(57)【要約】【課題】馬力制御を行う可変容量型ポンプと、可変リリーフ弁によってポンプ圧が制御される固定容量型ポンプを備えた建設機械において、可変リリーフ弁の設定圧力の上昇によるオーバートルクの発生を防止する。【解決手段】固定容量型のドーザポンプ１３のポンプ回路に可変リリーフ弁２２を設け、この可変リリーフ弁２２の設定圧力を、ドーザポンプ１３を油圧源とするドーザシリンダ１６の操作時に、予め設定された設定値まで、予め設定された遅延時間をもって増加させるリリーフ圧漸増制御を行うように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容量型の油圧ポンプと固定容量型の油圧ポンプを含む複数の油圧ポンプと、全油圧ポンプの動力源としてのエンジンと、上記固定容量型の油圧ポンプのポンプ回路に設けられた可変リリーフ弁と、制御手段を具備し、この制御手段は、全油圧ポンプの合計のポンプ圧に応じてトータルのポンプ馬力を一定に保つ馬力一定制御を行うとともに、上記固定容量型の油圧ポンプを油圧源とする特定油圧アクチュエータの操作時に、上記可変リリーフ弁の設定圧力を、予め設定された設定値まで、予め設定された遅延時間をもって増加させるリリーフ圧漸増制御を行うように構成したことを特徴とする建設機械の油圧ポンプ制御装置。
【請求項２】
下部走行体上に上部旋回体が旋回自在に搭載されるとともに、上記下部走行体にドーザシリンダによって昇降駆動されるドーザが設けられ、上記ドーザシリンダの油圧源となるドーザポンプとして固定容量型ポンプ、他の油圧アクチュエータの油圧源として可変容量型ポンプがそれぞれ用いられた建設機械のポンプ制御装置において、上記ドーザポンプのポンプ回路に上記可変リリーフ弁を設け、上記制御手段は、上記ドーザシリンダを上記特定油圧アクチュエータとして、上記リリーフ圧漸増制御を行うように構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧ポンプ制御装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記リリーフ圧漸増制御の遅延時間を、減馬力制御として上記可変容量型の油圧ポンプの傾転を変化させるのに要する時間に合わせて設定したことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の油圧ポンプ制御装置。
【請求項４】
上記制御手段は、エンジン回転数が設定値未満の低回転数のときに上記リリーフ圧漸増制御を行い、エンジン回転数が設定値以上の高回転数のときは、上記可変リリーフ弁の設定圧力を、上記リリーフ圧漸増制御のときよりも短時間で上記設定値まで増加させるリリーフ圧急増制御を行うように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の油圧ポンプ制御装置。
【請求項５】
上記制御手段は、上記リリーフ圧急増制御として、上記可変リリーフ弁の設定圧力を遅延時間無しで上記設定値まで増加させるように構成したことを特徴とする請求項４記載の建設機械の油圧ポンプ制御装置。
【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建設機械において、可変容量型油圧ポンプによる馬力一定制御を行う油圧ポンプ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ショベルを例にとって背景技術を説明する。
【０００３】
ショベルは、図７に示すようにクローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が地面に対して鉛直となる軸のまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に、ブーム３、アーム４、バケット５、及びこれら駆動するブーム、アーム、バケット各シリンダ６，７，８を有する作業アタッチメント９が取付けられて成っている。
【０００４】
また、下部走行体１にドーザ１０が装着される。このドーザ１０は、図示しないドーザシリンダによって昇降駆動され、接地状態で走行しながら地面を平らにする地均し作業や、土を押して運ぶ土運び作業等を行う。
【０００５】
ここで、ドーザシリンダの油圧源となるドーザポンプは、ドーザ作業の独立性を担保する等の理由から、他のポンプ、すなわち下部走行体１を走行駆動する走行モータ、上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ、及び作業アタッチメント９の各動作のための油圧アクチュエータ(ブーム、アーム、バケット各シリンダ６〜８)の油圧源となるポンプとは別ポンプとされる(特許文献１参照)。
【０００６】
この場合、一般に、上記他のポンプにはポンプレギュレータによって傾転(吐出流量)が制御される可変容量型の油圧ポンプ、ドーザポンプには安価なギヤポンプ等の固定容量型の油圧ポンプが用いられる。
【０００７】
また、ドーザポンプのポンプ回路には他のポンプ回路と同様に圧力一定の固定リリーフ弁が設けられ、ドーザ操作時にこの固定リリーフ弁の設定圧力を回路の最高圧力としてドーザ作業が行われる。
【０００８】
一方、ショベルにおいては、一般に、全油圧ポンプの合計のポンプ圧に応じてトータルのポンプ馬力を一定に保つ馬力一定制御が行われる。
【０００９】
この馬力一定制御を行うショベルでは、ドーザポンプのポンプ圧を含む全ポンプ圧からトータルのポンプ馬力を求め、これに応じて可変容量型ポンプ(他のポンプ)の傾転を変化させてポンプトルクがエンジンの許容馬力を超えないように制御することになる。
【００１０】
従って、ドーザを備え、かつ、馬力一定制御を行うショベルにおいては、ドーザ操作時に、トータルのポンプ馬力が設定値を超えるおそれがある場合に、ドーザポンプのポンプ圧の上昇に応じて可変容量型ポンプの減馬力制御を行う必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭５８−２４０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、可変容量型ポンプの傾転変化は物理的な動きを伴うため、ドーザ操作時点と、減馬力制御のための傾転変化終了時点とに時間的な遅れが生じる。
【００１３】
このため、ドーザ急操作によりドーザポンプ圧が急上昇すると傾転制御(減馬力制御)が間に合わずに、瞬間的に合計のポンプ馬力が設定値を超える「オーバートルク」が発生するおそれがある。
【００１４】
とくに、エンジン回転数が低くてエンジントルクに余裕がない状況で上記のようにドーザポンプトルクが急増すると、上記オーバートルクによってエンストが発生するおそれが高くなる。
【００１５】
そこで本発明は、馬力制御を行う可変容量型ポンプと固定容量型ポンプを備えた建設機械において、固定容量型ポンプのポンプ圧の上昇によるオーバートルクの発生を防止することができる建設機械の油圧ポンプ制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決する手段として、本発明においては、可変容量型の油圧ポンプと固定容量型の油圧ポンプを含む複数の油圧ポンプと、全油圧ポンプの動力源としてのエンジンと、上記固定容量型の油圧ポンプのポンプ回路に設けられた可変リリーフ弁と、制御手段を具備し、この制御手段は、全油圧ポンプの合計のポンプ圧に応じてトータルのポンプ馬力を一定に保つ馬力一定制御を行うとともに、上記固定容量型の油圧ポンプを油圧源とする特定油圧アクチュエータの操作時に、上記可変リリーフ弁の設定圧力を、予め設定された設定値まで、予め設定された遅延時間をもって増加させるリリーフ圧漸増制御を行うように構成したものである。
【００１７】
この構成によれば、固定容量型ポンプ(請求項２ではドーザポンプ)を油圧源とする特定油圧アクチュエータ(同、ドーザシリンダ)の操作時に、可変リリーフ弁の設定圧力を設定値まで、設定された遅延時間をもって緩やかに増加させるため、固定容量型ポンプのポンプ圧も緩やかに上昇させることができる。
【００１８】
これにより、特定油圧アクチュエータが急操作されても、馬力制御のための可変容量型ポンプの傾転変化が十分間に合う(ポンプ圧の上昇に対する傾転変化の遅れが少なくなる)ため、馬力制御が適正に行われてオーバートルクの発生が防止され、オーバートルクによるエンストを回避することができる。
【００１９】
また、固定容量型ポンプのポンプ圧は、漸増ではあっても最終的には設定値まで上がるため、タイムラグはあるもの特定油圧アクチュエータの本来の力は出し切ることができる。
【００２０】
この場合、上記リリーフ圧漸増制御の遅延時間は、減馬力制御として可変容量型ポンプの傾転を変化させるのに要する時間に合わせて設定するのが望ましい(請求項３)。
【００２１】
「合わせて設定」とは、ポンプ圧の上昇と減馬力制御がシンクロナイズして行われるように遅延時間Ｔを設定することを意味し、減馬力制御が確実に遂行されるように遅延時間Ｔを減馬力制御時間(０点数秒のオーダーで機械ごとに決まっている)より少し長めに設定するのが望ましい。
【００２２】
こうすれば、ポンプ圧の上昇と減馬力制御をシンクロナイズさせることができるため、オーバートルク発生防止効果がより確実となる。
【００２３】
ところで、リリーフ圧漸増制御を行うと、特定油圧アクチュエータ操作(入力)に対するポンプ圧の上昇(出力)にタイムラグが生じるため、この点で操作性が落ちる。一方、エンジン回転数が高い(エンジントルクが高い)領域では、実際上、エンストのおそれが低い。
【００２４】
そこで、上記制御手段は、エンジン回転数が設定値未満の低回転数のときに上記リリーフ圧漸増制御を行い、エンジン回転数が設定値以上の高回転数のときは、上記可変リリーフ弁の設定圧力を、上記リリーフ圧漸増制御のときよりも短時間で増加させるリリーフ圧急増制御を行うように構成するのが望ましい(請求項４，５)。
【００２５】
ここで、「リリーフ圧漸増制御のときよりも短時間」とは、一定の短い遅延時間を持たせる場合と、遅延時間を全く持たせない場合(請求項５)の双方をいう。
【００２６】
こうすれば、エンストのおそれのない高エンジン回転数領域ではタイムラグが少ない(あるいはタイムラグが０の)良好な操作性を確保しながら、エンジントルクが低い低エンジン回転数領域でのエンストを防止することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、固定容量型ポンプの圧力上昇によるオーバートルクの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態を示す油圧回路図である。
【図２】同実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。
【図３】同実施形態における時間に対するドーザ操作の有無、可変リリーフ弁設定圧力、ドーザポンプトルク、可変容量型ポンプの傾転の変化状況を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態におけるエンジン回転数とエンジン回転数フラグの関係を示す図である。
【図５】同実施形態におけるエンジン回転数フラグの判定・セットの流れを説明するためのフローチャートである。
【図６】同実施形態のメインのフローチャートである。
【図７】本発明の適用対象例であるショベルの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施形態を図１〜図６によって説明する。
【００３０】
実施形態はショベルを適用対象としている。
【００３１】
第１実施形態(図１〜図３参照)
図１は油圧回路構成を示す。
【００３２】
ここでは、図示しないエンジンによって可変容量型の第１及び第２両ポンプ１１，１２と固定容量型の第３ポンプ(ドーザポンプ)１３を駆動し、第１及び第２ポンプ１１，１２で走行、アタッチメント動作等を行う他の油圧アクチュエータ(図では代表として二つの油圧モータを例示している)１４，１５、第３ポンプ(ドーザポンプ)１３で特定油圧アクチュエータとしてのドーザシリンダ１６を駆動する回路構成をとっている。
【００３３】
第１及び第２両ポンプ１１，１２には、傾転を変化させるためのポンプレギュレータ１７，１８が設けられ、制御手段としてのコントローラ１９からの傾転指令信号によりこのポンプレギュレータ１７，１８を通じて両ポンプ１１，１２の傾転が制御される。
【００３４】
すなわち、全ポンプ１１〜１３の合計のポンプ圧に応じてトータルの最大ポンプ馬力を一定に保つための馬力一定制御が行われる。
【００３５】
また、各ポンプ回路にはそれぞれリリーフ弁(第１〜第３リリーフ弁)２０，２１，２２が設けられ、このリリーフ弁２０〜２２によって各ポンプ１１〜１３の最高ポンプ圧が規制される。
【００３６】
このうち、第１及び第２両リリーフ弁２０，２１には設定圧力が一定の固定リリーフ弁、第３リリーフ弁２２には設定圧力が可変の電磁式の可変リリーフ弁がそれぞれ用いられ、第３リリーフ弁２２の設定圧力がコントローラ１９からの設定圧力指令信号によって制御されるように構成される。
【００３７】
すなわち、第３リリーフ弁２２は、設定圧力として、ドーザ作業時に確保すべきポンプ圧力としての設定値Ｐｂと、これよりも低い値(以下、低圧設定値という)Ｐａとが予め設定され、ドーザ操作時に、低圧設定値Ｐａから設定値(以下、高圧設定値という)Ｐｂまで制御される。
【００３８】
各ポンプ１１〜１３と油圧アクチュエータ１４，１５，１６の間には、リモコン弁２３〜２５によって操作されるコントロールバルブ２６〜２８が設けられ、このコントロールバルブ２６〜２８によって各油圧アクチュエータ１４，１５，１６の作動が制御される。
【００３９】
一方、検出手段として、各ポンプ１１，１２，１３のポンプ圧を検出するポンプ圧センサ２９〜３１と、ドーザ操作があったか否かをドーザ用リモコン弁２５のパイロット圧を通じて検出するドーザ操作センサ３２が設けられ、これら各センサ２９〜３２からの検出信号(ポンプ信号、ドーザ操作信号)がコントローラ１９に入力される。
【００４０】
コントローラ１９は、各入力信号に基づき、馬力一定制御を行うとともに、ドーザ操作時に可変リリーフ弁２２の設定圧力を低圧設定値Ｐａから高圧設定値Ｐｂまで、予め設定された遅延時間Ｔをもって増加させるリリーフ圧漸増制御を行う。
【００４１】
このリリーフ圧漸増制御の内容を、図２，３によって説明する。
【００４２】
図２のフローチャートにおいて、制御開始後、ステップＳ１でドーザ操作されたか否かが判断され、ＮＯの場合はステップＳ２で可変リリーフ弁２２の設定圧力が低圧設定値Ｐａに設定された後、ステップＳ１に戻る。
【００４３】
一方、ＹＥＳ(ドーザ操作された)の場合は、ステップＳ３で現在の設定圧力Ｐｒが高圧設定値Ｐｂか否かが判断され、ＮＯのときにステップＳ４に移行する。
【００４４】
このステップＳ４で、設定圧力を、予め設定した時間Ｔをかけて目標設定圧力(高圧設定値Ｐｂ)に上げるべく、現在の設定圧力Ｐｒから、予め決められた１制御周期分上げる。
【００４５】
この１制御周期分の設定圧力上昇の積み重ねによって設定圧力が高圧設定値Ｐｂに達すると、ステップＳ３でＹＥＳとなり、設定圧力の上昇が完了したとしてステップＳ１に戻る。
【００４６】
ここで、第１、第２両ポンプ１１，１２の減馬力制御に要する時間Ｔ´(図３の最下段に示す)は、０点数秒のオーダーで機械ごとに決まっており、上記遅延時間Ｔは、第３ポンプ１３のポンプ圧の上昇と減馬力制御がシンクロナイズして行われる時間(減馬力制御が間に合う時間)として設定される。
【００４７】
具体的には、遅延時間Ｔは、ポンプ圧が高圧設定値Ｐｂに達するまでに減馬力制御が確実に遂行されるように、減馬力制御時間Ｔ´(図３参照)よりも少し長めに設定される。
【００４８】
あるいは、Ｔ＝Ｔ´に設定してもよい。
【００４９】
図３は、上記制御による可変リリーフ弁設定圧力、ドーザポンプトルク、ポンプ傾転の時間に対する変化状況を示す。
【００５０】
図示のように、ドーザ操作があると、図３の二段目に示すように可変リリーフ弁２２の設定圧力が低圧設定値Ｐａから高圧設定値Ｐｂまで、遅延時間Ｔをかけて緩やかに上昇するため、同図三段目に示すようにドーザポンプ１３のポンプトルクもなだらかに増加する。
【００５１】
これにより、ドーザシリンダ１６が瞬間的にストロークエンドに達するようなドーザ急操作が行われても、馬力制御のための可変容量型ポンプ(第１、第２ポンプ１１，１２)の傾転変化が十分間に合う(ポンプ圧の上昇に対する傾転変化の遅れが少なくなる)ため、馬力制御が適正に行われてオーバートルクの発生が防止され、オーバートルクによるエンストを回避することができる。
【００５２】
また、第３ポンプ１３のポンプ圧は、漸増であっても最終的には高圧設定値Ｐｂまで上がるため、タイムラグはあるものドーザシリンダ１６の本来の力は出し切ることができる。
【００５３】
この場合、リリーフ圧漸増制御の遅延時間Ｔを、減馬力制御として第１、第２両ポンプ１１，１２の傾転を変化させるのに要する時間Ｔ´に合わせて設定しているため、ポンプ圧の上昇と減馬力制御をシンクロナイズさせることができる。このため、オーバートルク発生防止効果がより確実となる。
【００５４】
第２実施形態(図４〜図６参照)
上記のようにリリーフ圧漸増制御を行うと、ドーザ操作(入力)に対する第３ポンプ１３のポンプ圧の上昇(出力)にタイムラグが生じるため、ドーザ作動の反応が鈍くなる等、操作性が落ちることが懸念される。
【００５５】
一方、エンジン回転数が高い(エンジントルクが高い)領域では、実際上、第３ポンプ圧が高圧設定値Ｐｂまで急上昇してもエンストが生じるおそれが低い。
【００５６】
そこで第２実施形態においては、エンストのおそれがないエンジン回転数の下限値(しきい値)を設定値とし、図１中に二点鎖線で示すエンジン回転数検出手段３３によって検出されるエンジン回転数がこの設定値以上か未満かでリリーフ圧漸増制御を行うか否かを判定する構成がとられている。
【００５７】
なお、エンジン回転数検出手段３３として、エンジンの実際の回転数を検出するセンサを用いてもよいが、エンジンの実回転数は常に変化しているため、設定値付近で制御がＯＮ／ＯＦＦを繰り返す可能性がある。このため、アクセルポテンショのようにエンジン回転数を指令する機器からの回転数指令信号を取り出すのが望ましい。
【００５８】
図４はエンジン回転数フラグを立てるか否かの判定基準を示し、エンジン回転数が第１設定値Ａ以上となるとエンジン回転数フラグ＝１となり、第２設定値Ｂ未満でエンジン回転数フラグ＝０となる。
【００５９】
なお、動作の安定のために第１設定値Ａ＞第２設定値Ｂのヒステリシスを持たせている。
【００６０】
図５はエンジン回転数フラグの判定・セットのためのフローチャートであり、ステップＳ１１でエンジン回転数が第１設定値Ａ以上か否かが判断され、ＹＥＳの場合はステップＳ１２でエンジン回転数フラグ＝１と判定される。
【００６１】
これに対し、ステップＳ１１でＮＯ(エンジン回転数＜第１設定値Ａ)の場合、ステップＳ１３でエンジン回転数が第２設定値Ｂ以上か否かが判断され、ＮＯの場合はステップＳ１４でエンジン回転数フラグ＝０と判定されてステップＳ１１に戻る。
【００６２】
一方、ステップＳ１３でＹＥＳの場合、つまり、エンジン回転数が第１設定値Ａ未満で第２設定値Ｂ以上の場合は、ステップＳ１５でエンジン回転数フラグ＝１(エンジン回転数が第１設定値Ａを超えたことがあるか)か否かが判断され、ここでＹＥＳのときは、エンジン回転数が第１設定値Ａを超えた後、同設定値Ａ未満に下がったものとしてエンジン回転数フラグ＝１とされてステップＳ１１に戻る。
【００６３】
ステップＳ１５でＮＯのときは、ステップＳ１４でエンジン回転数フラグ＝０とされてステップＳ１１に戻る。
【００６４】
図６は第２実施形態によるリリーフ圧制御のメインのフローチャートであり、制御開始後、ステップＳ２１で図５のフローによってエンジン回転数フラグの判定・セットが行われる。
【００６５】
この後、ステップＳ２２でドーザ操作されたか否かが判断され、ＮＯの場合はステップＳ２３で可変リリーフ弁設定圧力が低圧設定値ＰａとされてステップＳ２１に戻る。
【００６６】
ステップＳ２２でＹＥＳ(ドーザ操作された)の場合は、ステップＳ２４でエンジン回転数フラグ＝０か否かが判断され、ＮＯ(エンジン回転数フラグ＝１)のときは、エンストのおそれがないためリリーフ圧漸増制御を行う必要がないとして、ステップＳ２５で可変リリーフ弁設定圧力が直ちに高圧設定値ＰｂとされてステップＳ２１に戻る。
【００６７】
これにより、可変リリーフ弁設定圧力が遅延時間無しで瞬時に高圧設定値Ｐｂにセットされ、第３ポンプ１３はタイムラグ無しに高圧設定値Ｐｂでの使用が可能となる。
【００６８】
これに対し、ステップＳ２４でＹＥＳ(エンジン回転数フラグ＝０)のときは、ステップＳ２６で現在の可変リリーフ弁設定圧力Ｐｒが高圧設定値Ｐｂか否かが判断され、ＹＥＳのときは、すでに高圧設定値Ｐｂまで上昇したとしてステップＳ２１に戻る。
【００６９】
一方、ＮＯ(Ｐｒ＜Ｐｂ)のときは、ステップＳ２７において、可変リリーフ弁設定圧力を図３の二段目に示すように遅延時間Ｔをかけて目標設定圧力Ｐｂに上げるべく、現在の設定圧力Ｐｒから１制御周期分だけ上昇させた後、ステップＳ２１に戻る。
【００７０】
以下、この作用が、Ｐｒ＝Ｐｂとなるまで、制御周期ごとに繰り返される。
【００７１】
このように、第２実施形態においては、エンジン回転数が設定値Ａ未満の低回転数のときに限ってリリーフ圧漸増制御を行い、エンジン回転数が設定値Ａ以上の高回転数のときは、可変リリーフ弁設定圧力を急増させるリリーフ圧急増制御を行うため、エンストのおそれのない高エンジン回転数領域ではタイムラグが少ない良好な操作性を確保しながら、エンジントルクが低い低エンジン回転数領域でのエンストを防止することができる。
【００７２】
とくに第２実施形態では、上記可変リリーフ弁の設定圧力を遅延時間無しで増加させるため、タイムラグを０にして、通常通りの操作性を確保することができる。
【００７３】
他の実施形態
(１)  リリーフ圧急増制御の他のパターンとして、可変リリーフ弁設定圧力を、第２実施形態のように遅延時間無しで増加させるのではなく、リリーフ圧漸増制御の場合よりも短い一定の遅延時間をもって増加させるようにしてもよい。
【００７４】
(２)  上記実施形態では、ドーザシリンダ用のドーザポンプを固定容量型の第３ポンプとしたが、ドーザポンプと同様の使い方をされる他の油圧アクチュエータ用ポンプを第３ポンプとしてもよい。また、ドーザポンプを含む複数のポンプを第３ポンプとしてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１  下部走行体
２  上部旋回体
１０  ドーザ
１１，１２  可変容量型の第１、第２ポンプ
１３  固定容量型の第３ポンプ(ドーザポンプ)
１４，１５  他の油圧アクチュエータ
１６  特定油圧アクチュエータとしてのドーザシリンダ
１７，１８  ポンプレギュレータ
１９  制御手段としてのコントローラ
２２  可変リリーフ弁
２９〜３１  ポンプ圧センサ
３２  ドーザ操作センサ
３３  エンジン回転数検出手段
【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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【図６】
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【図７】
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