(57)【要約】【課題】  仮想ブリードオフ開口面積を用いてポンプ圧力を制御する仮想ブリードオフ制御方式をとりながら、操作時の油圧アクチュエータの応答性を改善し、かつ、停止時のショックの発生を防止する。【解決手段】  コントロールバルブを、中立位置でポンプ流量をタンクにバイパスさせるバイパス通路を備えたセンターバイパス型として構成する。一方、バイパス通路による実際のブリードオフ開口面積特性とは別の仮想ブリードオフ開口面積特性を予め設定し、油圧アクチュエータの作動開始点ａまでのアクチュエータ非作動域Ｏ３では、実際ブリードオフ開口面積特性ＩＩＩと第１の仮想ブリードオフ開口面積特性Ｉとに基づいてポンプ圧力を制御し、アクチュエータ作動域Ｏ２では、第１の仮想ブリードオフ開口面積特性Ｉから第２の仮想ブリードオフ開口面積特性ＩＩに切換えてポンプ圧力を制御するように構成した。【選択図】  図２
2011094687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプからの吐出油によって駆動される油圧アクチュエータと、操作手段により操作されて上記油圧アクチュエータの作動を制御するコントロールバルブと、上記油圧ポンプの吐出圧力を制御するポンプ制御手段とを備え、上記コントロールバルブは、中立位置でポンプ流量をタンクにバイパスさせるバイパス通路を備えたセンターバイパス型として構成され、上記ポンプ制御手段は、
(Ａ)  予め、上記コントロールバルブの操作量に応じて仮想のブリードオフ開口面積が変化する仮想ブリードオフ開口面積特性が設定され、
(Ｂ)  上記コントロールバルブの操作区間のうち、中立から上記油圧アクチュエータが作動し始めるアクチュエータ作動開始点までのアクチュエータ非作動域では、実際のブリードオフ開口面積の変化にかかわらずポンプ流量が一定となるように、上記仮想ブリードオフ開口面積を用いて目標ポンプ圧力を求め、
(Ｃ)  上記アクチュエータ作動開始点を超えるアクチュエータ作動域では、操作量の増加に応じて仮想ブリードオフ流量が減少するように、上記仮想ブリードオフ開口面積を用いて目標ポンプ圧力を求め、
(Ｄ)  ポンプ圧力が、上記(Ｂ)(Ｃ)で求められた目標ポンプ圧となるように上記油圧ポンプを制御する
ように構成されたことを特徴とする建設機械のポンプ制御装置。
【請求項２】
複数の油圧アクチュエータと、各油圧アクチュエータの作動を個別に制御する複数のコントロールバルブとを備え、上記ポンプ制御手段は、各コントロールバルブについて仮想開口面積特性を設定し、
(Ｉ)  一つのコントロールバルブの単独操作時には、この操作されたコントロールバルブについて設定された仮想開口面積特性に基づく仮想開口面積を用いて上記目標ポンプ圧力を求め、
(ＩＩ)  複数のコントロールバルブが同時に操作される複合操作時には、操作されたすべてのコントロールバルブにつついて設定された仮想開口面積特性に基づく仮想開口面積の合計値を用いて上記目標ポンプ圧力を求める
ように構成されたことを特徴とする請求項１記載の建設機械のポンプ制御装置。
【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、コントロールバルブの操作量に応じて油圧ポンプの吐出圧を制御するポンプ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コントロールバルブの操作量に応じてブリードオフ流量を変化させることによって、油圧アクチュエータ速度を制御する一般的なブリードオフ制御に代えて、クローズドセンター型のコントロールバルブを用いる一方、コントロールバルブに仮想のブリードオフ開口を設定し、この仮想ブリードオフ開口の面積(仮想ブリードオフ開口面積)を操作量に応じて変化させる仮想ブリードオフ制御方式が公知である(特許文献１参照)。
【０００３】
この仮想ブリードオフ制御方式では、仮想ブリードオフ開口面積と、これに基づく仮想ブリードオフ流量とを用いて必要なポンプ吐出圧力(以下、目標ポンプ圧力という)を計算し、ポンプ吐出圧力がこの目標ポンプ圧力となるようにポンプ制御する。
【０００４】
この公知技術によると、ポンプ圧力のみを制御するため、ポンプ構造がシンプルとなり、コストが安くてすむ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−４７３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記のようにクローズドセンター型、すなわち、センターバイパス通路(ブリードオフ通路)を持たず、中立位置ですべての通路が閉じるコントロールバルブを用いる公知技術によると、コントロールバルブ中立状態でポンプ圧力が０に近く、その容量が最小に設定されるため、急操作時、とくに中立からフルレバー操作されたときに、ポンプ流量の増加が操作に追いつかずにアクチュエータの動きが遅れる現象が発生し、応答性が悪化する。
【０００７】
また、コントロールバルブを操作位置から中立復帰させると、ポンプ流量が大きいまま通路が遮断されるため、とくに旋回駆動系のように慣性の大きな負荷の停止時にショックが発生するという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、仮想ブリードオフ開口面積を用いてポンプ圧力を制御する仮想ブリードオフ制御方式をとりながら、操作時の油圧アクチュエータの応答性を改善し、かつ、停止時のショックの発生を防止できる建設機械のポンプ制御措置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプからの吐出油によって駆動される油圧アクチュエータと、操作手段により操作されて上記油圧アクチュエータの作動を制御するコントロールバルブと、上記油圧ポンプの吐出圧力を制御するポンプ制御手段とを備え、上記コントロールバルブは、中立位置でポンプ流量をタンクにバイパスさせるバイパス通路を備えたセンターバイパス型として構成され、上記ポンプ制御手段は、
(Ａ)  予め、上記コントロールバルブの操作量に応じて仮想のブリードオフ開口面積が変化する仮想ブリードオフ開口面積特性が設定され、
(Ｂ)  上記コントロールバルブの操作区間のうち、中立から上記油圧アクチュエータが作動し始めるアクチュエータ作動開始点までのアクチュエータ非作動域では、実際のブリードオフ開口面積の変化にかかわらずポンプ流量が一定となるように、上記仮想ブリードオフ開口面積を用いて目標ポンプ圧力を求め、
(Ｃ)  上記アクチュエータ作動開始点を超えるアクチュエータ作動域では、操作量の増加に応じて仮想ブリードオフ流量が減少するように、上記仮想ブリードオフ開口面積を用いて目標ポンプ圧力を求め、
(Ｄ)  ポンプ圧力が、上記(Ｂ)(Ｃ)で求められた目標ポンプ圧となるように上記油圧ポンプを制御する
ように構成されたものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、複数の油圧アクチュエータと、各油圧アクチュエータの作動を個別に制御する複数のコントロールバルブとを備え、上記ポンプ制御手段は、各コントロールバルブについて仮想開口面積特性を設定し、
(Ｉ)  一つのコントロールバルブの単独操作時には、この操作されたコントロールバルブについて設定された仮想開口面積特性に基づく仮想開口面積を用いて上記目標ポンプ圧力を求め、
(ＩＩ)  複数のコントロールバルブが同時に操作される複合操作時には、操作されたすべてのコントロールバルブにつついて設定された仮想開口面積特性に基づく仮想開口面積の合計値を用いて上記目標ポンプ圧力を求める
ように構成されたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、センターバイパス型のコントロールバルブを用い、このコントロールバルブの中立状態でもポンプ流量を吐出させて操作に備える「スタンバイ態勢」をとるため、中立からの操作時にポンプ容量の増加を待たずにアクチュエータを速やかに起動させることができる。
【００１２】
すなわち、中立でポンプ容量を最小とする公知技術のように、急操作時、とくにフルレバー操作時にポンプ流量の増加が操作に追いつかずに油圧アクチュエータの動きが遅れる現象が発生せず、応答性を改善することができる。
【００１３】
また、アクチュエータ停止時(コントロールバルブの操作位置からの中立復帰時)に、バイパス通路によってポンプ流量をタンクに戻すことができるため、公知技術のようにポンプ流量が大きいままコントロールバルブが中立復帰して大流量がせき止められショックが発生するという問題を解消できる。
【００１４】
さらに、アクチュエータ作動開始後のアクチュエータ作動域では、仮想ブリードオフ流量が操作量に応じて変化し、アクチュエータ流量が変化する通常のブリードオフ制御と同様の制御が行われるため、操作性が良い。
【００１５】
しかも、ポンプ圧力のみを制御するため、ポンプ圧力制御の利点としてポンプ構造がシンプルでコストが安くてすむ。
【００１６】
この場合、請求項２の発明によると、複数の油圧アクチュエータを備えた一般的な建設機械において、複合両操作時にも単独操作時と変わらない応答性、操作性を確保し、かつ、停止時のショック防止効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を示す回路構成図である。
【図２】実施形態における各開口面積と操作量の関係を示す図である。
【図３】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施形態では、図１に示すようにエンジン(図示省略)によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ１によって二つの油圧アクチュエータ(油圧シリンダとして図示している)２，３を駆動するアクチュエータ回路を適用対象としている。
【００１９】
油圧ポンプ１と油圧アクチュエータ２，３とは、操作手段であるリモコン弁４，５によって個別に操作されるコントロールバルブ６，７を介して接続され、このコントロールバルブ６，７によって油圧アクチュエータ２，３の作動方向と速度が制御される。
【００２０】
図１中、８…は両アクチュエータ２，３の最高作動圧力を個別に設定する個別リリーフ弁、９は回路全体の最高圧力を設定するメインリリーフ弁である。
【００２１】
コントロールバルブ６，７は、図示のようにそれぞれ中立位置でポンプ流量をタンクＴにバイパスさせるバイパス通路１０を備えたセンターバイパス型として構成されている。
【００２２】
油圧ポンプ１には、コントローラ１１からの圧力指令信号に基づいて作動するポンプレギュレータ１２が設けられ、このポンプレギュレータ１２の作動により油圧ポンプ１の吐出圧力(以下、ポンプ圧力という)が指令通りに制御される。
【００２３】
一方、目標ポンプ圧力を求めるためのデータを検出する手段として、リモコン弁４，５からコントロールバルブ６，７に供給されるパイロット圧を通じてコントロールバルブ６，７の操作量(バルブストローク)を検出する操作量センサ１３…と、ポンプ傾転を通じてポンプ流量を検出するポンプ流量センサ１４とが設けられている。
【００２４】
この両センサ１３，１４によって操作量、ポンプ流量が検出され、この両信号に基づいてコントローラ１１で計算された目標ポンプ圧力がポンプレギュレータ１２に送られる。
【００２５】
すなわち、コントローラ１１とポンプレギュレータ１２とセンサ１３…，１４とによってポンプ制御手段が構成され、このポンプ制御手段によって油圧ポンプ１の吐出圧力が制御される。
【００２６】
図２はコントロールバルブ６，７の操作量／開口面積の特性を示す。
【００２７】
コントローラ１１には、コントロールバルブ６，７のそれぞれについて、予め、操作量に対する仮想のブリードオフ開口の変化状況を表す第１及び第２の二つの仮想ブリードオフ開口面積特性Ｉ，ＩＩが設定されている。
【００２８】
図２中のａは、ポンプ圧力が油圧アクチュエータ２，３の作動圧力(保持圧力)に到達しかつメータイン、メータアウト両開口が開き始めて油圧アクチュエータ２，３が作動し始めるアクチュエータ作動開始点を示す。
【００２９】
実際のブリードオフ開口面積は、特性ＩＩＩに従い、操作量０からの一定の操作域(初期操作域という)Ｏ１で操作量の増加に応じて開口面積が比較的緩やかな勾配で減少する減少する。
【００３０】
一方、第１の仮想ブリードオフ開口面積特性Ｉは、上記初期操作域Ｏ１において、仮想ブリードオフ開口面積が実際ブリードオフ開口面積よりも大きな値から操作量の増加に応じて比較的急な勾配で減少するように設定されている。
【００３１】
第２の仮想ブリードオフ開口面積特性ＩＩは、アクチュエータ作動開始点ａ(少し手前か少し超えた点でもよい)から最大操作量の手前までのアクチュエータ作動域Ｏ２において、第１の仮想ブリードオフ開口面積Ｉから枝分かれする形で、通常のブリードオフ制御におけるブリードオフ開口面積と同様に操作量の増加に応じて仮想ブリードオフ開口面積が減少するように設定されている。
【００３２】
そして、操作量０からアクチュエータ作動開始点ａまでのアクチュエータ非作動域Ｏ３では、実際ブリードオフ開口面積特性ＩＩＩと第１の仮想ブリードオフ開口面積特性Ｉとを用いてポンプ圧力が制御され、アクチュエータ作動域Ｏ２に入ると、ポンプ圧力の計算に用いられ仮想ブリードオフ開口面積特性が、それまでの第１の仮想ブリードオフ開口面積特性Ｉから第２の仮想ブリードオフ開口面積特性ＩＩに切換わる。図２中のＸはこの特性の切換わり点である。
【００３３】
ここで、アクチュエータ作動圧力(保持圧力)は予め対象となる油圧アクチュエータ２，３ごとに計算で求めることができ、アクチュエータ作動開始点ａでポンプ圧力がこのアクチュエータ作動圧力となるように第１及び第２の仮想ブリードオフ開口面積特性Ｉ、ＩＩが設定される。
【００３４】
一方、コントロールバルブ６，７の中立状態でバイパス通路１０を通過する流量(バイパス流量)をＱＢ、第１の仮想ブリードオフ開口面積特性に基づいて仮想ブリードオフ開口を通る仮想の流量(仮想ブリードオフ流量)をＱＫとすると、油圧ポンプ１の最大流量Ｑｍａｘとの関係、及びＱＢとＱＫの関係は次のようになる。
【００３５】
Ｑｍａｘ＝ＱＢ＋ＱＫ……式１
ＱＫ＝Ｃ×Ａ１×√Ｐ……式２
ＱＢ＝Ｃ×Ａ３×√Ｐ……式３
Ａ１は第１の仮想ブリードオフ開口面積特性Ｉによる仮想ブリードオフ開口面積、Ａ３は実際ブリードオフ開口面積、Ｐはポンプ圧力、Ｃは流量係数である。
【００３６】
上記式１〜３から、中立時のバイパス流量ＱＢは、
ＱＢ＝{Ａ３／(Ａ１＋Ａ３)}×Ｑｍａｘ……式４
となる。
【００３７】
ここで、実際のブリードオフ開口面積Ａ３は、図２に示すようにコントロールバルブ操作量の増加に応じて減少していくが、仮想ブリードオフ開口面積Ａ１と式４の関係を保てばポンプ流量は変化せず、計算上のポンプ圧力が上昇する。
【００３８】
この計算上のポンプ圧力を目標ポンプ圧力としてコントローラ１１からポンプレギュレータ１２に指令すれば、一定のポンプ流量を保ったまま、操作量の増加に応じて実際のポンプ圧力が上昇する。
【００３９】
そして、アクチュエータ作動開始点ａに到達すると、ポンプ圧力がアクチュエータ２，３の作動圧力(保持圧力)を上回り、このときメータイン、メータアウト両開口が開き始めることによって油圧アクチュエータ２，３が動き出す。
【００４０】
また、切換わり点Ｘから、ポンプ圧力の計算に用いられる仮想ブリードオフ開口面積特性が特性Ｉから特性ＩＩに切換わり、以後のアクチュエータ作動域Ｏ２で、第２の仮想ブリードオフ開口面積特性(ＩＩ)による仮想ブリードオフ開口面積Ａ２を用いたポンプ圧力制御が行われる。
【００４１】
この構成によると、センターバイパス型のコントロールバルブ６，７を用い、このコントロールバルブ６，７の中立状態でもポンプ流量を吐出させて操作に備える「スタンバイ態勢」をとることができるため、中立からの操作時にポンプ容量の増加を待たずに油圧アクチュエータ６，７を速やかに起動させることができる。
【００４２】
すなわち、中立でポンプ容量を最小とする公知技術のように、急操作時、とくにフルレバー操作時にポンプ流量の増加が操作に追いつかずに油圧アクチュエータの動きが遅れる現象が発生せず、応答性を改善することができる。
【００４３】
また、アクチュエータ停止時(コントロールバルブ６，７の操作位置からの中立復帰時)に、バイパス通路１０によってポンプ流量をタンクに戻すことができるため、公知技術のようにポンプ流量が大きいままコントロールバルブが中立復帰して大流量がせき止められショックが発生するという問題を解消できる。
【００４４】
さらに、アクチュエータ作動開始後のアクチュエータ作動域Ｏ２では、仮想ブリードオフ流量が操作量に応じて変化し、アクチュエータ流量が変化する通常のブリードオフ制御と同様の制御が行われるため、操作性が良い。
【００４５】
しかも、ポンプ圧力のみを制御するため、ポンプ圧力制御の利点としてポンプ構造がシンプルでコストが安くてすむ。
【００４６】
上記説明は、両コントロールバルブ６，７(両油圧アクチュエータ２，３)の一方が単独で操作される場合についてのものであり、両コントロールバルブ６，７が同時に操作される複合操作時には、作動しているコントロールバルブの仮想ブリードオフ開口面積の合計値に基づいてポンプ圧力が求められ、油圧ポンプ１が圧力制御される。
【００４７】
図３のフローチャートによってこの点の作用を整理すると、ステップＳ１で、操作量センサ１３…からの操作量信号に基づいて単独操作か否かが判断され、単独操作(ＹＥＳ)となると、ステップＳ２で、作動しているコントロールバルブの仮想ブリードオフ開口面積Ａ１またはＡ２がポンプ圧力演算のためのデータとして選択される。
【００４８】
ステップＳ３では、選択された仮想ブリードオフ開口面積Ａ１またはＡ２を用い、
Ｑ＝Ｃ×Ａ×√Ｐ
から目標ポンプ圧力Ｐ０を求め、ステップＳ４でこの目標ポンプ圧力Ｐ０をポンプレギュレータ１２に指令する。
【００４９】
一方、ステップＳ１で複合操作(ＮＯ)となると、作動しているすべてのコントロールバルブ６，７の仮想ブリードオフ開口面積を合計し、この合計値Ａｔ(Ａａ＋Ａｂ)を用いた、
Ｑ＝Ｃ×Ａｔ×√Ｐ
によって目標ポンプ圧力Ｐ０を求め、ステップＳ７でこの目標ポンプ圧力Ｐ０をポンプレギュレータ１２に指令する。
【００５０】
他の実施形態
(１)  上記実施形態では、二つの油圧アクチュエータ２，３とコントロールバルブ６，７を用いる回路を例にとったが、これらが三つ以上の場合も上記実施形態と同様に実施することができる。
【００５１】
(２)  上記実施形態では、コントロールバルブそのものをセンターバイパス型として構成した場合で説明したが、本発明は、クローズドセンター型のバルブ本体と、共用のバイパス通路となるアンロード弁とによってコントロールバルブを構成した場合にも上記実施形態と同様に実施することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  油圧ポンプ
２，３  油圧アクチュエータ
４，５  コントロールバルブを操作するリモコン弁
６，７  センターバイパス型のコントロールバルブ
１０  コントロールバルブのバイパス通路
１１  ポンプ制御手段を構成するコントローラ
１２  同、ポンプレギュレータ
１３…  同、操作量センサ
１４  ポンプ流量センサ
ａ  アクチュエータ作動開始点
Ｉ，ＩＩ  仮想ブリードオフ開口面積特性
ＩＩＩ  実際ブリードオフ開口面積特性
Ｏ２  アクチュエータ作動域
Ｏ３  アクチュエータ非作動域
【図１】
2011094687.tif 000003
【図２】
2011094687.tif 000004
【図３】
2011094687.tif 000005