(57)【要約】  【課題】  傾転開始圧を挟んで負荷が急上昇する作業が頻繁に行われても燃料消費量が増加しない油圧回路を提供することを課題とする。  【構成】 可変吐出量油圧ポンプと該油圧ポンプの吐出量制御開始圧を変更可能な入力トルク設定手段とを具備した建設機械の油圧回路において、前記油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出器と、該圧力検出器の出力を入力端に接続し、出力端を前記入力トルク設定手段に接続したコントローラとを具備し、該コントローラは、該圧力検出器による測定圧が元制御系の吐出量制御開始圧よりも低い場合は、新制御系の吐出量制御開始圧が該測定圧よりも僅かに高い圧力となるように入力トルクを設定することを特徴とする。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変吐出量油圧ポンプと該油圧ポンプの吐出量制御開始圧を変更可能な入力トルク設定手段とを具備した建設機械の油圧回路において、前記油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出器と、該圧力検出器の出力を入力端に接続し、出力端を前記入力トルク設定手段に接続したコントローラとを具備し、該コントローラは、該圧力検出器による測定圧が元制御系の吐出量制御開始圧よりも低い場合は、新制御系の吐出量制御開始圧が該測定圧よりも僅かに高い圧力となるように入力トルクを設定することを特徴とする建設機械の油圧回路。
【請求項２】
前記コントローラは、更に、前記油圧ポンプの吐出圧の測定圧が前記元制御系の吐出量制御開始圧よりも低い状態から高い状態に上昇した場合は、吐出量制御開始圧が所定圧となるように入力トルクを設定することを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧回路。
【請求項３】
前記所定圧は元制御系の吐出量制御開始圧と一致するように入力トルクを設定することを特徴とする請求項２に記載の建設機械の油圧回路。      
【請求項４】
前記入力トルク制御手段は前記油圧ポンプの吐出量を制御するレギュレータと、該レギュレータの入力トルク設定ポートに接続された電磁逆比例弁とから構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１に記載の建設機械の油圧回路。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建設機械の油圧回路に関し、更に具体的には傾斜板制御等による吐出量可変ポンプを使用した場合の燃料噴射量を低減するための油圧回路の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の油圧ショベル等の建設機械における油圧回路では、傾斜板制御による吐出量可変ポンプが使用されており、作業開始後に操作レバーを急操作した場合や、或いは掘削作業中に掘削対象の硬さが急変して硬くなった場合において、油圧ポンプのトルクが急増し、エンジンの燃料噴射量が余計に消費されるという不都合があった。しかし、この問題は、これまで理由があまり解析されておらず、解決もされていなかった。そこで、この問題を解析し、解決の方法を提供する。なお、本出願人は既に提出した特許文献１、特許文献２において類似の発明を開示している。何れも未公開である。
【特許文献１】特許出願、特願２００２−３２９６２３号
【特許文献２】特許出願、特願２００３−２８６５７２号従って、以下に従来技術の問題を、上記文献記載の内容と重複する部分もあるが、再度説明する。
【０００３】
図４（Ａ）は従来の油圧ショベルの油圧回路図であり、図４（Ｂ）は電磁弁の入出力関係を示す。図４において、油圧ポンプ５１は傾斜板制御等による吐出量可変の油圧ポンプで、レギュレータ５２によって制御されている。また、油圧ポンプ５１はエンジン５３によって駆動されていると共に高圧の作業圧油をセンタ油路５４に供給する。センタ油路５４の下流にはアクチュエータ（図示省略）を制御する一群の方向切換弁５５等が接続されている。方向切換弁５５はリモコン弁５６の２次側のパイロット油圧により遠隔操作される。
【０００４】
一方、レギュレータ５２には２つの油室５２a、５２ｂが設けられており、油室５２aはセンタ油路５４に接続された分岐油路５９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５１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、吐出圧が変化しても出力トルクがエンジントルクを越えないように馬力一定制御が行われる。また油室５２ｂには電磁弁６０の２次側圧Ｐｆが作用し、油圧ポンプ５１の入力トルクを設定（増減）できるように構成されている。なお、油圧ポンプの入力トルクと出力トルクは、機械的な遅れ要素（傾斜板等６１による吐出流量制御の遅れ）のために、過度状態では一致しないが、定常状態では略一致する。電磁弁６０のソレノイドはコントローラ５７の出力側に接続され、コントローラ５７の入力側には入力トルクの選択スイッチ５８が接続されている。
【０００５】
電磁弁６０として逆比例電磁弁を使用した場合の電磁弁６０の２次側圧力Ｐｆとポンプ入力トルクＴの関係は、図４（Ｂ）に示すように、２次側圧力Ｐｆとポンプ入力トルクは逆比例的な関係にある。選択スイッチ５８の位置「Ｈ」を選択すると高入力トルクになる。即ち、電磁弁６０の２次側圧力は低圧力Ｐｆ１となり、レギュレータ５２により油圧ポンプ５１の吐出量が大きくなり、出力トルクも増大する。逆に、位置「Ｌ」を選択すると低入力トルクになる。即ち、油圧ポンプ５１の吐出量が小さくなり、出力トルクも減少するように構成されている。
【０００６】
油圧ショベルはいろいろな作業に使用される。例えば、重掘削作業、軽作業、仕上げ作業等があり、これらの作業を効率よく行うために、油圧ポンプ５１の入力トルクのレベルを選択スイッチ５８により切換えて行っている。以下の説明では、選択スイッチ５８で位置「Ｈ」を選択し、高入力トルクを選択した場合の応答について説明する。図５の左側は、高入力トルクを選択した場合のポンプ５１の特性（吐出量変化と入力トルク変化）を示す。吐出量Ｑは、吐出圧がＰＡに達するまでは一定（最大吐出量Ｑｍａｘ）で、吐出圧がＰＡに達した以後は馬力一定曲線（実線Ｋ）に従って減少する。
【０００７】
ＰＡはポンプ５１の傾斜板６１が傾転し始める点で傾転開始圧という（又は、「吐出量制御開始圧」という。以下簡単のため「傾転開始圧」という。）なお、従来回路においては、選択スイッチ５８の位置｛「Ｈ」、「Ｓ」、「Ｌ」｝が一定であれば、傾転開始圧は一定である。また、入力トルクＴは吐出圧がＰＡに達するまでは直線的に増加し、吐出圧がＰＡに達した以後は一定（Ｔｍａｘ）となる。図５の右側はエンジン５３の回転数Ｎと出力トルクＴとの関係を示す。
【０００８】
次に、例えば、掘削作業中に吐出圧が変化した場合について図６を参照して説明する。仮に、アイドリング状態から時刻（ｔ１）で作業状態（掘削作業未操作）にすると、吐出圧はＰｏからＰ１に上昇する。次に時刻（ｔ２）で掘削作業を開始して吐出圧がＰ１からＰ２まで急上昇したとすると、吐出圧は（Ｐ１、Ｐ３、ＰＡ、Ｐ４、Ｐ２）と上昇する。この際に吐出圧がＰＡまでは吐出量Ｑは一定（Ｑｍａｘ）であるが、ＰＡ以後は馬力一定曲線Ｋに従って減少せず、傾斜板６１の傾転が遅れるために吐出流量はＱｂ（図５の２点鎖線）のように変化し、時刻（ｔ４）で馬力一定曲線Ｋ上に落ち着く。この場合の傾斜板６１の遅れは図６の時間（ｔ３、ｔ４）である。即ち、ｔｂ＝ｔ４−ｔ３の遅れ時間が生じている。この結果、ポンプ５１は（Ｔｍａｘ）以上の入力トルクＴｂ（図示）を必要とし、エンジン回転数をＮ１からＮ２まで減少させる。エンジン６３は回転数をＮ１に戻すために燃料を図６のｑｍａｘからｑ２まで増加させ、その結果燃料消費量は斜線部分（イ）だけ余計に消費する。
【０００９】
また、掘削作業を続けて、一端負荷を軽くした後に負荷を重くした場合も同様である。例えば、時刻（ｔ５）で吐出圧をＰ２からＰ３に減少させた後に時刻（ｔ６）でＰ３からＰ４まで急上昇させた場合にも同様である。即ち、傾斜板６１は遅れ時間（ｔｃ＝ｔ８−ｔ７）だけ遅れながら傾転するために図６の斜線部（ロ）だけ燃料消費量が増加する。尚、以上に述べた現象は、選択スイッチ５８の位置を「Ｓ」又は「Ｌ」を選択した場合にも同様に起こる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上に説明したように、建設機械に使用されている傾斜板制御による吐出量可変ポンプでは作業中に吐出圧が傾転開始圧を挟んで負荷が急上昇する作業が頻繁に行われると無駄な燃料消費量が増加し、問題であった。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、傾転開始圧を挟んで負荷が急上昇する作業が頻繁に行われても燃料消費量が増加しない油圧回路を提供することを課題とする。  
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するための手段として以下の構成を採用している。即ち、
請求項１に記載の発明は、可変吐出量油圧ポンプと該油圧ポンプの吐出量制御開始圧を変更可能な入力トルク設定手段とを具備した建設機械の油圧回路において、前記油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出器と、該圧力検出器の出力を入力端に接続し、出力端を前記入力トルク設定手段に接続したコントローラとを具備し、該コントローラは、該圧力検出器による測定圧が元制御系の吐出量制御開始圧よりも低い場合は、新制御系の吐出量制御開始圧が該測定圧よりも僅かに高い圧力となるように入力トルクを設定することを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記コントローラは、更に、前記油圧ポンプの吐出圧の測定圧が前記元制御系の吐出量制御開始圧よりも低い状態から高い状態に上昇した場合は、吐出量制御開始圧が所定圧となるように入力トルクを設定することを特徴としている。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記所定圧は元制御系の吐出量制御開始圧と一致するように入力トルクを設定することを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３に記載の発明において、前記入力トルク制御手段は前記油圧ポンプの吐出量を制御するレギュレータと、該レギュレータの入力トルク設定ポートに接続された電磁逆比例弁とから構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料消費量を節約できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明を採用した実施形態の油圧回路によるポンプ特性を示し、図２（Ａ）はポンプの出力特性、図２（Ｂ）エンジンの特性を示す。図３は本実施形態の油圧回路図を示す。  本実施形態の油圧回路は、図３に示すように、ポンプ５１の吐出圧を検出する圧力センサ（圧力検出器）１１を設け、コントローラ１２入力端に入力トルクの選択スイッチ５８と圧力センサ１１の出力を接続し、電磁弁６０のソレノイドへの出力（制御量）を変更した点にある。
【００１６】
本発明では傾転開始圧が変化するので紛らわしくなる。即ち、元制御系（従来装置の制御系）の傾転開始圧と新制御系の傾転開始圧との区別が紛らわしくなるので、説明を簡単にするために、元制御系の傾転開始圧を「基準傾転開始圧」と呼び、新制御系の傾転開始圧を「修正傾転開始圧」と呼ぶことにする。
コントローラ１２の出力は、圧力検出器１１によるポンプ吐出圧Ｐが基準傾転開始圧よりも低い場合は、ポンプ吐出圧Ｐより僅かに高い圧力（Ｐ＋ΔＰ）を修正傾転開始圧となるように制御量（Ｐｆ）を定め、圧力検出器１１によるポンプ吐出圧Ｐが基準傾転開始圧よりも高い場合（同値の場合も含む）は、修正傾転開始圧を基準傾転開始圧と等しくなるように制御量（Ｐｆ）を定める。
【００１７】
図１により、本実施形態の油圧回路によるポンプ特性を説明する。吐出圧Ｐが徐々に増加する場合は従来回路と全く同じように動作する。即ち、従来回路における無駄な燃料噴射量、図６（ｂ）の斜線部（イ）及び（ロ）は生じない。吐出圧Ｐが傾転開始圧ＰＡを挟んで急上昇する場合を従来回路の場合と対比させて説明する。
【００１８】
時刻（ｔ１）で作業状態（掘削作業未操作）にすると、吐出圧はＰｏからＰ１に上昇する。次に時刻（ｔ２）で掘削作業を開始して吐出圧がＰ１からＰ２まで急上昇したとすると、吐出圧は（Ｐ１、Ｐ３、ＰＡ、Ｐ４、Ｐ２）と上昇する。この際に修正傾転開始圧は吐出圧Ｐに応じて（Ｐ１＋ΔＰ、Ｐ３＋ΔＰ、ＰＡ、ＰＡ、ＰＡ）と変化するようにコントローラ１２よって設定される。なお、曲線Ｋ１は（Ｐ１＋ΔＰ）における馬力一定曲線を示し、曲線Ｋ３は（Ｐ３＋ΔＰ）における馬力一定曲線を示す。従って、吐出量Ｑは傾斜板６１の傾転の遅れと修正傾転開始圧（Ｐ＋ΔＰ）の急上昇を原因として２点鎖線の曲線Ｑｄに従って減少し、最終的に馬力一定曲線Ｋに収斂し、曲線Ｋを大きく超えることはない。この場合の入力トルクは１点鎖線の曲線Ｔｄに従って増加するが、Ｔｍａｘを大きく超えることは無い。
【００１９】
即ち、遅れを伴う実際の吐出流量Ｑは馬力一定曲線Ｋｉ（Ｐｉ＋ΔＰにおける馬力一定曲線）がΔＰに相当する位相分だけ進んで進行するために、吐出圧Ｐが基準傾転開始圧ＰＡよりも小さい場合は元制御系の馬力一定曲線Ｋを超えない。また、吐出圧Ｐが基準傾転開始圧ＰＡと一致した時点で吐出流量Ｑは小さくなっており、しかも吐出流量Ｑは小さい部分では勾配が小さくなっている。従って、吐出流量Ｑが馬力一定曲線Ｋを超えてもその量は小さく、前記した従来装置のような燃料噴射量のロスは防止できる。また、吐出圧Ｐが基準傾転開始圧ＰＡ近辺から急上昇するような作業の場合、例えば、軽作業の選択スイッチ「Ｌ」を選んだ状態で重作業をするような場合等は、選択スイッチを「Ｈ」に切換えれば基準傾転開始圧が増大するので問題は生じない。
【００２０】
図２（Ａ）はこの場合のポンプ出力特性、図２（Ｂ）はエンジンの特性を示す。図２に示すように、ポンプ５１の入力トルクが最大トルクＴｍａｘを超えないためにエンジン５３は回転数を一定（Ｎ１）に維持し、燃料噴射量はｑｍａｘを超えて増加することは無く、無駄に燃料消費量が費やされる事は無い。
【００２１】
また、掘削作業を続けて、一端負荷を軽くした後に負荷を重くした場合も同様である。例えば、時刻（ｔ５）で吐出圧をＰ２からＰ３に減少させた後に時刻（ｔ６）でＰ３からＰ４まで急上昇させた場合にも同様である。即ち、傾斜板６１は修正傾転開始圧（Ｐ３＋ΔＰ）から遅れながら傾転するが、修正傾転開始圧（Ｐ＋ΔＰ）がより早く急上昇するために入力トルクＴｅはＴｍａｘを大きく超えることは無い。従って、この場合にも燃料噴射量はｑｍａｘを大きく超えて増加することは無く、無駄に燃料消費量が費やされる事は無い。
【００２２】
以上に説明したように、本実施形態によれば無駄に消費される燃料を節約することができるという効果が得られる。
以上本発明の実施形態を図面に基づいて詳述してきたが、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。例えば、吐出量可変油圧ポンプは傾斜板を使用したものに限定されず、他の方式により遅れを伴って吐出流量を制御する油圧ポンプにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を採用した実施形態の油圧回路によるポンプ特性を示す。
【図２】（Ａ）はポンプの出力特性、（Ｂ）エンジンの特性を示す。
【図３】本実施形態の油圧回路図を示す。
【図４】（Ａ）従来装置における油圧回路図、（Ｂ）電磁弁の特性を示す。
【図５】従来の油圧回路によるポンプ特性を示す。
【図６】従来の油圧回路による、（Ａ）はポンプの出力特性、（Ｂ）エンジンの特性を示す。
【符号の説明】
【００２４】
１１        
１２        コントローラ
５１        吐出量可変油圧ポンプ
５２        レギュレータ
５３        エンジン
６０        電磁逆比例弁
ＰＡ        基準傾転開始圧（元制御系の吐出量制御開始圧）
ΔＰ        正の僅かに高い圧力
Ｐ＋ΔＰ    修正傾転開始圧（新制御系の吐出量制御開始圧）
【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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