(57)【要約】  【課題】操作性を向上させ、かつ運転中に作業モードの切り換えを行っても、オペレータに違和感が生じないようにする。  【解決手段】エンジン１により駆動される油圧ポンプ２の吐出量を変更可能な電磁逆比例弁８を備え、油圧ポンプ２による油圧制御によって駆動する建設機械のエンジン制御装置であって、操作レバー６ａの操作状況を検出するパイロット圧力センサ１３と、このパイロット圧力センサ１３により検出された操作レバー６ａの操作状況に応じて、エンジン１の回転変動を行うことなく、電磁逆比例弁８が油圧ポンプ２の吐出量を変更させる信号を、電磁逆比例弁８に対し自動的に出力するコントローラ１０とを設ける。【選択図】図１
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【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の油圧ポンプと、該油圧ポンプの吐出量を変更可能な吐出量制御手段を備え、該油圧ポンプによる油圧制御によって駆動する建設機械のエンジン制御装置において、
操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、
該操作状況検出手段により検出された前記操作レバーの操作状況に応じ、かつ前記エンジンの回転変動を行うことなく、前記吐出量制御手段が前記油圧ポンプの吐出量を変更させる信号を、前記吐出量制御手段に対し自動的に出力するコントローラ、とを設けたことを特徴とする建設機械のエンジン制御装置。
【請求項２】
上記操作状況検出手段が上記操作レバーの操作速度に応じた信号を出力するとともに、前記操作状況検出手段からの出力で、前記操作レバーの操作がある速さ以上で行われていることが検出されると、上記コントローラが前記吐出量制御手段に対し、前記油圧ポンプの入力トルクを設定値まで上げるように指示する信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の建設機械のエンジン制御装置。
【請求項３】
上記コントローラの入力端に、上記油圧ポンプの吐出圧に応じた信号を出力するポンプ吐出圧検出手段の出力端を接続するとともに、前記コントローラを、該ポンプ吐出圧検出手段からの出力で、前記油圧ポンプの吐出圧が設定値以上であることが検出されると、前記コントローラが前記吐出量制御手段に対し、前記油圧ポンプの入力トルクを設定値まで上げるように指示する信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械のエンジン制御装置。
【請求項４】
上記可変容量油圧ポンプの吐出圧がある値以上に達し、その後、所定時間経過したら、上記コントローラが上記吐出量制御手段に対し、前記油圧ポンプの入力トルクをある値まで上げるように指示する信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項３記載の建設機械のエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ショベルなどの建設機械のエンジン制御装置に関するものであり、特に、油圧ポンプの吐出流量・吐出圧力などを制御しながら、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エンジン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、油圧ポンプの吐出流量や吐出圧力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駆動する油圧ショベルなどの建設機械が知られている。例えば、特許文献１には、作業状態に応じてエンジンの回転数を可変し、高速作業モードと低速作業モードとに自動的に切り換えて、燃費の節減や作業効率の改善、騒音の低減の改善を図った建設機械のエンジン制御装置が開示されている。
【特許文献１】特開平２−１０４９９２号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に開示されているような従来の建設機械のエンジン制御装置では、作業モードを切り換えたときに、エンジン回転数が大きく変動するので、オペレータに違和感を与え、使いづらいという問題点があった。
【０００４】
そこで、操作性を向上させ、かつ運転中に作業モードの切り換えを行っても、オペレータに違和感が生じない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】
【０００５】
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の油圧ポンプと、該油圧ポンプの吐出量を変更可能な吐出量制御手段を備え、該油圧ポンプによる油圧制御によって駆動する建設機械のエンジン制御装置において、操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、該操作状況検出手段により検出された前記操作レバーの操作状況に応じ、かつ前記エンジンの回転変動を行うことなく、前記吐出量制御手段が前記油圧ポンプの吐出量を変更させる信号を、前記吐出量制御手段に対し自動的に出力するコントローラとを設けた建設機械のエンジン制御装置を提供する。
【０００６】
この構成によれば、装置側において、操作レバーの操作状況から作業モードを推測し、装置側で油圧ポンプの吐出量の変更を自動的に行って作業モードを切り換えるため、その都度、オペレータはわざわざ選択スイッチ等を操作してモードを切り換えなくても、常に好適な作業モードが得られる。
【０００７】
すなわち、一般に操作レバーは、法面などの仕上げ作業時にはゆっくり操作され、表面均し作業時には早く操作されるが、コントローラは操作レバーがゆっくり操作されたときには、そのままポンプの吐出量を低く抑えて推移するように吐出量制御手段を制御する。一方、早く操作されたときには、ポンプの吐出量が上昇するように吐出量制御手段を制御し、早い均し作業を可能にする。このように、レバー操作の速さなどの操作状況をコントロール側で判断し、モードを自動で切り換えることが可能となるので、オペレータはわざわざモード切り換えスイッチ等を切り換えなくても、効率的な法面仕上げ作業が可能となる。
【０００８】
特に、法面仕上げ作業においては、表面均し作業と仕上げ作業を交互に行う場合が多々あるが、モードを自動で切り換えるため、オペレータによる切り換え操作が不要になり、効率的な法面作業を可能にする。
【０００９】
さらに、エンジンの回転変動を行わずにモード切り換えを行うことができるので、オペレータに与える違和感もなくなる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記操作状況検出手段が上記操作レバーの操作速度に応じた信号を出力するとともに、前記操作状況検出手段からの出力で、前記操作レバーの操作がある速さ以上で行われていることが検出されると、上記コントローラが前記吐出量制御手段に対し、前記油圧ポンプの入力トルクを設定値まで上げるように指示する信号を出力する建設機械のエンジン制御装置を提供する。
【００１１】
この構成によれば、操作レバーの操作がある速さ以上で行われると、吐出量制御手段の制御を介して、可変容量油圧ポンプの入力トルクが設定値以上になり、この入力トルクに適した作業モードへ自動的に切り換わる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記コントローラの入力端に、上記油圧ポンプの吐出圧に応じた信号を出力するポンプ吐出圧検出手段の出力端を接続するとともに、前記コントローラを、該ポンプ吐出圧検出手段からの出力で、前記油圧ポンプの吐出圧が設定値以上であることが検出されると、前記コントローラが前記吐出量制御手段に対し、前記油圧ポンプの入力トルクを設定値まで上げるように指示する信号を出力する建設機械のエンジン制御装置を提供する。
【００１３】
この構成によれば、ポンプ吐出圧がある値以上になると、吐出量制御手段の制御を介して、可変容量油圧ポンプの入力トルクがある値以上になり、これに適した作業モードへ自動的に切り換わる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、上記可変容量油圧ポンプの吐出圧がある値以上に達し、その後、所定時間経過したら、上記コントローラが上記吐出量制御手段に対し、前記油圧ポンプの入力トルクをある値まで上げるように指示する信号を出力する建設機械のエンジン制御装置を提供する。
【００１５】
この構成によれば、ポンプ吐出圧が設定値以上になり、かつ所定時間経過すると、可変容量油圧ポンプの入力トルクが設定値以上になり、これに適した作業モードへ自動的に切り換わる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明は、装置側において、操作作レバーの操作状況から作業モードを推測し、装置側で油圧ポンプの吐出量の変更を自動的に行って作業モードを切り換えるため、その都度、オペレータはわざわざ選択スイッチ等を操作して切り換えなくても済むので、オペレータによる操作性が向上する。
【００１７】
また、エンジンの回転変動を行うことなく、モードの切り換えを行うので、オペレータに与える違和感もなくなる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、装置側において、操作レバーの操作速度から作業モードを推測し、油圧ポンプの吐出量の変更を自動的に行って作業モードを切り換えるため、その都度、オペレータはわざわざ選択スイッチ等を操作して切り換えなくても済み、請求項１記載の発明の効果に加えて、さらにオペレータによる操作性が向上する。
【００１９】
請求項３記載の発明は、装置側において、ポンプ吐出圧から作業モードを推測し、油圧ポンプの吐出量の変更を自動的に行って作業モードを切り換えるため、その都度、オペレータはわざわざ選択スイッチ等を操作して切り換えなくても済み、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、さらにオペレータによる操作性が向上する。
【００２０】
請求項４記載の発明は、ポンプ吐出圧の変化が所定時間経過すると、これに適した作業モードへ自動的に切り換わるように不感帯を設けているので、請求項１，３記載の発明の効果に加えて、切り換え操作が安定する効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
操作性を向上させ、かつ運転中に作業モードの切り換えを行っても、オペレータに違和感が生じないようにするという目的を達成するために、エンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプの吐出量を変更可能な吐出量制御手段を備え、該油圧ポンプによる油圧制御によって駆動する建設機械のエンジン制御装置において、操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、該操作状況検出手段により検出された前記操作レバーの操作状況に応じ、かつ前記エンジンの回転変動を行うことなく、前記吐出量制御手段が前記油圧ポンプの吐出量を変更させる信号を、前記吐出量制御手段に対し自動的に出力するコントローラとを設けることにより実現した。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明における建設機械のエンジン制御装置の一実施例を油圧ショベルに適用し、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に適用される油圧ショベルの制御回路である。また、図２は図１の制御回路によって実現させる逆比例弁２次圧とポンプ入力トルクの関係を示す特性図、図３は図１の制御回路によって実現させるポンプの吐出圧と吐出流量の関係およびポンプの吐出圧とエンジン回転数の関係を示す特性図である。なお、本発明の建設機械は、油圧ショベルに限定されるものではない。
【００２３】
まず、図１に示す油圧ショベルの制御回路の構成について説明する。エンジン１によって駆動される油圧ポンプ２は、傾斜板９等の制御で吐出量を調節することが可能な吐出量可変形の油圧ポンプであり、レギュレータ３によって制御され、高圧の作業圧油をセンタ油路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等が接続されている。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２次側のパイロット油圧により遠隔操作される。
【００２４】
一方、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、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３ｂには、吐出量制御手段としての電磁逆比例弁８の２次側圧Ｐｆが作用し、油圧ポンプ２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２の入力トルクと出力トルクは、機械的な遅れ要素（傾斜板９等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。
【００２５】
電磁逆比例弁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。コントローラ１０の入力側には、入力トルクの選択スイッチ１１と、油圧ポンプ２の吐出圧を検出するポンプ吐出圧検出手段としてのメイン圧力センサ(圧力検出器)１２と、操作状況検出手段としてのパイロット圧力センサ(圧力検出器)１３が、それぞれ接続されている。パイロット圧力センサ１３は、リモコン弁６の２次側のパイロット油圧をシャトル弁１４を介して検出し、操作レバー６ａの速さ、すなわち操作レバーの操作状況に応じた信号をコントローラ１０に出力する。
【００２６】
コントローラ１０は、この制御回路全体を制御するもので、マイクロコンピュータを主体として構成されている。コントローラ１０は、作業モードの切り換え操作を、オペレータが、選択スイッチ１１を手で直接操作して切り換える手動操作と、選択スイッチ１１を使わずに、操作レバー６ａの操作状況から、装置側で作業モードを推測して、その推測した作業モードに自動的に切り換える自動操作の、２つの操作形式で制御を行うことができるようになっている。なお、手動操作と自動操作との切り換えは、オペレータが図示せぬスイッチを操作して切り換える。
【００２７】
次に、図１に示す油圧ショベルのエンジン制御回路の動作について説明する。通常、油圧ショベルには、重掘削モード（Ｈモード）、標準掘削モード（Ｓモード）、仕上げ掘削モード（Ｌモード）などの各作業モードに切り換えるための切換機構が装備されている。また、逆比例電磁弁８の２次側圧力Ｐｆとポンプ入力トルクＴの関係は、図２に示すように、逆比例的な関係にある。
【００２８】
(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」を選択すると重掘削モード（Ｈモード）になる。Ｈモードでは、電磁逆比例弁８の２次側圧力が低圧力Ｐｆ１となり、またレギュレータ３により油圧ポンプ２の吐出量が大きくなり、出力トルクも増大する。選択スイッチ１１の位置「Ｌ」を選択すると仕上げ掘削モード（Ｌモード）になる。すなわち、Ｌモードでは、油圧ポンプ２の吐出量が小さくなり、出力トルクも減少する。また、選択スイッチ１１の位置「Ｓ」を選択すると標準掘削モード（Ｓモード）になり、図２には示していないが、重掘削モード（Ｈモード）と仕上げ掘削モード（Ｌモード）との間で設定される。
【００２９】
そして、選択スイッチ１１でＨモードを選択した場合のポンプ特性（吐出量変化と入力トルク変化）は、図３中に実線Ｈで示すように、ポンプ吐出圧が油圧ポンプ２の傾斜板９が傾転し始める点(傾倒開始圧)ＰＡＨに達するまで、ポンプ吐出量Ｑは一定（最大吐出量Ｑｍａｘ）で、ポンプ吐出圧がＰＡＨに達した以後は馬力一定曲線に従って減少する。一方、選択スイッチ１１でＬモードを選択した場合のポンプ特性は、図３中に実線Ｌで示すように、ポンプ吐出圧が(傾倒開始圧)ＰＡＬに達するまで、ポンプ吐出量Ｑは一定（最大吐出量Ｑｍａｘ）で、ポンプ吐出圧がＰＡＬに達した以後は馬力一定曲線に従って減少する。また、入力トルクＴＨ，ＴＬはポンプ吐出圧がＰＡＨ，ＰＡＬに達するまではそれぞれ直線的に増加し、吐出圧がＰＡＨ，ＰＡＬに達した以後は一定（Ｔｍａｘ）となる。図３の右側はエンジン１の回転数Ｎと出力トルクＴとの関係を示す。
【００３０】
(自動操作)
次に、自動操作について説明する。図４は自動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。図４に示すフローチャートに従って説明すると、本実施例では、自動操作の場合、仕上げ掘削モード（Ｌモード）でスタートを開始するように設定してある。
【００３１】
今、掘削作業を行っているとすると、コントローラ１０は、パイロット圧力センサ１３からの信号で、操作レバー６ａの操作状況を監視する。そして、操作レバー６ａの操作速度Ｖ１が設定速度ＶＳよりも小さく、操作レバー６ａがゆっくりと操作されているときには、そのままＬモードを維持する(ステップＳ１)。
【００３２】
掘削の途中で土質が硬くなると、負荷が増大し、かつ油圧ポンプ２のポンプ吐出圧が上昇する。これをメイン圧力センサ１２が検出し、ポンプ吐出圧Ｐ１が設定値ＰＳ以上になり、それがある設定時間ＴＳ継続した場合、コントローラ１０は電磁逆比例弁８に２次圧Ｐｆ１の出力を指令する(ステップＳ２，Ｓ３)。これにより、油圧ポンプ２の入力トルクは最大トルクＴｍａｘとなり、馬力一定曲線はＬモードからＨモードにシフトし(ステップＳ４)、例えばポンプ吐出圧がＰ１だった場合、ポンプ吐出量もＱ１からＱ２に上昇し、軽負荷時のＱｍａｘに対して流量低下を抑えることで、作業低下も最小限にすることができる。
【００３３】
その後も、ポンプ吐出圧Ｐ１を監視し、ポンプ吐出圧Ｐ１が設定値ＰＳ以下になり、それがある設定時間ＴＳ継続した場合、コントローラ１０は電磁逆比例弁８に２次圧Ｐｆ２の出力を指令する(ステップＳ５，Ｓ６)。これにより、油圧ポンプ２の入力トルクは最小トルクＴｍｉｎとなり、馬力一定曲線はＨモードからＬモードに復帰する(ステップＳ７)。
【００３４】
次に、法面などの仕上げ作業を自動操作で行う場合を、同じ図４に示すフローチャートを用いて説明する。この作業の場合も自動操作であるので、仕上げ掘削モード（Ｌモード）でスタートを開始する。コントローラ１０は、パイロット圧力センサ１３からの信号で、操作レバー６ａの操作状況を監視する。そして、法面などの仕上げ作業で、操作レバー６ａの操作速度Ｖ１が設定速度ＶＳよりも小さく、ゆっくりと操作されているときには、そのままＬモードを維持する(ステップＳ１)。
【００３５】
一方、仕上げ作業から平面均し作業に移り、操作レバー６の操作速度が速くなると、これがメイン圧力センサ１２で検出され、２次圧の上昇の傾き(ΔＰ／Δｔ)が設定値以上だった場合、コントローラ１０は電磁逆比例弁８に２次圧Ｐｆ１の出力を指令する(ステップＳ２，Ｓ３)。これにより、油圧ポンプ２の入力トルクは最大トルクＴｍａｘとなり、馬力一定曲線はＬモードからＨモードにシフトし(ステップＳ４)、例えばポンプ吐出圧がＰ２だった場合、ポンプ吐出量もＱ３からＱ４に上昇し、早い均し作業が可能となる。
【００３６】
その後も、ポンプ吐出圧Ｐ１を監視し、ポンプ吐出圧Ｐ１が設定値ＰＳ以下になり、それがある設定時間ＴＳ継続した場合、コントローラ１０は電磁逆比例弁８に２次圧Ｐｆ２の出力を指令する(ステップＳ５，Ｓ６)。これにより、油圧ポンプ２の入力トルクは最小トルクＴｍｉｎとなり、馬力一定曲線はＨモードからＬモードに復帰する(ステップＳ７)。
【００３７】
したがって、特に法面仕上げ作業においては、仕上げ作業と表面均し作業を交互に行うことが多々あるが、自動操作に切り換えた場合は、装置側で操作レバー６ａの操作速度から作業状況を推測し、作業モードを自動で切り換えるため、オペレータはわざわざ選択スイッチ１１を切り換える必要がなくなり、効率的な法面仕上げ作業が可能となる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態による建設機械におけるエンジン制御装置によれば、自動に設定しておくと、装置側において、操作レバー６ａの操作状況から作業を推測し、油圧ポンプ２の吐出量の変更を自動的に行って作業モードを切り換えるため、その都度、オペレータはわざわざ選択スイッチ等を操作して切り換えなくても済むので、常に好適な作業モードが得られる。また、エンジンの回転変動を行わずにモード切り換えを行うことができるので、オペレータに与える違和感もなくなる。
【００３９】
なお、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】
【００４０】
【図１】本発明に適用される油圧ショベルのエンジン制御回路図。
【図２】図１の制御回路によって実現させる逆比例弁２次圧とポンプ入力トルクの関係を示す特性図。
【図３】図１の制御回路によって実現させるポンプの吐出圧と吐出流量の関係およびポンプの吐出圧とエンジン回転数の関係を示す特性図。
【図４】本発明において、コントローラによる制御手順の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４１】
１    エンジン
２    可変容量油圧ポンプ
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    電磁逆比例弁(吐出量制御手段)
９    傾斜板
１０  コントローラ
１１  選択スイッチ
１２  メイン圧力センサ(ポンプ吐出圧検出手段)
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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