(57)【要約】【課題】アイソクロナス制御を行うように構成された油圧駆動装置において、エンジンの負荷が急激に増えた場合であっても、エンジンの排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）の発生を抑えることができる油圧駆動装置を提供する。【解決手段】油圧ポンプの可変容量制御を行って油圧ポンプの吐出油量を制御するポンプ制御手段と、エンジンの負荷によらずエンジンの回転数を所定の回転数に維持させる制御を行うエンジン制御手段とを備え、ポンプ制御手段は、エンジンの負荷が設定値Ｔｅを超えたときに、エンジンの負荷の増大に応じて油圧ポンプの吐出油量を増大させる制御を行うように構成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を受けて駆動される油圧アクチュエータと、
前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される作動油の供給制御を行う制御バルブと、
前記油圧ポンプの可変容量制御を行って前記油圧ポンプの吐出油量を制御するポンプ制御手段と、
前記エンジンの負荷によらず前記エンジンの回転数を所定の回転数に維持させる制御を行うエンジン制御手段とを備え、
前記ポンプ制御手段は、前記エンジンの負荷が所定値を超えたときに、前記エンジンの負荷の増大に応じて前記油圧ポンプの吐出油量を増大させる制御を行うように構成されることを特徴とする油圧駆動装置。
【請求項２】
前記ポンプ制御手段は、前記エンジンの負荷が前記所定値以下となったときに、前記油圧ポンプの吐出油量を増大させる前の吐出油量に戻す制御を行うように構成されることを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械等に搭載される油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーショベル等の作業機械は、一般的に原動機としてディーゼルエンジン（以下、単にエンジンとも称する）を備え、このエンジンにより油圧ポンプを駆動させ、油圧ポンプから吐出される作動油を供給して油圧アクチュエータ駆動させ、この油圧アクチュエータにより駆動される作業装置を用いて所要の作業を行うように構成されている。このような作業機械の油圧駆動装置では、エンジンにかかる負荷が増大してエンジンの回転数が減少すると、燃料噴射量を増やして所定の回転数を維持させる制御（アイソクロナス制御）を行うように構成され、操作者の操作フィーリングを向上させることができる油圧駆動装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４‐１９０５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなアイソクロナス制御を行うように構成された油圧駆動装置では、エンジンの負荷が急激に増えると、エンジンの回転数を所定の回転数に維持させるために、燃料噴射量を急激に増やす制御を行うようになっている。このとき、エンジンの燃焼室において一時的に酸素濃度が低くなるため、エンジンの排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）が増加するという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、アイソクロナス制御を行うように構成された油圧駆動装置において、エンジンの負荷が急激に増えた場合であっても、エンジンの排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）の発生を抑えることができる油圧駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る油圧駆動装置は、エンジンと、前記エンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を受けて駆動される油圧アクチュエータ（例えば、実施形態におけるブームシリンダ３５、アームシリンダ３６およびバケットシリンダ３７等）と、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される作動油の供給制御を行う制御バルブと、前記油圧ポンプの可変容量制御を行って前記油圧ポンプの吐出油量を制御するポンプ制御手段（例えば、実施形態における斜板制御アクチュエータ５５および制御装置４０）と、前記エンジンの負荷によらず前記エンジンの回転数を所定の回転数に維持させる制御を行うエンジン制御手段（例えば、実施形態における制御装置４０）とを備え、前記ポンプ制御手段は、前記エンジンの負荷が所定値を超えたときに、前記エンジンの負荷の増大に応じて前記油圧ポンプの吐出油量を増大させる制御を行うように構成される。
【０００７】
なお、上記構成の油圧駆動装置において、前記ポンプ制御手段は、前記エンジンの負荷が前記所定値以下となったときに、前記油圧ポンプの吐出油量を増大させる前の吐出油量に戻す制御を行うように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る油圧駆動装置によれば、エンジンの負荷によらずエンジンの回転数を所定の回転数に維持させる制御（アイソクロナス制御）を行うように構成された上で、エンジンの負荷が所定値を超えたときに、エンジンの負荷の増大に応じて油圧ポンプの吐出油量を増大させる制御を行うように構成されているため、エンジンの負荷の増大を緩やかにさせることができ、エンジンの負荷の急激な増大を抑えることができる。したがって、アイソクロナス制御において、エンジンの回転数を所定の回転数に維持させるために燃料噴射量を急激に増やす制御を行うことが低減されるため、エンジンの排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る油圧駆動装置を備えたパワーショベルの外観斜視図である。
【図２】上記パワーショベルにおける駆動制御構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る油圧駆動装置の構成を示す油圧回路図である。
【図４】本発明に係る油圧駆動装置におけるエンジン負荷率とポンプ出力の制御構成を説明するグラフである。
【図５】従来の油圧駆動装置におけるエンジン負荷率とポンプ出力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明に係る油圧駆動装置を備えるパワーショベル１を図１に示している。パワーショベル１は、走行可能に構成された走行装置１０と、走行装置１０の上部に水平旋回可能に設けられた旋回体２０と、旋回体２０の前部に設けられたショベル装置３０とを有して構成される。
【００１１】
走行装置１０は、駆動輪１１、従動輪１２およびこれら両輪に掛け回された履帯１３を有するクローラ機構１５を、車体フレーム１６の左右にそれぞれ設けて構成される。左右のクローラ機構１５，１５には、左右の駆動輪１１，１１を回転駆動する左走行モータ１７Ｌおよび右走行モータ１７Ｒが設けられており、左右の走行モータ１７Ｌ，１７Ｒの回転方向および回転速度を制御することにより任意の方向および速度で走行可能に構成されている。車体フレーム１６の後部には、上下揺動自在にブレード１８が設けられている。ブレード１８は、車体フレーム１６との間に跨設されたブレードシリンダ１９（図２を参照）を伸縮作動させることにより上下揺動可能に構成されている。
【００１２】
車体フレーム１６の中央上部には、旋回駆動機構（図示せず）を介して旋回体２０の本体フレーム２１が水平旋回自在に取り付けられている。本体フレーム２１は、旋回駆動機構における旋回モータ２２（図２を参照）を正転または逆転駆動させることにより、走行装置１０に対して右旋回方向（平面視における時計回り）または左旋回方向（平面視における反時計回り）に旋回可能に構成されている。本体フレーム２１の前部には、前方に突出する作業装置ブラケット２３が設けられており、この作業装置ブラケット２３の先端部にショベル装置３０が取り付けられている。
【００１３】
ショベル装置３０は、作業装置ブラケット２３に第１揺動ピン３４ａにより上下揺動自在（起伏自在）に取り付けられたブーム３１と、ブーム３１の先端部に第２揺動ピン３４ｂにより上下揺動自在（屈伸自在）に取り付けられたアーム３２と、アーム３２の先端部に第３揺動ピン３４ｃにより上下揺動自在に取り付けられたバケット３３とを有して構成されている。ブーム３１は、作業装置ブラケット２３とブーム３１の間に跨設されたブームシリンダ３５を伸縮作動させることにより上下面内において起伏作動可能に構成されている。アーム３２は、ブーム３１とアーム３２の間に跨設されたアームシリンダ３６を伸縮作動させることによりブーム３１に対して屈伸作動可能に構成されている。バケット３３は、アーム３２とバケット３３の間に跨設されたバケットシリンダ３７を伸縮作動させることによりリンク機構３８を介してアーム３２に対して揺動可能に構成されている。
【００１４】
旋回体２０の本体フレーム２１上には、作業者が搭乗するオペレータキャビン２５が設けられている。オペレータキャビン２５の内部には、作業者が着座するオペレータシート２６と、走行装置１０の作動操作を行う左右一対の走行操作レバー２７Ｌ，２７Ｒと、旋回体２０およびショベル装置３０の作動操作を行う左右の作業操作レバー２８Ｌ，２８Ｒとが設けられている。走行操作レバー２７Ｌ，２７Ｒおよび作業操作レバー２８Ｌ，２８Ｒはそれぞれ中立位置から前後左右に傾動操作可能に構成されている。各操作レバーがそれぞれ操作されると、中立位置を基準とした操作方向（傾動方向）および操作量（傾動量）に対応した電気信号が出力され、それぞれ作動操作信号として後述する制御装置４０に入力される。
【００１５】
オペレータキャビン２５後方の車体カバー２９内には、左右の走行モータ１７Ｌ，１７Ｒ、ブームシリンダ３５、アームシリンダ３６、バケットシリンダ２２およびブレードシリンダ１９に作動油を供給して駆動させる油圧駆動装置５０が設けられている。油圧駆動装置５０は、図２および図３に示すように、ディーゼルエンジンＥ（以下、単にエンジンＥとも称する）、油圧ポンプ５１、パイロット油圧ポンプ５２（以下、パイロットポンプ５２と称する）、リモコンバルブ群６０、制御バルブ群７０、斜板制御アクチュエータ５５および制御装置４０を有して構成される。
【００１６】
油圧ポンプ５１は、エンジンＥにより駆動される斜板式の可変容量型の油圧ポンプであり、その斜板の傾転角度（ポンプ容量）が斜板制御アクチュエータ５５により制御されて吐出油量（ポンプ出力）が可変制御されるように構成されている。斜板制御アクチュエータ５５は、制御装置４０から出力される制御信号に基づいて油圧ポンプ５１の斜板の傾転角度を制御するように構成されている。油圧ポンプ５１から吐出される作動油は制御バルブ群７０を介してブームシリンダ３５等の油圧アクチュエータにそれぞれ供給され、当該油圧アクチュエータが駆動される。
【００１７】
パイロットポンプ５２は、エンジンＥにより駆動される定容量型の油圧ポンプである。パイロットポンプ５２から吐出される作動油はリモコンバルブ群６０を介して制御バルブ群７０にパイロット油圧として供給され、制御バルブ群７０の各スプールが駆動される。
【００１８】
リモコンバルブ群６０は、各操作レバーの操作に応じて制御装置４０から出力される制御信号を受けて駆動される複数の電磁比例弁からなり、左走行操作レバー２７Ｌの傾動操作に応じて駆動される左走行リモコンバルブ６１Ｌと、右走行操作レバー２７Ｒの傾動操作に応じて駆動される右走行リモコンバルブ６１Ｒと、左右の作業操作レバー２８Ｌ，２８Ｒの傾動操作に応じて駆動されるブームリモコンバルブ６２、アームリモコンバルブ６３、バケットリモコンバルブ６４、旋回リモコンバルブ６５およびブレードリモコンバルブ６６とを有して構成される。各リモコンバルブ６１Ｌ〜６６は、各操作レバーの操作方向および操作量に応じて、パイロットポンプ５２から吐出される作動油をパイロット油圧として制御バルブ群７０に供給し、制御バルブ群７０の各スプールを駆動させる。なお、図３においては、左右の走行リモコンバルブ６１Ｌ，６１Ｒおよび旋回リモコンバルブ６５の図示は省略し、ブームリモコンバルブ６２、アームリモコンバルブ６３およびバケットリモコンバルブ６４のみを示している。
【００１９】
パイロットポンプ５２と各リモコンバルブを繋ぐ油路には、その油路から分岐して油タンクに繋がるリリーフ油路が設けられており、そのリリーフ油路に、パイロットポンプ５２から吐出されて各リモコンバルブに供給される油圧が所定圧（設定圧）を超えないように調整するリリーフ弁５７が設けられている。
【００２０】
制御バルブ群７０は、左走行リモコンバルブ６１Ｌからのパイロット油圧により駆動される左走行制御バルブ７１Ｌと、右走行リモコンバルブ６１Ｒからのパイロット油圧により駆動される右走行制御バルブ７１Ｒと、ブームリモコンバルブ６２からのパイロット油圧により駆動されるブーム制御バルブ７２と、アームリモコンバルブ６３からのパイロット油圧により駆動されるアーム制御バルブ７３と、バケットリモコンバルブ６４からのパイロット油圧により駆動されるバケット制御バルブ７４と、旋回リモコンバルブ６５からのパイロット油圧により駆動される旋回制御バルブ７５と、ブレードリモコンバルブ６６からのパイロット油圧により駆動されるブレード制御バルブ７６とを有して構成される。各制御バルブ７１Ｌ〜７６は、油圧ポンプ５１から各油圧アクチュエータに供給される作動油の供給方向および供給量を制御する。なお、図３においては、左右の走行制御バルブ７１Ｌ，７１Ｒ、旋回制御バルブ７５およびブレード制御バルブ７６の図示は省略し、ブーム制御バルブ７２、アーム制御バルブ７３およびバケット制御バルブ７４のみを示している。
【００２１】
制御装置４０は、走行操作レバー２７Ｌ，２７Ｒおよび作業操作レバー２８Ｌ，２８Ｒから入力される作動操作信号に応じた方向および量で対応するリモコンバルブ６１Ｌ〜６６を電磁駆動して制御バルブ７１Ｌ〜７６を駆動させて油圧ポンプ５１からの各モータ１７Ｌ，１７Ｒ，２２およびシリンダ３５〜３７，１９に供給される作動油の供給方向および供給量を制御し、各モータ１７Ｌ，１７Ｒ，２２およびシリンダ３５〜３７，１９の作動方向および作動速度を制御する。このように、走行モータ１７Ｌ，１７Ｒを回転駆動させて車両を走行させることができる。また、各シリンダ３５〜３７を伸縮駆動させてブーム３１、アーム３２およびバケット３３をそれぞれ揺動させ、旋回モータ２２を回転駆動させて旋回体２０を旋回させ、ブレードシリンダ１９を伸縮駆動させてブレード１８を揺動させて、地盤の掘削作業等を行うことができる。
【００２２】
なお、走行操作レバー２７Ｌ，２７Ｒおよび作業操作レバー２８Ｌ，２８Ｒの操作により出力される作動操作信号の電圧レベルはその操作量に略比例するようになっており、操作レバーの操作量を調節することにより対応する各モータ１７Ｌ，１７Ｒ，２２およびシリンダ３５〜３７，１９の作動速度を調節することができるようになっている。
【００２３】
また、制御装置４０は、上記のように各モータ１７Ｌ，１７Ｒ，２２およびシリンダ３５〜３７，１９を駆動させることにより、エンジンＥにかかる負荷が増大してエンジンＥの回転数が減少すると、燃料噴射量を増やして予め設定されている一定の回転数に維持させる制御（アイソクロナス制御）を行うように構成されている。さらに、制御装置４０は、図４に示すように、エンジン制御コントローラ（図示せず）からエンジンＥの負荷率（トルク負荷率）情報を読み取り、この負荷率Ｔが予め設定されている設定値Ｔｅ（例えば、負荷率３０％）以下のときには、斜板制御アクチュエータ５５により油圧ポンプ５１の傾転角度を制御して油圧ポンプ５１の吐出油量Ｖ（ポンプ出力）を予め設定されている設定値Ｖｅ（例えば、油圧ポンプ５１において可変制御可能なポンプ出力範囲における最小出力）に制御する。また、エンジンＥの負荷率Ｔが設定値Ｔｅを超えたときには、負荷率Ｔの増大に応じて（負荷率Ｔの増大に併せて）油圧ポンプ５１の吐出油量Ｖを増大させる制御を行うように構成されている。
【００２４】
また、制御装置４０は、エンジンＥの負荷率Ｔの増大に応じて油圧ポンプ５１の吐出油量Ｖを設定値Ｖｅよりも増大させた状態において、エンジンＥの負荷率Ｔが設定値Ｔｅ以下に低下した場合には、油圧ポンプ５１の吐出油量Ｖを設定値Ｖｅに戻す制御を行うようになっている。
【００２５】
このように油圧駆動装置５０では、エンジンＥの負荷率によらずエンジンＥの回転数を所定の回転数に維持させる制御（アイソクロナス制御）を行うように構成された上で、エンジンＥの負荷率Ｔが設定値Ｔｅを超えたときに、エンジンＥの負荷率Ｔの増大に応じて油圧ポンプ５１の吐出油量Ｖ（ポンプ出力）を増大させる制御を行うように構成されている。そのため、図５に示すように油圧ポンプの出力を可変制御可能なポンプ出力範囲における最大出力に固定設定されている従来の構成よりも、エンジンＥの負荷率Ｔの増大を緩やかにさせることができ、エンジンＥの負荷率Ｔの急激な増大を抑えることができる。したがって、アイソクロナス制御において、エンジンＥの回転数を所定の回転数に維持させるために燃料噴射量を急激に増やす制御を行うことが低減されるため、エンジンＥの排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）の発生を抑えることができる。
【００２６】
これまで、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、本発明に係る油圧駆動装置を備えたパワーショベルについて説明したが、本発明は、パワーショベル以外の作業機械、例えばショベルローダ、油圧クレーン等の作業機械においても搭載することが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
Ｅ  ディーゼルエンジン
３５  ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
３６  アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
３７  バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
４０  制御装置（ポンプ制御手段、エンジン制御手段）
５１  油圧ポンプ
５５  斜板制御アクチュエータ（ポンプ制御手段）
７０  制御バルブ群（制御バルブ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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