(57)【要約】      （修正有）【課題】必要なときにだけポンプ入力馬力を上昇させ、不必要なときにはポンプ入力馬力を抑えてエンジンの燃料消費量を低減できるようにする。【解決手段】エンジン１により駆動される可変容量型油圧ポンプ２の吐出圧に基づいて前記油圧ポンプ２の吐出量をレギュレータ３により調整し、異なる作業モード毎にポンプ入力馬力が一定となるように制御するための馬力一定曲線（Ｈ，Ｓ，Ｌ）群を有するコントローラ１０を備えた建設機械の油圧ポンプ制御装置において、アクチュエータを操作する操作レバー６ａが所定の基準速度以下で操作されたときは、その時点で使用している作業モードの馬力一定曲線よりも低いポンプ入力馬力の作業モードの馬力一定曲線に変更し、前記操作レバー６ａが所定の基準速度を超えて操作されたときは、その時点で使用している作業モードの馬力一定曲線を保持するように、前記コントローラ１０を設定した。【選択図】図１
2008150877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプの吐出圧に基づいて前記油圧ポンプの吐出量をレギュレータにより調整し、異なる作業モード毎にポンプ入力馬力が一定となるように制御するための馬力一定曲線群を有する流量制御手段を備えた建設機械の油圧ポンプ制御装置において、
アクチュエータを操作する操作レバーの操作速度に応じた信号を前記流量制御手段に出力する操作状況検出手段を備えるとともに、前記操作レバーが所定の速度以下で操作されたときは、その時点で使用している作業モードの馬力一定曲線よりも低いポンプ入力馬力の作業モードの馬力一定曲線に変更し、前記操作レバーが所定の速度を超えて操作されたときは、その時点で使用している作業モードの馬力一定曲線を保持するように、前記流量制御手段を設定してなることを特徴する建設機械の油圧ポンプ制御装置。
【請求項２】
上記操作レバーが所定の速度以下で操作されて別の作業モードの馬力一定曲線に変更され、その後、油圧ポンプの吐出圧が所定の圧力に復帰したときには、変更以前の作業モードの馬力一定曲線に戻すように、上記流量制御手段を設定してなる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】
上記変更以前の作業モードの馬力一定曲線への復帰は、油圧ポンプの吐出圧が所定の圧力に復帰した状態を一定時間継続してから行うように、上記流量制御手段を設定してなることを特徴とする請求項２記載の建設機械の油圧ポンプ制御装置。
【請求項４】
上記馬力一定曲線は、重掘削モードの馬力一定曲線と、標準掘削モードの馬力一定曲線と、仕上げ掘削モードの馬力一定曲線とを有することを特徴とする請求項１，２または３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の油圧ポンプ制御装置に関するものであり、特に、油圧ポンプの吐出量および吐出圧を制御しながら、複数の作業モードに切り換えて作業を実施する建設機械の油圧ポンプ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業状態に応じてエンジンの回転数を可変し、油圧ポンプの吐出圧や吐出量を制御することにより、さまざまな作業モードに切り換えてアクチュエータを動作させるようにした油圧ショベル等の建設機械が知られている(例えば、特許文献１，特許文献２参照)。特許文献１及び特許文献２では、作業状態に応じてエンジンの回転数を変化させて、図３に示すようなポンプ特性を実現させている。
【０００３】
図３は、油圧ショベルに装備した可変容量型油圧ポンプの圧力−流量曲線図であり、横軸が油圧ポンプ吐出圧(Ｐ)、縦軸が油圧ポンプ吐出量(Ｑ)を示す。また、曲線「Ｈ」は重負荷のかかる重掘削モード（以下、Ｈモードと称する）で使用する馬力一定曲線、曲線「Ｓ」は標準的負荷のかかる標準掘削モード（以下、Ｓモードと称する）で使用する馬力一定曲線、曲線「Ｌ」は仕上げ掘削モード（以下、Ｌモードと称する）で使用する馬力一定曲線を示す。
【０００４】
また、図４は、各モード時における、それぞれエンジンの回転数(Ｎ)とトルク(Ｔ)との関係を示すもので、図４中の曲線「Ｈ」は前記Ｈモードのときに必要とされるエンジン回転数、曲線「Ｓ」は前記Ｓモードのときに必要とされるエンジン回転数、曲線「Ｌ」は前記Ｌモードのときに必要とされるエンジン回転数を示す。図４に示すように、エンジンの回転数は、ＬモードからＳモード、ＳモードからＨモードへ変更される毎に上昇する。したがって、ＨモードからＳモード、またＳモードからＬモードに切り換えられるとエンジンの回転数も下降し、理論的には燃料消費量及び騒音も低減する。
【０００５】
そして、従来では建設機械の作業時には、その作業の負荷の大小に応じて、運転者が上記モードのうち、いずれかを選択して作業を行っている。
【特許文献１】特開平２−１０４９９２号公報
【特許文献２】特開平１１−１２５１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実作業において、エンジンの回転数、すなわちポンプ入力馬力を一番必要とするのは、アクチュエータの起動時と高負荷時である。すなわち、アクチュエータの起動を経て実作業に入った後は、各モードでの作業では、さほど大きなポンプ入力馬力は必要としない。すなわち、エンジン回転数を低くできる一段階下の作業モードで作業を行っても十分であるような場合も少なくないが、従来ではこのような要素は考慮されず、アクチュエータの起動時に必要されるポンプ入力馬力を基準として設計を行っていた。このため、ポンプ入力馬力は各モード共、大きく、エンジンの回転数も高くなっている。このため燃料消費量も大きく、無駄が多かった。
【０００７】
そこで、必要なときにだけポンプ入力馬力を上昇させ、不必要なときにはポンプ入力馬力を抑えてエンジンの燃料消費量を低減できるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、エンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプの吐出圧に基づいて前記油圧ポンプの吐出量をレギュレータにより調整し、異なる作業モード毎にポンプ入力馬力が一定となるように制御するための馬力一定曲線群を有する流量制御手段を備えた建設機械の油圧ポンプ制御装置において、アクチュエータを操作する操作レバーの操作速度に応じた信号を前記流量制御手段に出力する操作状況検出手段を備えるとともに、前記操作レバーが所定の速度以下で操作されたときは、その時点で使用している作業モードの馬力一定曲線よりも低いポンプ入力馬力の作業モードの馬力一定曲線に変更し、前記操作レバーが所定の速度を超えて操作されたときは、その時点で使用している作業モードの馬力一定曲線を保持するように、前記流量制御手段を設定してなることを特徴する建設機械の油圧ポンプ制御装置を提供する。
【０００９】
この構成によれば、流量制御手段は、操作レバーが所定の速度以下で操作されると、その時点で使用されている作業モードの馬力一定曲線によりも低いポンプ入力馬力の作業モードの馬力一定曲線に変更し、操作レバーが所定の速度を超えて操作されたときは、その時点で使用している作業モードの馬力一定曲線を保持する。したがって、必要なときにだけエンジン回転数を上げてポンプ入力馬力を上昇させ、不必要時にはエンジン回転数を低く抑えて、トータルでの消費馬力を低下させることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記操作レバーが所定の速度以下で操作されて別の作業モードの馬力一定曲線に変更され、その後、油圧ポンプの吐出圧が所定の圧力に復帰したときには、変更以前の作業モードの馬力一定曲線に戻すように、上記流量制御手段を設定してなる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を提供する。
【００１１】
この構成によれば、油圧ポンプの吐出圧が所定の圧力に復帰したときには、変更以前の作業モードの馬力一定曲線に戻すことにより、油圧ポンプの細かい制御が可能になる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記変更以前の作業モードの馬力一定曲線への復帰は、油圧ポンプの吐出圧が所定の圧力に復帰した状態を一定時間継続してから行うように、上記流量制御手段を設定してなることを特徴とする請求項２記載の建設機械の油圧ポンプ制御装置を提供する。
【００１３】
この構成によれば、変更以前の作業モードへの復帰は、瞬間的な圧力変化では復帰させず、油圧ポンプの吐出圧の圧力復帰状態が一定時間継続してから行うようにしたので、馬力一定曲線の安定した切り換えが可能になる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、上記馬力一定曲線は、重掘削モードの馬力一定曲線と、標準掘削モードの馬力一定曲線と、仕上げ掘削モードの馬力一定曲線とを有することを特徴とする請求項１，２または３記載の建設機械の油圧ポンプ制御装置を提供する。
【００１５】
この構成によれば、重掘削モードと標準掘削モードとの間、及び標準掘削モードと仕上げ掘削モードと間における切り換えにおいて適用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明は、必要なときにだけポンプ入力馬力を上昇させ、不必要なときにはポンプ入力馬力を抑えて、トータルでの消費馬力を低下させることができるので、エンジンの燃料消費量を低減させて省エネ化を可能にする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、ポンプ入力馬力の細かい制御が可能になるので、請求項１記載の発明の効果におけるエンジンの燃料消費量よりも、さらに燃料消費量を低減させることが可能で、省エネ化を推進することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、変更以前の作業モードへの復帰は、油圧ポンプの吐出圧が瞬間的な変化では復帰させず、吐出圧の圧力復帰が一定時間継続してから行うので、請求項２記載の発明の効果に加えて、安定した制御が可能になる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、重掘削モードと標準掘削モードとの間、および標準掘削モードと仕上げ掘削モードと間における切り換えにおいて適用することができるので、請求項１，２または３記載の発明の効果に加えて、重掘削モードと標準掘削モードと仕上げ掘削モードを備えた建設機械において効果を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
必要なときにだけポンプ入力馬力を上昇させ、不必要なときにはポンプ入力馬力を抑えてエンジンの燃料消費量を低減できるようにするという目的を達成するために、アクチュエータを操作する操作レバーの操作速度に応じた信号を前記流量制御手段に出力する操作状況検出手段を備えるとともに、前記操作レバーが所定の速度以下で操作されたときは、その時点で使用している作業モードの馬力一定曲線よりも低いポンプ入力馬力の作業モードの馬力一定曲線に変更し、前記操作レバーが所定の速度を超えて操作されたときは、その時点で使用している作業モードの馬力一定曲線を保持するように前記流量制御手段を設定したことにより実現した。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明における建設機械の油圧ポンプ制御装置の一実施例を説明する。図１は、本発明を適用した建設機械の一例として示す油圧ショベルの制御回路である。
【００２２】
図１において、エンジン１によって駆動される油圧ポンプ２は、レギュレータ３により傾斜板９を変化させて作動油の吐出量を調節可能な可変容量型油圧ポンプであり、高圧の作動油をセンタ油路４に供給する。センタ油路４の下流にはアクチュエータ（図示せず）を制御する一群の方向切換弁５が接続されている。方向切換弁５は、操作レバー６ａの操作に連動するリモコン弁６のパイロット圧により遠隔操作される。
【００２３】
前記レギュレータ３には、２つの油室３a、３ｂが設けられており、油室３aはセンタ油路４に接続された分岐油路７から吐出圧がネガティブ・フィードバックされて、油圧ポンプ２の出力トルクが一定になるように負帰還されている。これによって、ポンプ吐出圧が変化しても出力トルクがエンジントルクを超えないように馬力一定制御が行われる。油室３ｂには、吐出量制御手段としての電磁比例弁８の２次側圧Ｐｆが作用し、図３に示した圧力−流量曲線における各馬力一定曲線（Ｈ，Ｓ，Ｌ）を設定および変更できるように構成されている。
【００２４】
電磁比例弁８のソレノイドは、コントローラ１０の出力側に接続されている。このほか、コントローラ１０には、作業モード(ポンプ入力馬力)の選択スイッチ１１と、油圧ポンプ２の吐出圧を検出するメイン圧力センサ１２と、リモコン弁６のパイロット圧を検出するパイロット圧力センサ１３が接続されている。パイロット圧力センサ１３は、リモコン弁６のパイロット圧をシャトル弁１４を介して検出し、操作レバー６ａの速さ、すなわち操作状況検出手段として、操作レバー６ａの操作状況に応じた信号をコントローラ１０に出力する。
【００２５】
コントローラ１０は、マイクロコンピュータを主体として構成された流量制御手段である。該コントローラ１０には、油圧ショベルの動作を前記Ｈモード（重掘削モード）、前記Ｓモード（標準掘削モード）、前記Ｌモード（仕上げ掘削モード）の各作業モードに切り換え、その作業モードに最適な油圧ポンプ２の吐出量・吐出圧力を設定する機能等が装備されており、これらの機能はコントローラ１０に予め組み込まれているプログラムの手順に従って実行される。
【００２６】
また、コントローラ１０には、運転者が選択スイッチ１１を直接操作して作業モードを切り換える手動操作態様での制御機能と、運転者が操作した操作レバー６ａの操作状況からコントローラ１０側で作業環境を推測して、その作業環境に適した作業モード(Ｈ，Ｓ，Ｌ)へ自動的に変更して燃料消費量を節約する省エネ操作態様での制御機能とを有する。なお、手動操作態様と省エネ操作態様との間の切り換えは、運転者が図示せぬスイッチを操作して指示する。
【００２７】
(手動操作)
まず、手動操作について説明する。手動操作では、図１に示すように、選択スイッチ１１の位置「Ｈ」を選択すると前記Ｈモードになり、また位置「Ｓ」を選択すると前記Ｓモード、位置「Ｌ」を選択すると前記Ｌモードになる。また、コントローラ１０からレギュレータ３に制御指令が出され、各モードに応じた油圧ポンプ２の吐出圧と流量の制御が該レギュレータ３を介してなされ、油圧ポンプ２は、図３に示した油圧ポンプの吐出圧と吐出量の関係、および重掘削モードと標準掘削モードと仕上げ掘削モード時における馬力一定曲線群(Ｈ，Ｓ，Ｌ)を用いて、各モード時のポンプ入力馬力が各々一定となるように調整される。すなわち、Ｈモード時には図３に符号「Ｈ」で示す馬力一定曲線、Ｓモード時には図３に符号「Ｓ」で示す馬力一定曲線、Ｌモード時には図３に符号「Ｌ」で示す馬力一定曲線となるようにして調整される。
【００２８】
(省エネ操作)
次に、省エネ操作について説明する。図２は省エネ操作時におけるコントローラの制御手順の一例を示すフローチャートである。本実施例では、省エネ操作の場合、Ｈモードのポンプ入力馬力またはＳモードのポンプ入力馬力のいずれかによって作業をスタートするように設定してある。
【００２９】
省エネ操作が選択されたとき、初期モード設定(ステップＳＴ１)において、Ｈモードの馬力一定曲線Ｈによるポンプ入力馬力で作業を行う選択がされているときには、ステップＳＴ２に移行し、コントローラ１０は操作レバー６ａの操作速度σ１をパイロット圧力センサ１３からの信号で検出する。
【００３０】
そして、操作レバー６ａの操作速度σ１が予め決められている所定の基準速度σＨＳよりも速く操作されて、パイロット圧力センサ１３が検出した圧力上昇の傾きが所定の値を超えているとき(σ１＞σＨＳ)は、Ｈモードのポンプ入力馬力のままとし、コントローラ１０からレギュレータ３にＨモードの信号を送り続ける(ステップＳＴ３)。
【００３１】
他方、操作レバー６ａの操作速度σ１が基準速度σＨＳ以下の遅い速度で操作され、パイロット圧力センサ１３が検出した圧力上昇の傾きが所定の値以下のとき(σ１≦σＨＳ)は、Ｓモードのポンプ入力馬力に変更する(ステップＳＴ４)。
【００３２】
ステップＳＴ３またはステップＳＴ４からはステップＳＴ５へ移行する。ステップＳＴ３またはステップＳＴ４での処理から一定時間ｔが経過(ステップＳＴ５)したら、メイン圧力センサ１２からの信号で油圧ポンプ２のポンプ吐出圧ＰＨ１を検出する(ステップＳＴ６)。
【００３３】
ポンプ吐出圧ＰＨ１が基準圧力ＰＨＳを超え、油圧ポンプ２の負荷が重いとき(ＰＨ１＞ＰＨＳ)は、Ｈモードのポンプ入力馬力のままとする(ステップＳＴ７)。他方、ポンプ吐出圧ＰＨ１が基準圧力ＰＨＳ以下で、油圧ポンプ２の負荷が軽いとき(ＰＨ１≦ＰＨＳ)は、Ｓモードの馬力一定曲線Ｓによるポンプ入力馬力に変更する(ステップＳＴ８)。なお、ステップＳＴ７及びステップＳＴ８からはそれぞれステップＳＴ２へ戻り、同じ動作を繰り返す。
【００３４】
省エネ操作が選択され、かつ初期モード設定(ステップＳＴ１)においてＳモードの馬力一定曲線Ｓによるポンプ入力馬力で作業を行う選択がされているときには、ステップＳＴ１２に移行し、コントローラ１０は操作レバー６ａの操作速度σ１をパイロット圧力センサ１３からの信号で検出する。
【００３５】
そして、操作レバー６ａの操作速度σ１が予め決められている所定の基準速度σＳＳよりも速く操作されて、パイロット圧力センサ１３が検出した圧力上昇の傾きが所定の値を超えたとき(σ１＞σＳＳ)は、Ｓモードのポンプ入力馬力のままとし、コントローラ１０からレギュレータ３にＳモードの信号を送り続ける(ステップＳＴ１３)。
【００３６】
他方、操作レバー６ａの操作速度σ１が基準速度σＳＳ以下の遅い速度で操作され、パイロット圧力センサ１３が検出した圧力上昇の傾きが所定の値以下のとき(σ１≦σＳＳ)は、Ｌモードのポンプ入力馬力に変更する(ステップＳＴ１４)。
【００３７】
ステップＳＴ１３またはステップＳＴ１４からはステップＳＴ１５へ移行する。ステップＳＴ１３またはステップＳＴ１４での処理から一定時間ｔが経過(ステップＳＴ１５)したら、メイン圧力センサ１２からの信号で油圧ポンプ２のポンプ吐出圧ＰＳ１を検出する(ステップＳＴ１６)。
【００３８】
ポンプ吐出圧ＰＳ１が基準圧力ＰＳＳを超え、油圧ポンプ２の負荷が重いとき(ＰＳ１＞ＰＳＳ)は、Ｓモードのポンプ入力馬力のままとする(ステップＳＴ１７)。他方、ポンプ吐出圧ＰＳ１が基準圧力ＰＳＳ以下で、油圧ポンプ２の負荷が軽いとき(ＰＳ１≦ＰＳＳ)は、Ｌモードの馬力一定曲線Ｌによるポンプ入力馬力に変更する(ステップＳＴ１８)。なお、ステップＳＴ１７及びステップＳＴ１８からはそれぞれステップＳＴ２へ戻り、同じ動作を繰り返す。
【００３９】
このように、上記省エネ操作の制御では、必要なときにだけエンジンの回転数を上げてポンプ入力馬力を上昇させ、不必要なときにはエンジンの回転数を低く抑えてポンプ入力馬力を低くし、トータルでの消費馬力を低下することができるため、エンジンの燃料消費量を低減できる。
【００４０】
なお、上記実施例では、操作状況を把握して、パイロット圧力センサ１３により直接パイロット圧を検出するようにしたが、例えばネガコン圧の変動を検出して、操作状況の把握をするようにしてもよい。
【００４１】
また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に適用される油圧ショベルの制御回路図。
【図２】本発明における制御手順の一例を示すフローチャート。
【図３】一般的な油圧ポンプの圧力−流量特性を示し、重掘削モードと標準掘削モードと仕上げ掘削モードの馬力一定曲線図。
【図４】一般的な油圧ショベルにおけるエンジンの回転数とトルクの関係を示す図。
【符号の説明】
【００４３】
１    エンジン
２    可変容量型油圧ポンプ
３    レギュレータ
４    センタ油路
５    方向切換弁
６    リモコン弁
６ａ  操作レバー
７    分岐油路
８    電磁比例弁(流量制御手段)
９    傾斜板
１０  コントローラ(流量制御手段)
１１  選択スイッチ
１２  メイン圧力センサ
１３  パイロット圧力センサ(操作状況検出手段)
１４  シャトル弁
【図１】
2008150877.tif 000003
【図２】
2008150877.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008150877.tif 000006