JP4533390B2

JP4533390B2 - 建設機械

Info

Publication number: JP4533390B2
Application number: JP2006547981A
Authority: JP
Inventors: 伸生松山
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: WO2006062018A1; KR20070089847A; EP1820908B1; US7661499B2; EP1820908A4; CN101076636A; JPWO2006062018A1; EP1820908A1; US20080093145A1; CN101076636B

Description

この発明は、建設機械に関するものである。

図６は、本発明の対象となる建設機械の一つであるホイールローダの簡略図である。図６に示すホイールローダは、エンジン出力を油圧力に変換して作業機５２を動作させるとともに、エンジン出力をトランスミッションを介して駆動輪７０に伝達して走行する。土砂等のパイルをすくい込んでダンプトラックに積込む作業のために用いられることが多い。

この種の建設機械においては、掘削・すくい込みのための大きな駆動輪駆動力（以下、単に「駆動力」と記載する。）と、土砂運搬時の充分な加速および充分な車速が必要とされる。

作業者は、アクセル（アクセルペダル）を調整することによりエンジン回転数を調節しながら積込み作業などの諸作業を行う。すなわち、掘削・すくい込みのための大きな駆動力を必要とするときや、素早い加速を必要とするときに、作業者はアクセルを大きく踏み込んで大きなエンジン出力を得る。また、大きな車速を必要とするときにも、作業者はアクセルを大きく踏込んで高いエンジン回転を得る。

ところで、この種の建設機械において、燃費改善のために、エンジンの最大回転数を所定の回転数とする第１のモードと、上記所定の回転数よりも低く燃費の良い回転数に制限する第２のモードとに切換え可能としたものがある。作業者が第２のモードを選択したときには、加速性や最大車速などは多少犠牲となるものの、第１のモードに比べて燃費の良い作業が可能となる。なお、この技術に類するものとしては特許文献１がある。
特開２００４−１９０６１５号公報

上述の建設機械において、出力の大きなエンジンを搭載すれば、駆動力が大きくなり加速性が良くなるが、トランスミッションなどの駆動力伝達部分も最大駆動力に耐え得る大型のものにする必要がある。この種の建設機械が最も大きな駆動力を必要とするのは、土砂等のパイルを掘削・すくい込みするときなどであるが、あまりに大きな駆動力は駆動輪のスリップを引起すだけであり、装置の損耗を早めるおそれがある。したがって上述の２つのモードを有する建設機械においては、第１のモードでの最大駆動力はスリップ限界などによって自ずと制約を受け、それに基づいてエンジンやトランスミッションなどの設計がなされる。当然ながら、第２のモードにおける駆動力や加速性は第１のモードに比べて低い。しかしながら、機械の稼動効率を高めるために、より強力な駆動力やより強い加速
力が求められる。

この発明は、上記課題に着目してなされたものであって、駆動力が不要にスリップすることなく、トランスミッション等に過大な負荷を与えることなく、しかも、摩擦力、加速性の高い建設機械を提供することを目的とする。

そこで、請求項１の建設機械は、エンジンの最大出力を所定の出力とする第１のモードと、
上記エンジンの最大出力を上記所定の出力よりも低い出力に制限する第２のモードとを有し、
上記複数のモードを作業者が選択するためのモード切換スイッチを備える建設機械であって、
上記エンジンの回転数を作業者が調節するためのアクセルと、
車速を検出するための車速検出手段と、
上記モード切換スイッチにより上記第１のモードが選択されている場合に、上記車速検出手段により検出される車速が所定速度以下でかつ上記アクセルの開度が所定開度以上のときには、上記モード切換スイッチにより選択されたモードに関わらず、上記第２のモードで運転するよう制御する制御手段とを備え、
上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力は、不要なスリップを起こさない適正最大駆動力を超えない値に設定されており、
上記所定速度及び上記所定開度は、上記第１のモードが選択されているときの駆動力が上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力を超えない値に設定されていること
を特徴としている。

請求項２の建設機械は、エンジンの最高回転数を所定の回転数とする第１のモードと、
上記エンジンの最高回転数を上記所定の回転数よりも低い回転数に制限する第２のモードとを有し、
上記複数のモードを作業者が選択するためのモード切換スイッチを備える建設機械であって、
上記エンジンの回転数を作業者が調節するためのアクセルと、
車速を検出するための車速検出手段と、
上記モード切換スイッチにより上記第１のモードが選択されている場合に、上記車速検出手段により検出される車速が所定速度以下でかつ上記アクセルの開度が所定開度以上のときには、上記モード切換スイッチにより選択されたモードに関わらず、上記第２のモードで運転するよう制御する制御手段とを備え、
上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力は、不要なスリップを起こさない適正最大駆動力を超えない値に設定されており、
上記所定速度及び上記所定開度は、上記第１のモードが選択されているときの駆動力が上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力を超えない値に設定されていること
を特徴としている。

請求項３の建設機械は、エンジンを第１のトルクカーブで運転する第１のモードと、
上記エンジンの上記第１のトルクカーブよりも低い第２のトルクカーブで運転する第２のモードとを有し、
上記複数のモードを作業者が選択するためのモード切換スイッチを備える建設機械であって、
上記エンジンの回転数を作業者が調節するためのアクセルと、
車速を検出するための車速検出手段と、
上記モード切換スイッチにより上記第１のモードが選択されている場合に、上記車速検出手段により検出される車速が所定速度以下でかつ上記アクセルの開度が所定開度以上のときには、上記モード切換スイッチにより選択されたモードに関わらず、上記第２のモードで運転するよう制御する制御手段とを備え、
上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力は、不要なスリップを起こさない適正最大駆動力を超えない値に設定されており、
上記所定速度及び上記所定開度は、上記第１のモードが選択されているときの駆動力が上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力を超えない値に設定されていること
を特徴としている。

請求項１〜請求項３の建設機械によれば、車速が所定速度以下でかつアクセルの開度が所定開度以上のときには、モード切換スイッチにより選択されたモードに関わらず、第２のモードで運転するよう制御するので、作業者が第１のモードを選択して作業しているときでも、駆動力は第２のモードでの最大駆動力を超えることがない。したがって、第１のモードでも駆動輪は不要にスリップすることはなく、トランスミッション等に過大な負荷を与えることもない。また、トルク特性の設定の自由度が高まるので、適切にトルク特性を設定することにより、駆動力、加速性が向上できる。さらに、この種の従来の建設機械が有している２つのモード間の切換えを利用するものであるので、構成は極めて簡素である。

次に、この発明の具体的な実施の形態について、ホイールローダを例にとって図面を参照しつつ説明する。ホイールローダは、図６を用いて説明したように、車体本体５１と、この車体本体５１から突設される作業機５２とを備え、エンジン出力を油圧力に変換して作業機５２を動作させるとともに、エンジン出力をトランスミッションを介して駆動輪７０に伝達して走行する。

図１に本発明に係る建設機械の制御装置の実施形態を示す簡略構成図を示す。図１に示すように、制御装置は、車体本体側コントローラ１と、エンジン側コントローラ２と、エンジン３等を備え、これらが上記車体本体５１に搭載される。また、車体本体側コントローラ１には、ＰモードとＮモードとの切換えを行うモード切換スイッチ４と、アクセル５と、車速検出手段２０としての車速センサ６等が接続されている。ここで、Ｐモードは本発明における第１のモードに相当し、エンジン３の最高回転数を所定の回転数とするモードであり、Ｎモードは本発明における第２のモードに相当し、エンジン３の最高回転数が上記所定の回転数よりも低い回転数に制限されるモードである（図３参照）。本実施形態においては、Ｎモードにおける最高回転数は、Ｐモードにおける最高回転数の約８０％に
制限している。

車体本体側コントローラ１は、エンジン側コントローラ２と接続されるとともに、モード切換スイッチ４と接続している。また、車体本体側コントローラ１にはアクセル５の開度信号と車速センサ６により検出される車速信号も入力する。車体本体側コントローラ１は、モード切換スイッチ４の選択位置と、アクセル開度信号と、車速信号とに基づいて、エンジン側コントローラ２に運転指令を送出する。

図２は車体本体側コントローラ１が送出する運転指令を示す図であり、図２に示すように、車体本体側コントローラ１は、モード切換スイッチ４によりＮモードが選択されているときには、エンジン側コントローラ２にＮモード運転指令を出力する。車体本体側コントローラ１は、モード切換スイッチ４によりＰモードが選択されている場合、車速が所定速度（本実施形態においてはＶ１）以下でかつアクセル５の開度が所定開度（本実施形態においては８０％）以上のときにはエンジン側コントローラ２にＮモード運転指令を送出し、車速が所定速度を超えているかまたはアクセル５の開度が所定開度に満たないときにはエンジン側コントローラ２にＰモード運転指令を送出する。

アクセル５の開度信号はエンジン側コントローラ２にも入力され、アクセル５の開度に応じてエンジン３の回転数が制限される。エンジン側コントローラ２は、アクセル開度に応じて、車体本体側コントローラ１からＰモード運転指令が出されている場合にはＰモードでエンジン３を制御し、Ｎモード運転指令が出されている場合にはＮモードでエンジン３を制御する。すなわち、車体本体側コントローラ１及びエンジン側コントローラ２は制御手段２１を構成し、この制御手段２１は、車速検出手段２０により検出される車速が所定速度以下でかつアクセル５の開度が所定開度以上のときには、モード切換スイッチ４により選択されたモードに関わらず、第２のモードで運転するよう制御する。

図３は本実施形態におけるトルク特性を示す図であり、横軸がエンジン回転数、縦軸がトルクを表す。図４は本実施形態における駆動力特性を示す図であり、横軸が車速、縦軸が駆動力を表す。

図３で、実線で示されるグラフ１０は、Ｐモードにおけるエンジントルクカーブであり、実線で示されるグラフ１１は、Ｎモードにおけるエンジントルクカーブである。Ｎモードにおける最高回転数は、Ｐモードにおける最高回転数の８０％に制限している。図３で、破線で示されるグラフはトランスミッションのトルクコンバータによって吸収されるトルク（以下、「トルコン吸収トルク」と記載する）を示し、グラフ１２は車速０でのトルコン吸収トルクカーブであり、グラフ１３は車速Ｖ１でのトルコン吸収トルクカーブである。また、グラフ２５は車速Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）でのトルコン吸収トルクカーブである。

図４で、実線で示されるグラフ１０ａはＰモードにおける駆動力特性カーブであり、実線で示されるグラフ１１ａはＮモードにおける駆動力特性カーブである。ところで、駆動輪７０のスリップ限界などによって設計的に適正な最大駆動力が定められ、この適正な最大駆動力によりエンジン３からトランスミッションに伝達される適正な最大トルクが決まる。この適正最大トルクを図３中に１点鎖線２６で示し、適正最大駆動力を図４に１点鎖線２６ａで示す。

図３に示すように、Ｐモード運転時においてアクセル全開時の車速Ｖ１におけるトルコン吸収トルクはグラフ１０とグラフ１３の交点ａ１でのトルクであるが、ａ１でのトルクが適正最大トルク程度となるように車速Ｖ１の値が決められている。また、Ｎモード運転時においてアクセル全開時の車速０におけるトルコン吸収トルクはグラフ１１とグラフ１２の交点ｂ０でのトルクであるが、交点ｂ０でのトルクが適正最大トルクを超えないようにされている。

Ｐモードを選択し、アクセル全開のまま土砂等のパイルを掘削・すくい込みする場合のトルコン吸収トルクの変化について、図３と図４を用いて説明する。当初車速Ｖ２で走行しているホイールローダは、パイルへの突進による走行負荷の増大に伴ない車速が徐々に低下しやがて停止する。アクセル開度は１００％を維持したままであるので、車速がＶ１まで低下した時点で上述の制限によりエンジン３の運転はＰモードからＮモードに切換る。したがって、図３と図４に示す矢印Ａで示すように、トルコン吸収トルクおよび駆動力はａ２からａ１を経てｂ０へと変化する。

したがって、トルコン吸収トルクは適正最大トルクを超えることがなく、駆動力が最大適正駆動力を超えることがないので、駆動輪７０が不要にスリップしたり、トランスミッション等に過大な負荷が作用することがない。また、トルク特性（または駆動力特性）の設定の自由度が高まるので、適切にトルク特性を設定することにより、駆動力、加速性が向上できる。

なお、Ｎモード運転時の最高回転数はＰモード運転時の最高回転数の約８０％であり、ＰモードからＮモードへの切換の条件の一つであるアクセル開度も８０％とほぼ一致させているので、アクセル５がどのような開度であってもトルコン吸収トルクは適正最大トルクを超えることがない。

本発明の効果をよりわかりやすくするため、上述と同様の状況で、本発明に係る上述の制御を行わない場合を想定する。この場合、エンジン３は車体が負荷により完全に停止するまでＰモードのまま運転され続け、図３を参照して説明すれば、トルコン吸収トルクはａ２からａ０へと変化することになる。ａ０でのトルコン吸収トルクは適正最大吸収トルクを超えているため、作業者がアクセル開度を小さくしない限り駆動輪７０は不要なスリップを起こしトランスミッション等にも過大な負荷が作用して、装置の損耗が早まることとなってしまう。

次に、第２の実施形態について説明する。図５は第２の実施形態におけるトルク特性を示す図であり、図３と同様に、横軸がエンジン回転数、縦軸がトルクを表す。第２実施形態においては、Ｎモード運転とＰモード運転とでエンジン３の最高回転数に違いはないが、Ｎモード運転時のトルクカーブをＰモード運転時のトルクカーブより低いものとしている点が上述の実施形態とは異なる。その他の構成および制御内容については、上述の第１の実施形態と同じであるので、説明を省略する。

図５において、実線で示されるグラフ１００は、Ｐモードにおけるエンジンカーブであり、実線で示されるグラフ１１１は、Ｎモードにおけるエンジントルクカーブである。Ｎモードにおける最高回転数は、Ｐモードにおける最高回転数の約８０％に制限している。グラフ１２０は車速０におけるトルコン吸収トルクカーブであり、グラフ１３０は車速Ｖ１でのトルコン吸収トルクカーブである。また、グラフ２５０は車速Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）でのトルコン吸収トルクカーブである。すなわち、この第２の実施形態においては、第１のモードは、エンジン３の第１のトルクカーブで運転するモードであり、第２のモードは、上記第１のトルクカーブよりも低い第２のトルクカーブで運転するモードである。なお、適正最大トルクは１点鎖線２６０で示される。

Ｐモードを選択し、アクセル全開のまま土砂等のパイルを掘削・すくい込みする場合のトルコン吸収トルクの変化について、図５を用いて説明する。当初車速Ｖ２で走行しているホイールローダは、パイルへの突進による走行負荷の増大に伴い車速が徐々に低下してやがて停止する。アクセル開度は１００％を維持したままであるので、車速がＶ１まで低下した時点で上述の制御によりエンジン３の運転はＰモードからＮモードに切換る。したがって、図５に矢印Ａ２で示すように、トルコン吸収トルクおよび駆動力はａ２２からａ１２を経てｂ０２へと変化する。

したがって、トルコン吸収トルクは適正最大トルクを超えることがなく、駆動力が最大適正駆動力超えることがないので、駆動輪７０が不要にスリップしたり、トランスミッション等に過大な負荷が作用することはない。また、トルク特性（または駆動力特性）の設定の自由度が高まるので、適切にトルク特性を設定することにより、駆動力、加速性が向上できる。

以上、ＰモードとＮモードとで最高回転数を変える場合の実施形態と、ＰモードとＮモードとでトルクカーブを変える場合の実施形態を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、たとえば、ＰモードとＮモードとで最高回転数とトルクカーブの両方を変えることによりエンジンの最大出力を変える場合においても、同様の効果を得ることができる。すなわち、第１のモードをエンジン３の最大出力を所定の出力とするモードとし、第２のモードをエンジン３の最大出力を上記所定の出力よりも低い出力に制限するモードとして、車速が所定速度以下でかつアクセル５の開度が所定開度以上のときには、モード切換スイッチ４により選択されたモードに関わらず、第２のモードで運転するよう制御するようにすればよい。また、ホイールローダを例に挙げて説明したが、これに限らず同
種の種々の建設機械が対象である。

本発明に係る建設機械の制御装置の実施形態を示す簡略構成図である。車体本体側コントローラが送出する運転指令を示す図である。本実施形態におけるトルク特性を示す図である。本実施形態における駆動力特性を示す図である。第２の実施形態におけるトルク特性を示す図である。ホイールローダの簡略図である。

Claims

エンジンの最大出力を所定の出力とする第１のモードと、
上記エンジンの最大出力を上記所定の出力よりも低い出力に制限する第２のモードとを有し、
上記複数のモードを作業者が選択するためのモード切換スイッチを備える建設機械であって、
上記エンジンの回転数を作業者が調節するためのアクセルと、
車速を検出するための車速検出手段と、
上記モード切換スイッチにより上記第１のモードが選択されている場合に、上記車速検出手段により検出される車速が所定速度以下でかつ上記アクセルの開度が所定開度以上のときには、上記モード切換スイッチにより選択されたモードに関わらず、上記第２のモードで運転するよう制御する制御手段とを備え、
上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力は、不要なスリップを起こさない適正最大駆動力を超えない値に設定されており、
上記所定速度及び上記所定開度は、上記第１のモードが選択されているときの駆動力が上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力を超えない値に設定されていること
を特徴とする建設機械。
エンジンの最高回転数を所定の回転数とする第１のモードと、
上記エンジンの最高回転数を上記所定の回転数よりも低い回転数に制限する第２のモードとを有し、
上記複数のモードを作業者が選択するためのモード切換スイッチを備える建設機械であって、
上記エンジンの回転数を作業者が調節するためのアクセルと、
車速を検出するための車速検出手段と、
上記モード切換スイッチにより上記第１のモードが選択されている場合に、上記車速検出手段により検出される車速が所定速度以下でかつ上記アクセルの開度が所定開度以上のときには、上記モード切換スイッチにより選択されたモードに関わらず、上記第２のモードで運転するよう制御する制御手段とを備え、
上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力は、不要なスリップを起こさない適正最大駆動力を超えない値に設定されており、
上記所定速度及び上記所定開度は、上記第１のモードが選択されているときの駆動力が上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力を超えない値に設定されていること
を特徴とする建設機械。
エンジンを第１のトルクカーブで運転する第１のモードと、
上記エンジンの上記第１のトルクカーブよりも低い第２のトルクカーブで運転する第２のモードとを有し、
上記複数のモードを作業者が選択するためのモード切換スイッチを備える建設機械であって、
上記エンジンの回転数を作業者が調節するためのアクセルと、
車速を検出するための車速検出手段と、
上記モード切換スイッチにより上記第１のモードが選択されている場合に、上記車速検出手段により検出される車速が所定速度以下でかつ上記アクセルの開度が所定開度以上のときには、上記モード切換スイッチにより選択されたモードに関わらず、上記第２のモードで運転するよう制御する制御手段とを備え、
上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力は、不要なスリップを起こさない適正最大駆動力を超えない値に設定されており、
上記所定速度及び上記所定開度は、上記第１のモードが選択されているときの駆動力が上記第２のモードが選択されているときの最大駆動力を超えない値に設定されていること
を特徴とする建設機械。