判定的历史)最佳匹配的状态，由此，控制器50可判别出当前工程是哪项工程。控制器50以与所判别的工程对应的发动机输出模式，来使发动机21运转。S卩，如图13所示，在判别为挖掘工程的情况下，控制器50以高输出模式来使发动机21运转。而在判别为前进工程、后退 支臂提升工程、前进 支臂提升工程、挖掘工程或后退 支臂下降工程的情况下，控制器50则以低输出模式来使发动机21运转。在判别为单纯行驶工程的情况下，控制器50，进行是否是比如上述爬坡行驶的判定，由此来判断施加于车辆上的负荷大小，并根据该负荷的大小，来选择低输出模式或高输出模式。由于根据基于驾驶者的变速机操作与作业机操作及作业机的油压缸油压等组合的判定结果，来控制发动机的功率输出能力，因而可以根据工程的转移来变更功率输出能力。
作为上述控制结果，如图13的最下行所示，在挖掘装载作业中，在挖掘工程中，当驾驶者踏下油门踏板时，发动机21的输出转矩，便上升至发动机21可输出的转矩为止。然而，在除了挖掘工程之外的其它工程中，即使驾驶者将油门踏板踩到底，发动机21的输出转矩也只能上升至所限制的上限转矩，比如总转矩的80%，但只能节省该部分的燃料费。不过，在其转矩变化曲线上，在变速机23的前进及后退切换时暂时发生的输出转矩降低的原因，在于驾驶者暂缓踩下油门踏板。此外，在排土工程后半段发生的输出转矩降低的原因，在于全部倾倒完作业对象物后，驾驶者暂缓踩下油门踏板。 以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本实施方式不过是用来说明本发明的示例，并不意味着本发明的范围只限于该实施方式。本发明在不脱离其主导思想的范围内，能够以各种方式来实施。 比如，对轮式装载机之外的其它作业车辆也可适用本发明。也可以根据适用本发明的作业车辆的种类，来改变作业状态的检测方法。比如，在油压铲车的情况下，也可以通过检测升降油压缸、支臂油压缸或铲斗油压缸的油压，来判断施加于油压铲车上的负荷大小。 在上述实施方式中，可在高输出模式下，对发动机功率输出不加限制地发挥额定或最大的功率输出能力，但控制不只限于此。比如，也可以在高输出模式下，获得稍微低于最大功率输出能力的功率输出能力。此外，也可以准备转矩曲线的形状相异的多个发动机
15输出模式，根据当前的作业状态来适宜选择这些模式。 此外，也可以取代或并用预先准备的多个发动机输出模式的选择控制，而由控制器50通过运算来对发动机的功率输出能力进行连续可变控制，也就是无级可变控制，以符合所检测出的负荷大小及作业状况。
权利要求
1. 一种发动机控制装置，其用于控制作业车辆用发动机的功率输出，该装置(40)具有一个或多个检测装置，其检测出表示消耗来自发动机(21)的功率输出的包含上述作 业车辆(1)所具有的作业机(10)和/或行驶装置(20)的一个或多个作业负荷的状态的一 个或多个变量值；禾口控制器(50)，其基于由上述一个或多个检测装置检测出的上述一个或多个变量值，控 制上述发动机(21)的可输出的最高的功率输出亦即功率输出能力， 上述一个或多个检测装置包含油压检测装置，其检测用于驱动上述作业机(10)的一个或多个油压缸(13或15)的油压；作业机操作检测装置(32或33)，其检测对上述作业机(10)所进行的操作；以及 变速机操作检测装置(31)，其检测上述行驶装置(20)所包含的变速机(23)的操作或 所选择的速度挡；上述控制器(50)，基于上述一个或多个油压缸(13或15)的油压、对上述作业机(10) 所进行的操作、和上述变速机(23)的操作或所选择的速度挡，判定是否正在进行包含挖掘 工程的规定的不同种类工程中的某一项，并根据判定结果来控制上述功率输出能力。
2. 根据权利要求l所述的发动机控制装置，其中，上述控制器(50)控制上述功率输出能力，根据所判定的工程，来使上限输出转矩曲线 相异。
全文摘要
文档编号E02F9/20GK101696659SQ200910251368
公开日2010年4月21日 申请日期2004年9月1日 优先权日2003年9月2日
发明者户田英二 申请人:株式会社小松制作所;