(57)【要約】【課題】既存設備を生かしながら、コントローラのプログラムの改良のみによって操作量／比例弁二次圧の特性を補正し、公差による操作性のばらつきをなくする。【解決手段】リモコン弁３の操作量に応じてコントローラ７から出力される指令電流によって電磁比例減圧弁８を作動させ、この電磁比例減圧弁８の二次圧により油圧パイロット式のスプール弁である統一ブリードオフ弁５を作動させる油圧回路を前提とする。コントローラ７において、電磁比例減圧弁８に与えられる電流値である比例弁指令値とスプール弁の開口面積の特性を補正する補正処理として、ポンプ圧の変化度合いが大きくなる変曲点で、このときのポンプ圧を得るための実際の比例弁指令値と、公差が無いとした場合の理論上の比例弁指令値とを比較し、この両指令値の差を解消する補正を行うように構成した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作手段の操作量に応じてコントローラから出力される指令電流によって電磁比例減圧弁が作動し、この電磁比例減圧弁の二次圧により油圧パイロット式のスプール弁が作動し、このスプール弁の開口面積の変化によってポンプ圧が変化するように構成された油圧回路において、上記コントローラは、上記電磁比例減圧弁に与えられる電流値である比例弁指令値と上記スプール弁の開口面積の特性を補正する補正処理として、予め設定されたポンプ圧と、このポンプ圧が得られたときの実際の比例弁指令値とを検出し、この実際の比例弁指令値と、比例弁指令値に対する二次圧の公差が無いとした場合に上記設定ポンプ圧が得られる理論上の比例弁指令値とを比較し、この両指令値の差を解消する補正を行うように構成されたことを特徴とする建設機械の油圧回路。
【請求項２】
ポンプ圧に関して、比例弁指令値の変化に対してポンプ圧の変化度合いが大きく変わる変曲点が設定され、コントローラは、この変曲点での比例弁指令値の比較に基づいて補正を行うように構成されたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧回路。
【請求項３】
変曲点が複数設定され、コントローラはこの複数の変曲点での比例弁指令値の比較に基づいて補正を行うように構成されたことを特徴とする請求項２記載の建設機械の油圧回路。
【請求項４】
コントローラは、変曲点と、比例弁指令値に対する二次圧の公差が最小となるポイントでの比例弁指令値の比較に基づいて補正を行うように構成されたことを特徴とする請求項２記載の建設機械の油圧回路。
【請求項５】
コントローラは、ステップ状に変化するポンプ圧のステップ間の差圧から変曲点を求めるように構成されたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか1項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】
本発明は油圧ショベル等の油圧式建設機械において、操作手段の操作量をコントローラで電気信号に変換して電磁比例減圧弁に加え、その二次圧によりスプール弁を作動させる構成をとる油圧回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば油圧ショベルにおいては、操作手段(たとえばリモコン弁。以下、この例で説明する)の操作により油圧パイロット式のコントロールバルブを作動させ、油圧アクチュエータを作動させる構成がとられる。
【０００３】
また、この構成をとる油圧回路においては、操作手段の操作量に応じてポンプからタンクに逃げる流量(逆にいうと油圧アクチュエータへの供給流量)を変化させるブリードオフ制御が行われる。
【０００４】
この場合、ブリードオフのためのブリードオフ弁を複数のコントロールバルブ(油圧アクチュエータ)について共用する統一ブリードオフ方式をとる技術が公知である(たとえば特許文献１参照)。
【０００５】
この統一ブリードオフ制御は、リモコン弁の操作パイロット圧を圧力センサで検出してコントローラに送り、このコントローラから電磁比例減圧弁(以下、通称に従って比例弁という)に指令電流を与えてその二次圧を変化させ、この二次圧で油圧パイロット式のスプール弁である統一ブリードオフ弁の開口面積を変化させることによって行われる。
【０００６】
ところが、操作量と比例弁との間には、比例弁の指令電流／二次圧の公差によって機械ごとのばらつきが生じる。つまり、同じ操作量に対するブリードオフ弁の開口面積に機械ごとの個体差が生じる。
【０００７】
こうなると、操作に対する油圧アクチュエータの動き(たとえば起動点)が機械間でばらつくため操作性が悪くなる。
【０００８】
そこで、機械ごとに操作量／比例弁二次圧の関係を補正するのが望ましい。
【０００９】
この補正に関連する技術として、特許文献２に示されているように、操作量に基づくコントローラからの指令電流によって比例弁を作動させ、その二次圧でコントロールバルブを制御する油圧回路において、比例弁の二次圧を圧力センサで検出してコントローラにフィードバックし、指令電流の変化に対する二次圧の変化のずれを解消するように指令電流値を補正する技術が公知である。
【００１０】
従って、この公知の補正技術を応用することにより、指令電流値(操作量)と比例弁二次圧の特性を補正することが可能と考えられる。
【特許文献１】特開平１１−３０３８０９号公報
【特許文献２】特開平２−１３４４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記特許文献２に記載された公知技術をそのまま転用すると、既存回路に、比例弁二次圧を検出する圧力センサと、同センサとコントローラとの間の配線設備という新たな設備を追加しなければならず、コスト高となるとともに既存機への後付けが困難となるという問題が生じる。
【００１２】
そこで本発明は、既存設備を生かしながら、コントローラのプログラムの改良のみによって操作量／比例弁二次圧の特性を補正することができる建設機械の油圧回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、操作手段の操作量に応じてコントローラから出力される指令電流によって電磁比例減圧弁が作動し、この電磁比例減圧弁の二次圧により油圧パイロット式のスプール弁が作動し、このスプール弁の開口面積の変化によってポンプ圧が変化するように構成された油圧回路において、上記コントローラは、上記電磁比例減圧弁に与えられる電流値である比例弁指令値と上記スプール弁の開口面積の特性を補正する補正処理として、予め設定されたポンプ圧と、このポンプ圧が得られたときの実際の比例弁指令値とを検出し、この実際の比例弁指令値と、比例弁指令値に対する二次圧の公差が無いとした場合に上記設定ポンプ圧が得られる理論上の比例弁指令値とを比較し、この両指令値の差を解消する補正を行うように構成されたものである。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、ポンプ圧に関して、比例弁指令値の変化に対してポンプ圧の変化度合いが大きく変わる変曲点が設定され、コントローラは、この変曲点での比例弁指令値の比較に基づいて補正を行うように構成されたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２の構成において、変曲点が複数設定され、コントローラはこの複数の変曲点での比例弁指令値の比較に基づいて補正を行うように構成されたものである。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項２の構成において、コントローラは、変曲点と、比例弁指令値に対する二次圧の公差が最小となるポイントでの比例弁指令値の比較に基づいて補正を行うように構成されたものである。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項２乃至４のいずれかの構成において、コントローラは、ステップ状に変化するポンプ圧のステップ間の差圧から変曲点を求めるように構成されたものである。
【発明の効果】
【００１８】
通常、エンジンで油圧ポンプを駆動する建設機械の油圧回路においては、過負荷によるエンスト防止を目的として、ポンプ圧が高くなるとポンプ流量を落とす所謂馬力制御を行うため、ポンプ圧を検出するポンプ圧センサが設けられる。
【００１９】
また、前記した統一ブリードオフ回路のようにリモコン弁の操作量に応じたコントローラからの指令電流によってスプール弁を作動させる回路構成をとる場合、リモコン弁の操作量(パイロット圧)を検出するパイロット圧センサも設けられる。
【００２０】
一方、ベルヌーイの定理により、ポンプ圧とスプール弁の開口面積には後述するように一定の関係があり、ポンプ圧を検出すれば開口面積の特性が分かる。そして、油圧パイロット式のスプール弁の開口面積は比例弁の二次圧によって決まり、この二次圧は比例弁に加えられる指令電流値(比例弁指令値)によって決まる。従って、ポンプ圧と比例弁指令値とは一定の関係があり、ポンプ圧を検出すれば比例弁指令値が分かる。
【００２１】
本発明は以上の点を踏まえ、予め設定されたポンプ圧に対して、比例弁に実際に加えられた比例弁指令値と、公差が無いとした場合の理論上の比例弁指令値とを比較し、この両指令値の差を解消する補正を行う構成としたから、操作量／スプール弁の開口面積の特性を各機械の個体差に関係なく同一とし、これによって良好な操作性を確保することができる。
【００２２】
しかも、センサとしては、ポンプ圧を検出するポンプ圧センサと、操作量を検出するパイロット圧センサのみでよく、この両センサは、前記のように既存設備として元々設けられたセンサをそのまま利用できるため、補正のためだけに新たな設備を追加する必要がない。
【００２３】
すなわち、既存設備を生かしながら、コントローラのプログラムの改良のみによって操作量／比例弁二次圧の特性を補正することができる。従って、コストが安く、既存機への後付けも容易となる。
【００２４】
ところで、スプール弁の開口面積が同じでも、油温の影響による油の粘性変化や油の質の変化等によってポンプ圧に差が生じる場合がある。つまり、開口面積／ポンプ圧の特性には不安定要素がある。
【００２５】
一方、比例弁指令値と開口面積の特性について、開口面積の変化度合いが大きく変わる変曲点があると、油の粘性変化等の不安定要素に関係なくこの変曲点でポンプ圧も変曲する。
【００２６】
従って、変曲点でのポンプ圧に対する比例弁指令値を比較する請求項２乃至５の発明によると、不安定要素に関係なく正確な補正を行うことができる。
【００２７】
この場合、請求項３の発明によると、複数の変曲点での比例弁指令値の比較に基づいて補正(たとえば一次関数による補完)を行うため、さらに補正精度を高めることができる。
【００２８】
ところで、比例弁指令値／比例弁二次圧の設定を行う場合、通常、特定の指令電流値(たとえば４００ｍＡ)で公差が最小となるように設定される。
【００２９】
そこで請求項４の発明のように、変曲点と、比例弁指令値に対する二次圧の公差が最小となるポイントでの比例弁指令値の比較に基づいて補正を行う構成をとることによっても補正精度を高めることができる。
【００３０】
なお、スプール弁の開口面積の変曲点(ポンプ圧の変曲点)は、通常、特定の操作領域でのアクチュエータの応答性を高める等の目的で操作量／アクチュエータの特性として元々設定されているため、その変曲点をそのまま利用することができる。
【００３１】
一方、このような変曲点がスプール弁に元々設定されていない場合には、変曲点を新たに設けることとなる。
【００３２】
また、変曲点を検出する手法として、請求項５の発明のようにステップ状に変化するポンプ圧のステップ間の差圧から変曲点を求めることにより、変曲点を容易にかつ正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
この実施形態では、背景技術の説明の項に合わせて統一ブリードオフ制御を行う油圧回路を適用対象として例にとっている。
【００３４】
図１にこの油圧回路の全体構成を示す。
【００３５】
油圧ポンプ１とタンクＴとの間に、複数の油圧アクチュエータとこれらを個別に制御する複数の油圧パイロット式のコントロールバルブとを備えた油圧アクチュエータ回路２が接続されている。
【００３６】
各コントロールバルブは個別のリモコン弁によって操作されるが、ここでは図及び説明を分かり易くするために一つのリモコン弁３のみを示している。
【００３７】
また、油圧ポンプ１とタンクＴとの間に、油圧アクチュエータ回路２と並列にブリードオフライン４が設けられ、このブリードオフライン４に、全油圧アクチュエータについて一括してリモコン弁操作量に応じたブリードオフ制御を行うための油圧パイロット式のスプール弁としての統一ブリードオフ弁５が設けられている。
【００３８】
この統一ブリードオフ弁５は、開口面積が最大となるアンロード位置イと開口面積が０となるブロック位置ロとの間でストローク作動してブリードオフ制御を行う。
【００３９】
この統一ブリードオフ弁５のパイロットライン６には、コントローラ７によって制御される電磁比例減圧弁(以下、背景技術の説明の項に合わせて比例弁という)８が設けられ、この比例弁８の二次圧が統一ブリードオフ弁５のパイロットポートにパイロット圧として供給される。９は比例弁８の一次圧源である。
【００４０】
また、この油圧回路に元々設けられるセンサとして、馬力制御を行うためにポンプ圧を検出してコントローラ７に送るポンプ圧センサ１０と、リモコン弁３の操作量に応じたブリードオフ制御を行うためにリモコン弁３からのパイロット圧を検出してコントローラ７に送るパイロット圧センサ１１とを具備している。
【００４１】
１２は調整モード選択スイッチで、機械の出荷時や比例弁８またはその関連部品の取替え時等にこのスイッチ１２がオン操作されるとコントローラ７が調整モードとなり、機械の使用時、つまり毎回の操作時に行われる補正処理(リモコン弁操作量に基づいてコントローラ７から比例弁８に指令される電流値について機械ごとの公差によるばらつきの修正)に備えた調整作用が行われる。
【００４２】
この調整作用と補正処理について以下に詳述する。
【００４３】
通常の操作においてリモコン弁３を操作すると、この操作量に応じてリモコン弁３から出力されたパイロット圧がパイロット圧センサ１１で検出されてコントローラ７に送られ、コントローラ７から比例弁８に向けて指令電流が出力される。このパイロット圧Ｐｉと比例弁指令値の関係を図４のフローチャートにおけるステップＳ６中に示す。
【００４４】
一方、図２は比例弁指令値Ｉと、統一ブリードオフ弁５の開口面積及びポンプ圧の関係を示す。図示のように比例弁指令値Ｉが増加すると開口面積は減少し、これに合わせてポンプ圧が上昇する。すなわち、開口面積とポンプ圧とは一定の関係があり、ポンプ圧が分かれば開口面積が分かる。
【００４５】
そして、統一ブリードオフ弁５の開口面積(以下、弁開口面積という)は比例弁８の二次圧によって決まり、この二次圧はコントローラ７から比例弁８に加えられる電流値(比例弁指令値)によって決まる。
【００４６】
従って、ポンプ圧と比例弁指令値とは一定の関係があり、ポンプ圧を検出すれば比例弁指令値が分かる。このため、予め設定したポンプ圧に対して、コントローラ７から実際に出力される比例弁指令値と、公差がないとした場合の理論上の比例弁指令値とを比較し、両者の差を埋める補正を行えば、全ての機械の操作量／弁開口面積の特性を同一とすることができる。
【００４７】
但し、弁開口面積が同じでも、油温の影響による油の粘性変化等によってポンプ圧が変わる場合がある。つまり、弁開口面積／ポンプ圧の特性には不安定要素があり、同じ弁開口面積でもポンプ圧に差が生じる可能性があるため、無作為に抽出したポンプ圧に基づいて比例弁指令値を比較すると正確な補正を行えないおそれがある。
【００４８】
ここで、比例弁指令値と開口面積は基本的には比例関係にあるが、通常、特定の操作領域でのアクチュエータの応答性を高める等の目的で、図２に示すように比例弁指令値に対して開口面積の変化度合いが大きくなる変曲点(ここでは二点の場合を示す)が設定される。この開口面積の変曲点ではポンプ圧の変化度合いも大きくなり、ポンプ圧にも変曲点が生じる。
【００４９】
このポンプ圧の変曲点では、油の粘性の変化等があっても圧力の変化の度合いが大きいことから、比較のポイントを正確に検出することができる。なお、変曲点が予め設定されていない場合は、変曲点を新たに設定すればよい。
【００５０】
この場合、変曲点は、ポンプ圧の変化の度合いが大きく変化する境界点をとらえることで検出することができる。具体的にはたとえば次の手法をとることができる。
【００５１】
図３に示すように、比例弁指令値をステップ状に増加させることにより、比例弁二次圧をステップ状に増加させる。こうすると、比例弁８がストロークして弁開口面積がステップ状に減少し、ポンプ圧もステップ状に変化する。そこで、このポンプ圧を検出し、各ステップにおいて前ステップとの差圧を求める。
【００５２】
図３の例でいうと、It+1=It+ΔＩで、このときの圧力はPt+1、前ステップとの差圧ΔP+1=Pt+1-Ptとなり、この差圧ΔP+1が最も大きいところを変曲点としてこのときの比例弁指令値I0を求める。
【００５３】
この実施形態では、上記ポンプ圧の変曲点での比例弁指令値の実際値と理論値とを比較する構成をとっている。
【００５４】
この点の作用を図４のフローチャートを併用して説明する。
【００５５】
ステップＳ1〜ステップＳ４は機械の出荷時等に行う調整作用を示す。
【００５６】
ステップＳ１で図１の調整モード選択スイッチ１２からの入力状況が検出され、ステップＳ２で調整モードか否かが判別される。
【００５７】
調整モードが判別されると、ステップＳ３でポンプ圧の変曲点が検出された後、ステップＳ４で調整モードオフとなり、ステップＳ２に戻る。
【００５８】
ステップＳ５以降は、機械の使用時、つまり毎回の通常操作ごとに行われる補正処理の内容を示す。
【００５９】
ステップＳ５でパイロット圧Ｐｉが入力された後、ステップＳ６において、パイロット圧Ｐｉと比例弁指令値Ｉ0の関係について設定・記憶されたマップから比例弁指令値Ｉ0が算出される。
【００６０】
そして、図４のステップＳ５において、二つの変曲点で求められた実際の比例弁指令値I1ａ, I1ｂと、理論上の比例弁指令値Ｉ0ａ,Ｉ0ｂとが比較され、ここで両指令値に差があれば、その差が０となるように補正が行われる。
【００６１】
たとえば、ある変曲点での比例弁指令値が、理論上は５００ｍＡであるところ、ある機械では実際には４５０ｍＡである場合、その機械については４５０ｍＡで変曲点のポンプ圧となるように、パイロット圧Ｐｉと比例弁指令値の関係を設定する。
【００６２】
なお、この実施形態の場合、二つの変曲点についての指令値の比較に基づく補正(たとえば一次関数による補完)が行われる。
【００６３】
この後、ステップＳ６で補正後の比例弁指令値である補正値Ｉ１が比例弁８に出力される。
【００６４】
この補正処理を行うことにより、すべての機械について同じパイロット圧で同じ変曲点となる。すなわち、比例弁８の公差に関係なくリモコン弁操作量／弁開口面積の特性が同一となり、同じ操作量で同じアクチュエータの動きが得られるため、良好な操作性を確保することができる。
【００６５】
しかも、この回路によると、図１に示すようにセンサとしてはポンプ圧を検出するポンプ圧センサ１０と、操作量(リモコン弁パイロット圧)Ｐｉを検出するパイロット圧センサ１１のみでよく、この両センサ１０,１１は、前記のように既存設備として元々設けられたセンサをそのまま利用できるため、補正のためだけに新たな設備を追加する必要がない。従って、コストが安く、既存機への後付けも容易となる。
【００６６】
また、この実施形態によると、変曲点でのポンプ圧に対する比例弁指令値を比較する構成をとるため、油温の影響による油の粘性変化等の不安定要素に関係なく正確な補正を行うことができる。
【００６７】
さらに、二つの変曲点での比例弁指令値の比較に基づいて補正を行うため、さらに補正精度を高めることができる。
【００６８】
他の実施形態
(１)  比例弁指令値／二次圧の設定を行う場合、通常、図５に示すように特定の比例弁指令値Ｉ(たとえば４００ｍＡ)で比例弁二次圧の公差が最小となるように設定される。
【００６９】
そこで、前記実施形態の方法によって求めた一つの変曲点と、比例弁指令値に対する二次圧の公差が最小となるポイントでの比例弁指令値の比較に基づいて補正を行う構成をとってもよい。この場合にも、一つの変曲点のみでの比較に基づく場合と比較して補正精度を高めることができる。
【００７０】
(２)  上記実施形態では図４のフローチャートに示すように調整処理と補正処理を分け、機械の出荷時等に調整処理を行って変曲点を求め、機械の操作時ごとにこの変曲点をもとに補正処理を行う構成をとったが、機械の操作時に変曲点を検出するとともに、この変曲点をもとにパイロット圧と比例弁指令の関係について補正マップを作成し、予め記憶された未補正のマップをこの補正マップに変換する構成をとってもよい。
【００７１】
図６によって説明すると、ステップＳ１１で図１の調整モード選択スイッチ１２からの入力状況が検出され、ステップＳ２で調整モードか否かが判別される。
【００７２】
調整モードが判別されると、ステップＳ１３で図４のステップＳ３と同じ処理によってポンプ圧の変曲点が検出される。
【００７３】
この後、ステップＳ１４でパイロット圧Ｐｉの入力、ステップＳ１５で比例弁指令値Ｉ０の算出がそれぞれ行われ、ステップＳ１６で、図４のステップＳ７の手法を用いて補正マップが算出される。なお、この補正マップは、たとえば二つの変曲点に基づいて得た補正値をもとに一次式を求めることによって得ることができる。
【００７４】
そして、ステップＳ１７において、アクチュエータごとのパイロット圧と比例弁指令値の関係について予め記憶されたマップを補正マップに変換し、ステップＳ１８でこれが記憶される。
【００７５】
この後、ステップＳ１９で調整モードがオフとなってステップＳ１２に戻り、通常操作に入る。
【００７６】
この構成によっても、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
(３)  比例弁指令値の比較は、上記実施形態のように変曲点で行うのが望ましいが、次善の手法として、予め設定した１または複数のポンプ圧を比較のポイントとしてこのときの比例弁指令値の比較を行うようにしてもよい。
【００７８】
(４)  本発明は、上記実施形態で挙げた、統一ブリードオフ弁を備えた油圧回路に限らず、操作手段の操作量に応じてコントローラから出力される指令電流によって電磁比例減圧弁が作動し、この電磁比例減圧弁の二次圧により油圧パイロット式のスプール弁が作動し、このスプール弁の開口面積の変化によってポンプ圧が変化するように構成された油圧回路に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施形態にかかる油圧回路の全体構成を示す図である。
【図２】同回路における比例弁指令値と弁開口面積及びポンプ圧との関係を示す図である。
【図３】同回路においてポンプ圧の変曲点を求めるための手法を説明するための図である。
【図４】同回路による調整及び補正処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図５】比例弁指令値に対する比例弁二次圧の公差の関係を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態にかかる油圧回路による調整及び補正処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
１  油圧ポンプ
３  操作手段としてのリモコン弁
５  スプール弁としての統一ブリードオフ弁
７  コントローラ
８  電磁比例減圧弁
１０  ポンプ圧センサ
１１  パイロット圧センサ
１２  調整モード選択スイッチ
【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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