(57)【要約】【課題】エンジンにより駆動する可変容量型の油圧ポンプを備えた作業用機械において、負荷が増大した場合に、ポンプ吐出圧の上昇の伴いポンプ流量が減少することで、油圧アクチュエータの作動速度が遅くなってしまうことを回避する。【解決手段】油圧ポンプ１に、機械的なトルク伝達機構３を介して油圧モータ４を連結する一方、該油圧モータ４の吸入側にアキュムレータ６を接続して、該アキュムレータ６からの油圧供給により油圧モータ４に発生するトルクを油圧ポンプ１に供給可能に構成すると共に、前記アキュムレータ６から油圧モータ４への油圧供給油路７を開度量調整自在に開閉する制御弁１１と、該制御弁１１を負荷に応じて制御する制御部１２とを設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、該エンジンから供給されるトルクにより駆動する可変容量型の油圧ポンプとを備えた作業用機械において、前記油圧ポンプに機械的なトルク伝達機構を介して油圧モータを連結する一方、該油圧モータの吸入側に油圧供給手段を接続して、該油圧供給手段からの油圧供給により油圧モータに発生するトルクを前記油圧ポンプに供給可能に構成すると共に、負荷に応じて前記油圧モータから油圧ポンプへの供給トルクを制御するべく油圧供給手段から油圧モータへの油圧供給を制御する制御手段を設けたことを特徴とする作業用機械における油圧ポンプの制御システム。
【請求項２】
制御手段は、エンジンの最大出力運転時に、エンジン回転数を予め設定される目標回転数に保持するべく、該目標回転数とエンジン回転数検出手段により検出されるエンジン回転数との差に応じて、前記油圧供給手段から油圧モータへの油圧供給を制御して油圧モータから油圧ポンプにトルクを供給することを特徴とする請求項１に記載の作業用機械における油圧ポンプの制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業用機械における油圧ポンプの制御システムの技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル等の作業用機械には、各種油圧アクチュエータの油圧供給源として、エンジンからの供給トルクにより駆動する可変容量型の油圧ポンプが搭載されている。この様な油圧ポンプの制御装置としては、従来、油圧ポンプの容量制御手段に、操作レバー等の操作具の操作量に応じた信号圧と、ポンプ吐出圧と、油圧ポンプがエンジンから吸収するポンプ吸収トルクを制御する信号圧（パワーシフト圧）とを入力し、これら容量制御手段への入力圧力に基づいて、油圧ポンプの吐出流量制御を行なうように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このように構成されたものでは、パワーシフト圧によってポンプ出力が制御されると共に、ポンプ吐出圧に基づく定馬力制御によって、ポンプ吐出圧が高い場合にはポンプ流量を小さくし、また、ポンプ吐出圧が低い場合にはポンプ流量を大きくするように制御され、これにより、エンジン出力を充分に活用できると共に、ポンプ所要動力がエンジン出力を上回ってエンジンが停止してしまうことを防止できるようになっている。
さらに、前記特許文献１のものには、エンジン回転数を目標回転数（定格回転数付近の回転数）にキープさせるための制御として、エンジン回転数検出手段により検出されるエンジン回転数に基づいて、ポンプ吸収トルクを制御する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２８０２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記従来の油圧ポンプ制御装置では、作業中に負荷が増大してポンプ吐出圧が上昇した場合には、ポンプ所要動力がエンジン出力を上回らないように、油圧ポンプの流量を減少させる制御が行なわれるもとになるが、この制御により油圧ポンプの流量が減少すると、操作レバー等の操作具の操作量が同じであっても、油圧ポンプから圧油供給される油圧アクチュエータの作動速度が遅くなる。このため、操作具の操作量と油圧アクチュエータの作動速度との関係が、ポンプ吐出圧により異なることになって、オペレータが油圧アクチュエータの作動速度を予測しにくく、操作性に劣るという問題がある。
さらに、ポンプ吐出圧が急激に上昇した場合、容量可変手段への信号圧の入力によりポンプ流量を制御する従来のものでは、どうしても油圧ポンプに応答遅れが生じてエンジンにかかる負荷が一時的に大きくなり、これによりエンジン回転数が一時的に降下するが、該降下したエンジン回転数を元の回転数まで復帰させるまでの間、燃料噴射量が増大して燃費が悪くなるという問題があり、これらに本発明が解決しようとする課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、エンジンと、該エンジンから供給されるトルクにより駆動する可変容量型の油圧ポンプとを備えた作業用機械において、前記油圧ポンプに機械的なトルク伝達機構を介して油圧モータを連結する一方、該油圧モータの吸入側に油圧供給手段を接続して、該油圧供給手段からの油圧供給により油圧モータに発生するトルクを前記油圧ポンプに供給可能に構成すると共に、負荷に応じて前記油圧モータから油圧ポンプへの供給トルクを制御するべく油圧供給手段から油圧モータへの油圧供給を制御する制御手段を設けたことを特徴とする作業用機械における油圧ポンプの制御システムである。
請求項２の発明は、制御手段は、エンジンの最大出力運転時に、エンジン回転数を予め設定される目標回転数に保持するべく、該目標回転数とエンジン回転数検出手段により検出されるエンジン回転数との差に応じて、前記油圧供給手段から油圧モータへの油圧供給を制御して油圧モータから油圧ポンプにトルクを供給することを特徴とする請求項１に記載の作業用機械における油圧ポンプの制御システムである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１の発明とすることにより、油圧ポンプには、エンジンからだけでなく、油圧モータからもトルクを供給できることになり、而して、負荷が増大した場合に、油圧モータからのトルクを油圧ポンプに供給してポンプ出力を増大させることで、ポンプ吐出圧が上昇してもポンプ流量を減少させることなく負荷に対応できることになる。これにより、油圧アクチュエータの作動速度がポンプ吐出圧により異なってしまうような不具合をなくすことができて、操作性を向上させることができると共に、エンジン出力を越える重負荷の作業であっても、効率良く行うことができる。しかも、油圧供給手段から油圧モータに油圧供給することで油圧モータから油圧ポンプにトルクを供給する制御は、油圧ポンプの容量可変手段に信号圧を入力する従来の制御よりも応答性に優れるため、負荷が急激に増加した場合に一時的に降下するエンジン回転数の降下量を少なくすることができ、而して、降下したエンジン回転数が元の回転数まで復帰するまでの燃料消費量を少なくすることができて、低燃費化に貢献できる。
請求項２の発明とすることにより、エンジンの最大出力時に負荷が増加しても、油圧モータから油圧ポンプにトルクが供給されることで、ポンプ流量を減少させることなく負荷の増加に対応できることになり、よって、操作性が向上すると共に、エンジンの最大出力を越える重負荷の作業を効率よく行なうことができる。しかも、油圧モータから油圧ポンプにトルク供給する制御は応答性に優れるから、エンジン回転数はブレの少ない状態で目標回転数に保持されることになり、而して、安定した状態でエンジンを最大出力で運転させることができると共に、負荷の増大により降下したエンジン回転数を目標回転数に復帰させるまでの燃料消費量を低減することができて、低燃費化に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、Ａは油圧ショベル等の作業用機械に設けられる各種油圧アクチュエータ（油圧シリンダ、油圧モータ等）、１はこれら油圧アクチュエータＡの油圧供給源になる可変容量型の油圧ポンプであって、該油圧ポンプ１は、エンジンＥから供給されるトルクにより駆動すると共に、容量可変手段２を備えて構成されている。また、Ｃは前記油圧ポンプ１から油圧アクチュエータＡに至る油路に配されるコントロールバルブユニットであって、該コントロールバルブユニットＣには、各油圧アクチュエータＡ用の操作具（操作レバー、操作ペダル、ハンドル等）操作に基づいて油圧アクチュエータＡに対する油給排制御をそれぞれ行なうコントロールバルブ（図示せず）が組み込まれている。
【０００７】
さらに、前記油圧ポンプ１には、ギア等の機械的なトルク伝達機構３を介して、油圧モータ４が連結されている。該油圧モータ４の吸入側ポート４ａに接続される吸入側油路５には、アキュムレータ６（本発明の油圧供給手段に相当する）から油圧が供給される油圧供給油路７が連結される一方、油圧モータ４の排出側ポート４ｂには、油タンク８に至るタンク油路９が接続されている。さらに、前記吸入側油路５には、チェック弁１０を介して油タンク８およびタンク油路９が接続されているが、上記チェック弁１０は、油タンク８およびタンク油路９から吸入側油路５への油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するように設定されている。
【０００８】
一方、１１は前記油圧供給油路７に配される制御弁であって、該制御弁１１は、後述する制御部１２から出力される制御信号に基づいて、アキュムレータ６から油圧モータ４の吸入側ポート４ａへの圧油供給を制御するべく、油圧供給油路７を開度量調整自在に開閉する。而して、該制御弁１１が油圧供給油路７を開く開位置Ｘに位置している状態では、アキュムレータ６に蓄圧された圧油が制御弁１１を介して油圧モータ４の吸入側ポート４ａに供給され、これにより油圧モータ４にトルクが発生する。そして、該油圧モータ４から出力されたトルクは、トルク伝達機構３を介して、前記油圧ポンプ１に供給される構成になっていると共に、該油圧モータ４から油圧ポンプ１に供給されるトルクは、前記制御弁１１の開度量調整によって、増減制御されるようになっている。一方、制御弁１１が油圧供給油路７を閉じる閉位置Ｎに位置している状態では、アキュムレータ６から油圧モータ４の吸入側ポート４ａに圧油供給されることなく、油圧モータ４はトルクを出力せずに空転するが、この場合、油圧モータ４の吸入側ポート４ａには、チェック弁１０を介して油タンク８或いは排出油路９の油が供給されるようになっている。尚、前記制御弁１１および制御部１２は、本発明の制御手段を構成する。
【０００９】
前記制御部１２は、図２のブロック図に示す如く、エンジンＥの回転数（回転速度）を検出するエンジン回転数センサ１３（本発明のエンジン回転数検出手段に相当する）、後述するアクセルダイヤル１４のダイヤル値Ｄを入力し、これら入力信号に基づいて、前記制御弁１１および油圧ポンプ１の容量可変手段２を制御する。
【００１０】
前記アクセルダイヤル１４は、オペレータが作業内容等に応じて無負荷時のエンジン回転数を任意に設定するための設定操作具であって、複数段階のポジション（例えば、「１」〜「１０」の１０段階のポジション）のダイヤル値Ｄが設けられており、該アクセルダイヤル１４のダイヤル値Ｄによって、複数段階の無負荷時エンジン回転数を設定できるようになっている。この場合、アクセルダイヤル１４のダイヤル値Ｄが小さくなるほど、設定される無負荷時エンジン回転数は遅くなる。そして、該アクセルダイヤル１４のダイヤル値Ｄはエンジンコントローラ（図示せず）に入力され、該ダイヤル値Ｄにより設定される各無負荷時エンジン回転数に対応するエンジン回転数−出力特性に基づいて、エンジンＥの燃料噴射量制御が行なわれるが、アクセルダイヤル１４のダイヤル値Ｄは、前述したように、制御部１２にも入力されるようになっている。
【００１１】
また、容量可変手段２は、油圧ポンプ１の吐出流量を制御するべくポンプ容量を可変せしめる手段であるが、該容量可変手段２には、油圧アクチュエータＡ用の操作具操作量に対応する信号圧（例えば、コントロールバルブのセンタバイパス流量から導かれるネガティブコントロール信号圧や、操作具操作量を電気的に検出する操作具検出センサの検出値に基づいて出力される信号圧等）Ｐａと、油圧ポンプ１の吐出圧（ポンプ吐出圧）Ｐｐと、前記アクセルダイヤル１４のダイヤル値Ｄに基づいて設定されるポンプ吸収トルクを制御するパワーシフト圧Ｐｓとが入力されるようになっている。
【００１２】
次いで、前記制御部１２の行なう制御について説明するが、該制御部１２による制御が実行されるのは、本実施の形態では、アクセルダイヤル１４が最も大きいダイヤル値Ｄ（以下、最大ダイヤル値Ｄｍと称する）にセットされている場合であって、該最大ダイヤル値Ｄｍ以外のダイヤル値Ｄにセットされている場合には、制御部１２による制御は実行されない。尚、前記最大ダイヤル値Ｄｍは、エンジンＥを最大出力で運転するときにセットされるダイヤル値であって、例えば、油圧ショベルで掘削作業や積込作業等を行う場合等、オペレータが最も多く選択するダイヤル値である。
【００１３】
扨、アクセルダイヤル１４が最大ダイヤル値Ｄｍにセットされている場合、制御部１２は、エンジンＥの回転数を予め設定される目標回転数Ｎｔに保持するように、前記アキュムレータ６から油圧モータ４への油圧供給を制御する。ここで、前記目標回転数Ｎｔは、エンジンＥが安定した状態で最大馬力を出力するために予め設定されるエンジン回転数であって、例えば、定格回転数よりも僅かに（例えば２０ｒｐｍ程度）遅い回転数が設定される（図３参照）。
【００１４】
前記制御部１２の制御について、図４のフローチャート図に基づいて説明すると、制御部１２は、まず、エンジン回転数センサ１３から入力されるエンジンＥの現在の回転数Ｎａ（以下、実回転数Ｎａと称する）が、前記目標回転数Ｎｔよりも小さいか否か（Ｎａ＜Ｎｔ？）を判断する（ステップＳ１）。
【００１５】
前記ステップＳ１の判断により、「ＹＥＳ」、つまり、実回転数Ｎａが目標回転数Ｎｔより小さい（Ｎａ＜Ｎｔ）と判断された場合、制御部１２は、前記制御弁１１に対し、開位置Ｘに位置するように制御信号を出力する。これにより、アキュムレータ６に蓄圧された圧油が制御弁１１を介して油圧モータ４の吸入側ポート４ａに供給されて、油圧モータ４にトルクが発生すると共に、該油圧モータ４から出力されたトルクは、トルク伝達機構３を介して油圧ポンプ１に供給される。この場合、制御部１２は、エンジンＥの目標回転数Ｎｔと実回転数Ｎａとの差を求め、該回転数の差が大きいほど油圧モータ４から油圧ポンプ１に供給されるトルクが大きくなるように、つまり、アキュムレータ６から油圧モータ４への供給流量が多くなるように、制御弁１１の開度量を調整する（ステップＳ２）。これにより、油圧ポンプ１には、エンジンＥからだけでなく、油圧モータ４からもトルク供給されることになって、エンジンＥにかかる負荷が小さくなり、これによりエンジン回転数は上昇する。
【００１６】
一方、前記ステップＳ１の判断により、「ＮＯ」、つまり、実回転数Ｎａが目標回転数Ｎｔ以上である（Ｎａ≧Ｎｔ）と判断された場合、制御部１２は、前記制御弁１１に対し、閉位置Ｎに位置するように制御信号を出力する（ステップＳ３）。これにより、アキュムレータ６の蓄圧油が油圧モータ４に供給されることなく、つまり、油圧モータ４から油圧ポンプ１にトルクが供給されることなく、油圧ポンプ１には、エンジンＥからのトルクのみが供給されるようになっている。
【００１７】
つまり、油圧ポンプ１の出力が増加すると、これに伴いエンジンＥにかかる負荷が大きくなってエンジン回転数は低下するが、エンジンＥの実回転数Ｎａが目標回転数Ｎｔよりも小さくなると、前述したように油圧モータ４から油圧ポンプ１にトルクが供給され、これによりエンジンＥにかかる負荷が小さくなって、エンジン回転数が上昇する。この場合、エンジンＥの目標回転数Ｎｔと実回転数Ｎａとの差が大きいほど、油圧モータ４から油圧ポンプ１に供給されるトルクが大きくなるように制御される。一方、エンジン回転数が上昇して実回転数Ｎａが目標回転数Ｎｔ以上になると、油圧モータ４から油圧ポンプ１へのトルク供給は停止される。この様に、実回転数Ｎａと目標回転数Ｎｔとの差に応じて油圧モータ４から油圧ポンプ１に供給されるトルクを制御することによって、エンジン回転数は、目標回転数Ｎｔ、つまりエンジンＥが最大馬力を出力するエンジン回転数に保持されるようになっている。
【００１８】
さらに、前述したエンジンＥの回転数を目標回転数Ｎｔに保持する制御が行なわれている場合、制御部１２は、油圧ポンプ１の容量可変手段２を、前述した操作具の操作量に対応する信号圧Ｐａとポンプ吐出圧Ｐｐとパワーシフト圧Ｐｓとのうち、操作具操作量に対応する信号圧Ｐａに基づいた容量制御は行なうが、ポンプ吐出圧Ｐｐおよびパワーシフト圧Ｐｓによる容量制御は行なわないように制御する。これにより、ポンプ吐出圧Ｐｐに拘わらず、油圧ポンプ１の吐出流量は、操作具の操作量の増減に対応して増減するように制御される。
【００１９】
一方、前述したように、アクセルダイヤル１４が最大ダイヤル値Ｄｍ以外のダイヤル値Ｄにセットされている場合は、制御部１２による制御は実行されないが、この場合には、制御弁１１は、常時閉位置Ｎに位置するように制御される。これにより、油圧モータ４から油圧ポンプ１へのトルク供給はなく、油圧ポンプ１には、エンジンＥからのトルクのみが供給されるようになっている。
【００２０】
また、最大ダイヤル値Ｄｍ以外のダイヤル値Ｄにセットされている場合、油圧ポンプ１の容量可変手段２は、前述した操作具の操作量に対応する信号圧Ｐａとポンプ吐出圧Ｐｐとパワーシフト圧Ｐｓとに基づいて、容量制御を行なう。これにより、油圧ポンプ１は、操作具操作量が少ない場合には、該操作具操作量に対応する信号圧Ｐａによって、操作具操作量の増減に対応してポンプ流量が増減するように制御される。また、操作具がフル操作された場合や複数の操作具が操作された場合には、ポンプ馬力を一定に保持するように、予め設定された吐出圧−ポンプ容量特性曲線（図５参照）に従って、ポンプ吐出圧Ｐｐが高くなるほどポンプ容量が減少するように制御される。さらに、前記吐出圧−ポンプ容量曲線は、パワーシフト圧Ｐｓによって、アクセルダイヤル１４のダイヤル値Ｄに応じてシフトするようになっている（図５参照）。
【００２１】
叙述の如く構成された本形態において、作業用機械には、エンジンＥにより駆動して各種油圧アクチュエータＡに圧油供給する油圧ポンプ１が設けられているが、該油圧ポンプ１には、機械的なトルク伝達機構３を介して油圧モータ４が連結されていると共に、該油圧モータ４の吸入側油路５には、アキュムレータ６から油圧が供給される油圧供給油路７が接続されており、而して、アキュムレータ６から油圧が供給されることで油圧モータ４に発生するトルクを、トルク伝達機構３を介して油圧ポンプ１に供給できることになる。さらに、前記油圧供給油路７には、制御部１２からの制御信号に基づいて油圧供給油路７を開度量調整自在に開閉する制御弁１１が配されており、そして、該制御弁１１によりアキュムレータ６から油圧モータ４への油圧供給を制御することによって、油圧モータ４から油圧ポンプ１への供給トルクを制御できることになる。
【００２２】
この結果、油圧ポンプ１には、エンジンＥから供給されるトルクだけでなく、油圧モータ１からのトルクも供給できることになり、而して、負荷が増大した場合に、油圧モータ１からの供給トルクを油圧ポンプ１に供給することによって、ポンプ出力をエンジン出力よりも大きくすることができる。これにより、負荷が増大してポンプ吐出圧が上昇しても、ポンプ出力がエンジン出力を上回らないようにポンプ流量を減少させる制御を行なう必要がなく、操作レバー等の操作具の操作量に対応したポンプ流量にすることができ、よって、油圧アクチュエータＡの作動速度がポンプ吐出圧により異なってしまうような不具合をなくすことができて、操作性を向上させることができると共に、エンジン出力を越える重負荷の作業であっても、効率良く行うことができる。
【００２３】
しかも、前記アキュムレータ６から油圧モータ４に油圧供給することで油圧モータ４から油圧ポンプ１にトルクを供給する制御は、油圧ポンプ１の容量可変手段２に信号圧を入力する従来の制御よりも応答性に優れるため、負荷が急激に増加した場合に一時的に降下するエンジン回転数の降下量を少なくすることができ、而して、降下したエンジン回転数が元の回転数まで復帰するまでの燃料消費量を少なくすることができて、低燃費化に貢献できる。
【００２４】
さらに、本実施の形態では、前記油圧モータ４から油圧ポンプ１に供給されるトルクを、エンジンＥの最大出力運転時に用いるように構成されている。つまり、制御部１２は、エンジンＥの最大出力運転時に、エンジン回転数を予め設定される目標回転数Ｎｔに保持するべく、該目標回転数Ｎｔとエンジン回転数センサ１３により検出されるエンジンＥの実回転数Ｎａとの差に応じて、アキュムレータ６から油圧モータ４への油圧供給を制御する。而して、エンジンＥの最大出力時に負荷が増加しても、油圧モータ４から油圧ポンプ１にトルクが供給されることで、ポンプ流量を減少させることなく負荷の増加に対応できることになり、よって、操作性が向上すると共に、エンジンＥの最大出力を越える重負荷の作業を効率よく行なうことができる。しかも、この油圧モータ４から油圧ポンプ１にトルク供給する制御は、前述したように応答性に優れるから、エンジン回転数はブレの少ない状態で目標回転数Ｎｔに保持されることになり、而して、安定した状態でエンジンＥを最大出力で運転させることができると共に、負荷の増大により降下したエンジン回転数を目標回転数Ｎｔに復帰させるまでの燃料消費量を少なくでき、低燃費化に貢献できる。
【００２５】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、上記実施の形態では、アクセルダイヤル１４が最大ダイヤル値Ｄｍにセットされているときに、エンジン回転数を目標回転数Ｎｔに保持するべく油圧モータ４から油圧ポンプ１にトルクが供給される制御とする構成になっているが、これに限定されることなく、例えば、作業用機械の行なう作業内容に応じて作業モードを設定できる作業モード設定手段が設けられているものにおいて、該作業モード設定手段により設定される作業モードに応じて、油圧モータ４から油圧ポンプ１にトルクを供給する構成にすることもできる。
さらに、作業中にオペレータが馬力不足を感じたような場合に、スイッチ等の操作に基づいて、オペレータの任意で油圧モータ４から油圧ポンプ１へのトルク供給を行なうことができるように構成することもできる。
【００２６】
また、前記実施の形態では、油圧供給手段としてアキュムレータ６が用いられているが、該アキュムレータ６に、例えば、油圧ショベルにおいて、ブームの下降時にブームシリンダのヘッド側油室から排出される高圧の油を蓄圧する構成にすることにより、ブームシリンダからの排出油を回収、再利用できることになる。また、油圧供給手段としては、アキュムレータに限定されることなく、例えば、前述したブームシリンダのヘッド側油室から排出される高圧油を、そのまま油圧供給手段として用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】作業用機械の油圧回路図である。
【図２】制御部の入出力を示す図である。
【図３】エンジン回転数−出力特性を示す図である。
【図４】（Ａ）は制御部による制御を示すフローチャート図、（Ｂ）はタイミングチャート図である。
【図５】吐出圧−ポンプ容量特性曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    油圧ポンプ
３    トルク伝達機構
４    油圧モータ
５    吸入側油路
６    アキュムレータ
１１  制御弁
１２  制御部
１３  エンジン回転数センサ
Ｅ    エンジン
【図１】
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【図２】
2010043713.tif 000004
【図３】
2010043713.tif 000005
【図４】
2010043713.tif 000006
【図５】
2010043713.tif 000007