CN1950614A - 作业机械的液压驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在作业条件时刻变化的实际作业中，也能够可靠地得到燃料费降低效果的作业机械的液压驱动装置。设置有判别作业条件的作业条件判别部(41)和控制液压泵(18)的吸收转矩的液压泵控制装置(40b)，在由作业条件判别部(41)判别的作业条件为特定的作业条件时，液压泵控制装置(40b)控制液压泵(18)的吸收转矩，以使液压泵(18)的吸收转矩特性曲线成为在燃料消费率大约最小的发动机输出转矩点(Mb)使发动机(17)的输出转矩和液压泵(18)的吸收转矩一致的液压泵吸收转矩特性曲线(PLb)。

Description

作业机械的液压驱动装置
技术领域
本发明涉及一种优选搭载在液压挖掘机等作业机械上的液压驱动装置。
背景技术
作为此种现有的液压驱动装置，例如，已知在专利文献1～3中提出。在专利文献1的液压驱动装置中，分别设定了与操作者所选择的作业模式相适合的发动机输出转矩特性及液压泵吸收转矩特性。另外，在专利文献2的液压驱动装置中，通过检测操作杆的特定的操作状态，检测作业机等处于特定的操作状态的情况，当作业机等处于特定的操作状态时，将液压泵的吸收转矩的最大值设定为与该操作状态一致的规定值。另外，在专利文献3的液压驱动装置中，在多个作业模式中的任一作业模式中，均能够以最小燃料费进行作业。此外，作为相关现有技术，例如，有专利文献4提出的建筑机械的发动机控制机构。
专利文献1：日本特开平2-38630号公报
专利文献2：日本特开2002-295408号公报
专利文献3：日本特许第3064574号公报
专利文献4：日本特开平11-2144号公报
在所述专利文献1的液压驱动装置中，在操作者选择了重挖掘模式时，发动机全负荷运转，在图10(a)中，设定用符号ELa的曲线表示的发动机输出转矩特性。在该发动机输出转矩特性曲线Ela上，对设定发动机转速NA设定调整曲线Ra，并且，在发动机转速Na上进行设定使得发动机的输出(功率)为最大值。该发动机转速在图中所示的点Ma为Na，发动机的输出转矩是Ta。另外，通过调整可变容量型液压泵(以下，简称为“液压泵”)的喷出油量，在同一图(a)中，设定用符号PLa的曲线表示的液压泵吸收转矩特性。在此，该液压泵吸收转矩特性曲线PLa为以发动机转速为变量的单调增加函数。而且，在点Ma，发动机的输出转矩和液压泵的吸收转矩一致。这样，将发动机的输出转矩和液压泵的吸收转矩一致称为“匹配”，将同一图中的点Ma称为匹配点Ma。在同一图中，因为匹配点Ma与发动机的最大功率点一致，因此通过在匹配点Ma用液压泵吸收发动机的功率即发动机最大功率，能高效率进行重挖掘作业。这样，例如将在匹配点Ma的发动机输出转矩Ta和发动机转速Na设为目标值，运算发动机的目标转速和实际转速的偏差同时增减液压泵的吸收转矩，在匹配点Ma使发动机输出转矩和液压泵吸收转矩匹配，所述控制方式称为“发动机转速传感控制”，其是公知的技术。
另外，同液压驱动装置中，在操作者选择了挖掘模式或平整模式时，发动机部分负荷运转(局部运转)，在图10(b)中，设定用符号ELc的曲线表示的发动机输出转矩特性。在该发动机输出转矩特性曲线ELc上，对设定发动机转速NC设定调整特性曲线Rc。另外，通过调整液压泵的喷出油量，在同一图(b)中，设定用符号PLc的曲线表示的液压泵吸收转矩特性，液压泵吸收转矩对应于发动机的设定发动机转速以沿着发动机的等功率曲线的值控制。将这种液压泵吸收转矩和发动机输出转矩的匹配方式称为“等功率控制”。在同一图(b)中，在通过发动机转速Nc和与该发动机转速Nc对应的发动机输出转矩Tc而特定的输出转矩点Mc，发动机的输出转矩和液压泵的吸收转矩相匹配(以下，将输出转矩点Mc称为“匹配点Mc”)。此时，能够在燃料消费率(g/kw·h：以下省略)比设定发动机转速NA时的匹配点Mc’低的匹配点Mc使发动机的输出转矩和液压泵的吸收转矩相匹配，所以，与在匹配点Mc’的发动机功率相同且燃料消费率良好的区域使用发动机。
另外，在所述专利文献2的液压驱动装置中，例如在选择了所述重挖掘模式的状态下，当检测到操作杆处于特定的操作状态时，通过调整液压泵的喷出油量，在图10(c)中，设定用符号PLd的曲线表示的液压泵吸收转矩特性，将液压泵吸收转矩控制为一定。将这样的液压泵吸收转矩和发动机输出转矩的匹配方式称为“定转矩控制”。在同一图(c)中，在通过发动机转速Nd和与该发动机转速Nd对应的发动机输出转矩Td而特定的输出转矩点Md，发动机输出转矩和液压泵吸收转矩相匹配(以下，将输出转矩点Md称为“匹配点Md”)。并且，当作业机构等处于特定的操作状态时，使液压泵吸收转矩的最大值与其操作状态一致，设定为匹配点Md，由此限制为作业中需要的液压泵输出，从而在总量上降低轻负荷作业时的燃料费。
另外，在专利文献3的液压驱动装置中，对每种作业模式设定得到最小燃料费的目标输出转矩点，并且，液压泵吸收在与通过操作者切换作业模式而选择的作业模式对应的所述目标输出转矩点上的发动机功率，由此，能够确保作业所需要的泵输出，且降低燃料费。
另外，在专利文献4的建筑机械的发动机控制机构中，泵控制器对应于油门开度、泵喷出压力、操作杆装置的操作量来计算泵最大吸收功率和泵需要功率，并且通过选择其最小值求得发动机需要功率，并且，通过油门开度、操作杆装置的操作量、实际发动机转速来计算泵需要转速，求得发动机需要转速，另一方面，发动机控制器求得与所述发动机需要功率对应的燃料消费率最低的需要功率参照目标发动机转速，将该需要功率参照目标发动机转速和所述发动机需要转速相比较，将大的一方的转速设定为发动机目标转速，基于该发动机目标转速控制燃料喷射量和燃料喷射时期，由此控制发动机的输出转矩和转速。根据该建筑机械的发动机控制机构，在操作杆装置的操作量少且几乎不需要发动机转速的轻负荷时，能够在燃料消费率低的区域使用发动机，另外，在操作杆装置的操作量大且需要高发动机转速的高负荷时，能够优先提高发动机转速，确保作业性。
但是，在用液压挖掘机进行作业时，例如，在挖掘土砂，将该被挖掘的土砂兜入铲斗，提升动臂同时使上部旋转体旋转，将该铲斗内的土砂堆入自卸卡车的情况、和为了在土砂的堆入结束后进入下一次作业循环，而使动臂下降且旋转的情况下，需要的泵输出差异很大。
但是，在所述专利文献1的液压驱动装置中，当在选择了重挖掘模式的图10(a)所示的状态下进行所述一连串的作业动作时，发动机在输出转矩点Ma附近运转，在该一连串作业中即使作业条件处于几乎不需要液压泵的输出的作业条件下，发动机也在燃料消费率较高的发动机转速Na附近使用，因此存在无谓的燃料消费的问题。还有，操作者对应于在所述一连串的作业之间时刻变化的作业条件而进行图10(a)所示的重挖掘模式和同一图(b)所示的挖掘模式(平整模式)的切换这一操作实质上是不可能的，因此，在作业条件时刻变化的实际作业中，存在不能得到充分的燃料费降低效果的问题。
另外，在所述专利文献2的液压驱动装置中，在进行所述一连串的作业时，如图10(c)所示，虽然对应于作业条件的变化来控制液压泵的输出，由此抑制无谓的能量消耗，但是，在此一连串作业中，发动机在调整曲线Ra上(发动机转速NA～Nd)的燃料消费率的范围内运转，存在燃料费差的问题。
另外，在所述专利文献3的液压驱动装置中，由于通过操作者进行作业模式的切换来进行得到最小燃料费的目标输出转矩点的变更，因此，对应于在所述一连串的作业之间时刻变化的作业条件而进行得到最小燃料费的目标输出转矩点的变更这一操作实质上是不可能的，因此，在作业条件时刻变化的实际作业中，存在不能得到充分的燃料费降低效果的问题。
另外，在专利文献4的建筑机械的发动机控制机构中，在操作杆装置的操作量小且几乎不需要发动机转速的轻负荷时，能够在燃料消费率低的区域使用发动机，另外，在操作杆装置的操作量大且需要高发动机转速的高负荷时，能够优先提高发动机转速，确保作业性，但是，在使操作杆装置的操作量急剧变化时，发动机转速的变化频繁，但作业机并不追随发动机转速的上下，因而，存在不与操作者的操作感觉一致的问题。
发明内容
本发明是鉴于以上所述的问题而作出的，其目的在于提供一种即使在作业条件时刻变化的实际作业中，也能够可靠地得到燃料费降低效果的作业机械的液压驱动装置。
为了实现所述目的，本发明提供一种作业机械的液压驱动装置，其具备发动机、由该发动机驱动的液压泵、及通过从该液压泵喷出的压力油工作的液压致动器，其特征在于，
设置有判别作业条件的作业条件判别机构和控制所述液压泵吸收转矩的液压泵控制机构，
在由所述作业条件判别机构判别的作业条件为特定的作业条件时，所述液压泵控制机构控制所述液压泵的吸收转矩，以使所述发动机的输出转矩和所述液压泵的吸收转矩在所述发动机的燃料消费率为大约最小的规定的发动机输出转矩点一致(第一方面)。
在第一方面的基础上，优选所述作业条件判别机构具有检测所述液压致动器的操作状态的操作状态检测机构及/或检测所述液压泵的喷出压力的喷出压力检测机构，基于通过所述操作状态检测机构得到的检测结果及/或通过所述喷出压力检测机构得到的检测结果来判别作业条件(第二方面)。
在所述各方面的基础上，优选所述液压泵控制机构逐渐进行以下特性的切换，即，在所述规定的发动机输出转矩点使所述发动机的输出转矩和所述液压泵的吸收转矩一致的一液压泵吸收转矩特性；在与所述规定的发动机输出转矩点不同的其他的发动机输出转矩点使所述发动机的输出转矩和所述液压泵的吸收转矩一致的其他的液压泵吸收转矩特性(第三方面)。
在所述各方面的基础上，优选设置有控制所述发动机的无负荷时发动机转速的节流(throttle)控制机构，该节流控制机构在通过所述液压泵控制机构对在所述规定的发动机输出转矩点使所述发动机的输出转矩和所述液压泵的吸收转矩一致的一液压泵吸收转矩特性、和在与所述规定的发动机输出转矩点不同的其他的发动机输出转矩点使所述发动机的输出转矩和所述液压泵的吸收转矩一致的其他的液压泵吸收转矩特性进行切换时，与该切换动作同步地使所述无负荷时发动机转速对应于与所述规定的发动机输出转矩点对应的发动机转速和与所述其他的发动机输出转矩点对应的发动机转速的差分变化(第四方面)。
(发明效果)
在第一方面中，例如将几乎不需要液压泵的输出的作业条件设定为特定的作业条件，并且，在作业条件时刻变化的实际作业中，通过作业条件判别机构判别现在的作业条件是哪种作业条件。而且，在由作业条件判别机构判别的作业条件是特定的作业条件时，通过液压泵控制机构所进行的液压泵的吸收转矩的控制，在发动机燃料消费率为大约最小的规定的发动机输出转矩点，使发动机的输出转矩和液压泵的吸收转矩一致。因此，即使在作业条件时刻变化的实际作业中，也能够可靠地得到燃料费降低效果。
通过采用发第二方面的构成，能够容易且可靠地判别时刻变化的作业条件。
根据第三方面，由于逐渐进行液压泵的吸收转矩特性的切换，因此可以抑制发动机转速的急剧变化或液压泵的喷出油量的急剧变化，从而缓和施加于液压致动器等上的冲击等。
通过采用第四方面的构成，能够降低实际作业中的噪声。
附图说明
图1是本发明一实施方式的液压挖掘机的侧视图；
图2是本实施方式的液压驱动装置的整体概略系统构成图；
图3是本实施方式的发动机的输出转矩特性线图；
图4是本实施方式的发动机·液压泵控制装置的功能框图；
图5是表示发动机的输出转矩特性和液压泵的吸收转矩特性的关系的特性线图(1)；
图6是表示发动机的输出转矩特性和液压泵的吸收转矩特性的关系的特性线图(2)；
图7是表示液压泵吸收转矩特性曲线的变化的状态的图；
图8是表示作业条件的判别的处理顺序的流程图；
图9是表示一作业例的设定发动机转速、液压泵吸收转矩及燃料消费率的变化的状态的时间图；
图10是现有技术的说明图。
符号说明
1-液压挖掘机；17-发动机；18-液压泵；20-液压致动器；22-发动机控制器；24-泵控制器；25-转速传感器；28-电磁比例控制阀；29-压力传感器；37-液压开关；38-电位计；39-监控面板；40-发动机·液压泵控制装置；40a-发动机控制装置；40b-液压泵控制装置；41-作业条件判别部；42-泵吸收转矩指令控制部；43-控制电流指令控制部；44-节流指令控制部；EL-发动机输出转矩特性曲线；PLb-液压泵吸收转矩特性曲线；Mb-匹配点；Fm-燃料费图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的作业机械的液压驱动装置的具体实施方式进行说明。还有，本实施方式是本发明适用于作为作业机械的液压挖掘机中的例。
图1表示本发明一实施方式的液压挖掘机的侧面图。另外，图2表示本实施方式的液压驱动装置的整体概略系统构成图，图3表示本实施方式的发动机的输出转矩特性线图，图4表示本实施方式的发动机·液压泵控制装置的功能框图。
本实施方式的液压挖掘机1如图1所示，其具备：下部行驶体2，其具备通过行驶用液压电机2a驱动的行驶装置2b而成；旋转装置3，其通过旋转用液压电机3a驱动；上部旋转体4，其经由该旋转装置3配置在所述下部行驶体2上；作业机5，其安装在该上部旋转体4的前部中央位置；驾驶室6，其设置在该上部旋转体4的前部左方位置。在此，所述作业机5通过从上部旋转体4侧依次可分别转动地连结动臂(boom)7、斗杆(arm)8和铲斗9而成，且配置有液压缸(动臂液压缸10、斗杆液压缸11及铲斗液压缸12)，使其分别与这些动臂7、斗杆8及铲斗9对应。另外，在所述驾驶室6的驾驶席(省略图示)的两侧配置有操作上部旋转体4的旋转动作及作业机构5的屈曲起伏动作的作业机操作杆13、14(参照图2)，并且，在同一驾驶席的前方配置有操作下部行驶体2的行驶动作的一对行驶操作杆15、15(参照图2)。
该液压挖掘机1中装有图2所示的液压回路16。该液压回路16的构成是，将从由发动机17驱动的液压泵18喷出的工作压力油经由操作阀19供给于液压致动器20(动臂液压缸10、斗杆液压缸11、铲斗液压缸12、行驶用液压电机2a、旋转用液压电机3a)。而且，通过该液压回路16的工作，分别进行所述作业机构5的屈曲起伏动作、上部旋转体4的旋转动作及下部行驶体2的行驶动作。
所述发动机17是柴油发动机，在此发动机17中，设定用图3中符号η的等燃料费曲线表示的燃料费图Fm，并且设定用同一图中符号EL的曲线表示的发动机输出转矩特性。在该发动机输出转矩特性曲线EL上，当设定发动机转速(无负荷时发动机转速)为NA时，对该设定发动机转速NA设定调整曲线Ra，当设定发动机转速为NB(NB＜NA)时，对该设定发动机转速NB设定调整曲线Rb，在设定发动机转速为NC(NC＜NB)时，对该设定发动机转速NC设定调整曲线Rc。另外，在该发动机输出转矩特性曲线EL上，在作为设定发动机转速设定了NA时，在由发动机转速Ns和与该发动机转速Ns对应的发动机17的输出转矩Ts特定的输出转矩点Ms，发动机17的输出转矩为最大，另外，在由发动机转速Na和与该发动机转速Na对应的发动机17的输出转矩Ta特定的输出转矩点Ma，发动机17的输出(功率)为最大，另外，在由发动机转速Ns和发动机转速Na之间的规定发动机转速Nb、和与该规定发动机转速Nb对应的发动机17的输出转矩Tb特定的输出转矩点Mb(相当于本发明的“规定的发动机输出转矩点”)，燃料消费率为大约最小。还有，用图3中记号ε表示的点是燃料消费率最小的点。
在该发动机17中，如图2所示，附设有蓄压(公共导轨(common rail))式燃料喷射装置21。该燃料喷射装置21其自身是公知的，省略了图示的详细说明，其是通过燃料压送泵在共轨室内对燃料进行蓄压，通过电磁阀的开闭从喷射器中喷射燃料这一方式的燃料喷射装置，且可以通过从发动机控制器22向所述电磁阀的驱动信号决定燃料喷射特性，从而从发动机17的低速区域到高速区域得到任意的喷射特性。本实施方式中，由包括燃料喷射装置21、发动机控制器22及各种传感器类的设备构成了所谓电子控制喷射系统，在如此的电子控制喷射系统中，通过将目标喷射特性用数字值图形化，能够得到如图3所示的发动机输出转矩特性。在此，为了设定发动机17的节流量而设置有燃料刻度盘23，来自附设在该燃料刻度盘23中的电位计23a的节流信号(以下，称为“第一节流信号”)输入到泵控制器24中。另外，发动机17的实际转速通过转速传感器25检测，该检测信号分别输入到发动机控制器22及泵控制器24中。还有，也可以取代所述公共导轨式燃料喷射装置21，而采用具备机械调速器的燃料喷射装置或具备电子调速器的其他形式等的燃料喷射装置。
所述液压泵18是可变容量型的液压泵，在该液压泵18上附设有电·液压伺服机构26。该电·液压伺服机构26具有：调整器27，其利用从液压泵18喷出的压力油调整该液压泵18的倾斜板18a的倾转角；电磁比例阀28，其基于来自泵控制器24的控制电流控制该调整器27。在此，在泵控制器24中，由于读取设定发动机转速，该设定发动机转速通过来自在所述燃料刻度盘23中附设的电位计23a的第一节流信号及来自后述的监控面板39的作业模式指令信号而设定，进而，通过来自转速传感器25的实际发动机转速信号读取实际发动机转速，对应于这两个发动机转速的偏差来增减液压泵18的吸收转矩，所以将控制液压泵18的倾斜板18a的倾转角的控制电流值输出给所述电磁比例控制阀28。另外，设置有检测液压泵18的喷出压力的压力传感器29，将来自该压力传感器29的泵喷出压力信号输入给泵控制器24。
所述操作阀19是对应于所述液压致动器20(行驶用液压电机2a、旋转用液压电机3a、动臂液压缸10、斗杆液压缸11、铲斗液压缸12)而设置的液压控制操作式的方向控制阀30、……、30的集合体，通过从后述的各减压阀33、34、36输出的控制压力油向所述各方向控制阀30的供给，进行规定的液路切换动作。
在所述作业机构操作杆13、14上经由输出与各种杆操作对应的各种操作指令的操作部31、32附设有减压阀33、34。另一方面，在所述行驶操作杆15、15上也同样经由输出与各种杆操作对应的各种操作指令的操作部35附设有减压阀36。来自省略图示的控制泵的控制压力油供给于各减压阀33、34、36，各减压阀33、34、36基于各种操作指令对被供给的控制压力油进行调压，并将该被调压的控制压力油向操作阀19输出。并且，从各减压阀33、34、36输出的控制压力油输入到所述操作阀19的规定的控制压力油输入口，由此进行规定的液路切换动作。这样一来，通过作业机操作杆13、14的规定操作，进行上部旋转体4的旋转动作和作业机构5的屈曲起伏动作，并且通过行驶操作杆15、15的规定操作进行下部行驶体2的行驶动作。另外，表示作业机操作杆13、14及行驶操作杆15、15的各自的操作状态的操作信号经由附设于各减压阀33、34、36上的液压开关37、……、37输入给泵控制器24。在本实施方式中，通过这些操作杆13、14、15，15的规定操作而输入到泵控制器24中的操作信号有以下共计12种。
(1)与上部旋转体4的右旋转动作对应的右旋转操作信号；
(2)与上部旋转体4的左旋转动作对应的左旋转操作信号；
(3)与动臂7的上升动作对应的动臂上升操作信号；
(4)与动臂7的下降动作对应的动臂下降操作信号；
(5)与将斗杆8送出到前方的动作对应的斗杆卸载操作信号；
(6)与将斗杆8拉入到跟前的动作对应的斗杆挖掘操作信号；
(7)与将铲斗9送出到前方的动作对应的铲斗卸载操作信号；
(8)与将铲斗9拉入到跟前的动作对应的铲斗挖掘操作信号；
(9)与下部行驶体2的右前进行驶动作对应的右前进行驶操作信号；
(10)与下部行驶体2的右后退行驶动作对应的右后退行驶操作信号；
(11)与下部行驶体2的左前进行驶动作对应的左前进行驶操作信号；
(12)与下部行驶体2的左后退行驶动作对应的左后退行驶操作信号。
在所述操作部31中附设有电位计38，该电位计38将作业机操作杆13的各种杆操作中的斗杆卸载操作、斗杆挖掘操作、铲斗卸载操作及铲斗挖掘操作的各自的操作量变换成电信号，并作为斗杆卸载操作量信号、斗杆挖掘操作量信号、铲斗卸载操作量信号及铲斗挖掘操作量信号输出，来自该电位计38的各种操作量信号输入到泵控制器24中。
在所述驾驶室6中设置有作为设定器发挥功能的监控面板39，该设定器用于使操作者从多个作业模式中选择希望的作业模式。在本实施方式中，为了便于说明，可以选择重挖掘模式及经济模式这两种作业模式。
在本实施方式的液压驱动装置中设置有主要由发动机控制器22、泵控制器24、各种传感器·开关类(25、29、37、38)、各种设定器(23、39)及各种致动器(21、28)构成的发动机·液压泵控制装置40。关于该发动机·液压泵控制装置40，下面使用图4的功能框图进行详细说明。
所述泵控制器24通过具备作业条件判别部(相当于本发明的“作业条件判别机构”)41、泵吸收转矩指令控制部42、控制电流指令控制部43和节流指令控制部(相当于本发明的“节流控制机构”)44而构成。
来自附设于燃料刻度盘23中的电位计23a的第一节流信号及来自监控面板39的作业模式指令信号经由后述的节流指令控制部44分别输入到所述作业条件判别部41。进而，来自各液压开关37的各种操作信号、来自附设于操作部31中的电位计38的各种操作量信号、来自压力传感器29的泵输出压力信号输入到该作业条件判别部41中。在该作业条件判别部41中，基于这些输入信号判别现在的作业条件，并将该判别结果作为作业条件信号(“a”/“b”/“c”)，分别输出给泵吸收转矩指令控制部42及后述的节流指令控制部44。还有，关于直至该作业条件判别部41所进行的作业条件的判别的处理顺序将在后面详述。另外，后述的作业条件(b)相当于本发明的“特定的作业条件”。
来自转速传感器25的实际转速信号和来自所述作业条件判别部41的作业条件信号输入到所述泵吸收转矩指令控制部42。另外，在该泵吸收转矩指令控制部42中图表化地存储有基于作业条件或作业模式而设定的多个液压泵吸收转矩特性。各液压泵吸收转矩特性通过使液压泵18从发动机17吸收的转矩(以下，简称为“吸收转矩”)和发动机转速相关联而成。在本实施方式中，对应于作业条件(a)或重挖掘模式设定用图中符号PLa的曲线表示的液压泵吸收转矩特性，并且，对应于作业条件(b)设定用图中符号PLb的曲线表示的液压泵吸收转矩特性。进而，对应于作业条件(c)设定用图中符号PLc的曲线表示的液压泵吸收转矩特性。还有，在本实施方式中，设定的液压泵吸收转矩特性是三个，但是，并不限定于此，也可以对应于作业条件或作业模式，设定更多的液压泵吸收转矩特性。
在该泵吸收转矩指令控制部42中，输出基于液压泵吸收转矩特性曲线和来自转速传感器25的实际发动机转速信号而决定的泵吸收转矩指令值，所述液压泵吸收转矩特性曲线基于作业条件信号或作业模式指令信号选择。现举例，当来自作业条件判别部41的作业条件信号为“a”，来自转速传感器25的实际发动机转速信号为“Na”时，选择液压泵吸收转矩特性曲线PLa，并且，将与实际发动机转速信号Na对应的泵吸收转矩值Ta作为泵吸收转矩指令值输出。另外，在来自作业条件判别部41的作业条件信号为“b”，来自转速传感器25的实际发动机转速信号为“Nb”时，选择液压泵吸收转矩特性曲线PLb，并且，将与实际发动机转速信号“Nb”对应的泵吸收转矩值Tb作为泵吸收转矩指令值输出。还有，在来自作业条件判别部41的作业条件信号为“c”，来自转速传感器25的实际发动机转速信号为“Nc”时，选择液压泵吸收转矩特性曲线PLc，并且，将与实际发动机转速信号“Nc”对应的泵吸收转矩值Tc作为泵吸收转矩指令值输出。
来自所述泵吸收转矩指令控制部42的泵吸收转矩指令值输入到所述控制电流指令控制部43中。另外，在该控制电流指令控制部43中存储有与泵吸收转矩指令值对应的流向所述电磁比例控制阀28的控制电流值。而且，在该控制电流指令控制部43中，将基于来自泵吸收转矩指令控制部42的泵吸收转矩指令值而决定的控制电流值向电磁比例控制阀28输出。现举例，在来自泵吸收转矩指令控制部42的泵吸收转矩指令值为Ta时，与该泵吸收转矩指令值Ta对应的控制电流值Ia向电磁比例控制阀28输出。另外，在来自泵吸收转矩指令控制部42的泵吸收转矩指令值为Tb时，与该泵吸收转矩指令值Tb对应的控制电流值Ib向电磁比例控制阀28输出。另外，在来自泵吸收转矩指令控制部42的泵吸收转矩指令值为Tc时，与该泵吸收转矩指令值Tc对应的控制电流值Ic向电磁比例控制阀28输出。
进而，该控制电流指令控制部43具有调制功能，在将控制电流值从Ia切换到Ib之际，在规定时间ΔtB(t5～t6)之间，逐渐增加电流值，并且，在将控制电流值从Ib切换到Ia之际，在规定时间ΔtA(t3～t4)之间，逐渐减小电流值(参照图9)。还有，在本实施方式中，ΔtA＞ΔtB。另一方面，在用设置于所述驾驶室6内的所述监控面板39选择了经济模式时，将控制电流值Ic从控制电流指令控制部43向电磁比例控制阀28输出(省略图示)。
这样，当通过作业条件判别部41判别的作业条件为作业条件(a)时，如图5所示，发动机17的输出转矩特性EL设定输出转矩点Ms-Ma-NA的特性线，进而，选择液压泵吸收转矩特性曲线PLa，液压泵18的吸收转矩随着发动机转速的增减而增减，在输出转矩点Ma，发动机17的输出转矩和液压泵18的吸收转矩一致(以下，称该状态为“匹配”)。另外，当由作业条件判别部41判别的作业条件是作业条件(b)时，选择液压泵吸收转矩特性曲线PLb，如图5所示，液压泵18的吸收转矩随着发动机转速的增减而增减，在输出转矩点Mb，发动机17的输出转矩和液压泵18的吸收转矩匹配。还有，从降低噪声方面考虑，优选此时将无负荷时发动机转速从NA减少到NB。另外，当选择了经济模式时，即当由作业条件判别部41判别的作业条件是作业条件(c)时，如图6所示，发动机17的输出转矩特性EL设定输出转矩点Ms-Mc”-NC的特性线，进而，选择液压泵吸收转矩特性曲线PLc，液压泵18的吸收转矩随着发动机转速的增减而增减，在对该设定发动机转速NC设定的调整曲线Rc上的输出转矩点Mc，发动机17的输出转矩和液压泵18的吸收转矩匹配。还有，在以下的说明中，将输出转矩点Ma称为“匹配点Ma”，将输出转矩点Mb称为“匹配点Mb”，将输出转矩点Mc称为“匹配点Mc”。
进而，在作业条件时刻变化的实际作业中，当由作业条件判别部41判别的作业条件从作业条件(a)变化为作业条件(b)时，如图7所示，匹配目标发动机转速(使发动机17的输出转矩和液压泵18的吸收转矩一致的发动机转速的目标值)在规定时间ΔtB(时刻t5～t6：参照图9)之间，从Na经过N1、N2、……，Nn-2、Nn-1、Nn而变化为Nb，随之液压泵吸收转矩特性曲线从PLa经过PL1、PL2、……、PLn-2、PLn-1、PLn而变化为PLb。另外，当由作业条件判别部41判别的作业条件从作业条件(b)变化为作业条件(a)时，如图7所示，匹配目标发动机转速在规定时间ΔtA(时刻t3～t4：参照图9)之间，从Nb经过Nn、Nn-1、Nn-2、……、N2、N1变化为Na，随之液压泵吸收转矩特性曲线从PLb经过PLn、PLn-1、PLn-2、……、PL2、PL1而变化为PLa。
来自监控面板39的作业模式指令信号、来自附设在燃料刻度盘23中的电位计23a的第一节流信号和来自作业条件判别部41的作业条件信号输入到所述节流指令控制部44中。在该节流指令控制部44中，基于这些输入信号决定第二节流信号，并将被决定的第二节流信号向发动机控制器22输出。现在，在燃料刻度盘被设为最大位置(FULL位置)的状态下，表示作为设定发动机转速的NA这一大小的第一节流信号“FULL”输入到节流指令控制部44。在该状态下，在输入节流指令控制部44中的作业模式指令信号是重挖掘模式指令信号“A”时，表示作为设定发动机转速的NA这一大小的第二节流信号“NA”从节流指令控制部44向发动机控制器22输出。另外，在燃料刻度盘23的设置位置同样的状态下，在输入节流指令控制部44中的作业模式指令信号是经济模式指令信号“C”时，表示作为设定发动机转速的NC这一大小的第二信号“NC”从节流指令控制部44向发动机控制器22输出。
进而，在对节流指令控制部44分别输入了第一节流信号“FULL”、重挖掘模式指令信号“A”及作业条件信号“a”时，第二节流信号“NA”从节流指令控制部44向发动机控制器22输出。另外，在对节流指令控制部44分别输入了第一节流信号“FULL”、重挖掘模式指令信号“A”及作业条件信号“b”时，表示作为设定发动机转速的NB这一大小的第二节流信号“NB”从节流指令控制部44向发动机控制器22输出。
在此，如图5所示，设定发动机转速NA和设定发动机转速NB的差分ΔN1对应于与匹配点Ma对应的发动机转速Na和与匹配点Mb对应的发动机转速Nb的差分ΔN2而设定(在本实施方式中，ΔN1＝ΔN2)。而且，在将液压泵18的吸收转矩特性曲线从液压泵吸收转矩特性曲线PLa切换到液压泵吸收转矩特性曲线PLb时，为与该切换动作同步，而通过节流指令控制部44将第二节流信号从“NA”逐渐减少到“NB”，另外，在将液压泵18的吸收转矩特性曲线从液压泵吸收转矩特性曲线PLb切换到液压泵吸收转矩特性曲线PLa时，为与该切换动作同步，而通过节流指令控制部44将第二节流信号从“NB”逐渐增加到“NA”。
来自节流指令控制部44的第二节流指令信号输入所述发动机控制器22中。另外，在该发动机控制器22中图表化地存储有图3所示的发动机输出转矩特性。而且，在该发动机控制器22中，基于这样的发动机输出转矩特性图或第二节流指令信号、来自转速传感器25的实际发动机转速信号、燃料喷射特性图(省略图示)等，求得需要使燃料喷射装置21喷射的现在燃料喷射量，并将满足求得的燃料喷射量的驱动信号“FF”向燃料喷射装置21输出。
还有，在本实施方式的发动机·液压泵控制装置40中，利用包括节流指令控制部44、发动机控制器22及燃料喷射装置21的设备构成了控制发动机17的发动机控制装置40a，并利用包括泵吸收转矩指令控制部42、控制电流指令控制部43及电磁比例控制阀28的设备构成了控制液压泵18的吸收转矩的液压泵控制机构(相当于本发明的“液压泵控制机构”)40b。
接着，采用图8的流程图如下说明所述作业条件判别部41所进行的作业条件的判别的处理顺序。还有，图中符号“S”表示步骤。
S1～S7：判断作业机操作杆13、14及行驶操作杆15、15是否处于中立状态(S1)。当作业机操作杆13、14及行驶操作杆15、15处于中立状态时，判定为是作业条件(b)(S2)。当判断为作业机操作杆13、14及行驶操作杆15、15未处于中立状态时，判断是否进行了行驶操作(S3)。当判断为进行了行驶操作时，判定为是作业条件(a)(S4)。当判断为未进行行驶操作时，判断作业模式是否为重挖掘模式(S5)。当作业模式是重挖掘模式时，判断是否进行了上部旋转体4的旋转操作(S6)。当判断为作业模式不是重挖掘模式时，即判断为作业模式是经济模式时，判定为是作业条件(c)(S7)。
S8～S9：当在所述步骤S6中，判断为未进行上部旋转体4的旋转操作时，判断是否操作了斗杆8及铲斗9(S8)。当判断为未操作斗杆8及铲斗9时，判断为是作业条件(b)(S2)。当操作了斗杆8及铲斗9时，判断液压泵18的喷出压力(负荷压力)P是否为规定压力Pr以上，且与斗杆8及铲斗9的操作有关的杆操作的操作量S是否在规定量Sr以上(S9)。当P≥Pr且S≥Sr时，判定为是作业条件(a)(S4)。当P＜Pr且S＜Sr时，判定为是作业条件(b)(S2)。
S10～S11：当在所述步骤S6中，判断为进行了上部旋转体4的旋转操作时，判断是否进行了动臂7的下降操作(S10)。当进行了动臂7的下降操作时，判断为是作业条件(b)(S2)。当未进行动臂7的下降操作时，判断是否进行了动臂7的上升操作(S11)。当未进行动臂7的上升操作时，判定为是作业条件(b)(S2)。当进行了动臂7的上升操作时，判定为是作业条件(a)(S4)。
还有在此，当在所述步骤S7中，判定为现在的作业条件是作业条件(c)时，如图6所示，发动机17局部运转(部分负荷运转)并设定调整曲线Rc，并且，设定液压泵吸收转矩特性曲线PLa，在燃料消费率比图中Mc’点低的匹配点Mc，发动机17的输出转矩和液压泵18的吸收转矩匹配，从而发动机17在功率与在图中Mc’点的发动机功率相同且燃料效率良好的范围内运转。还有，在作业条件(c)时，不言而喻，可以在图6中Mc”点匹配，但是在轻负荷作业时，为了在总量上降低燃料费，在本实施方式中，在匹配点Mc匹配。
接着，基于液压挖掘机1的一作业例，参照图5及图9说明本实施方式的液压驱动装置的工作。在该作业例中，挖掘土砂并将该被挖掘的土砂兜入铲斗9内，使动臂7上升同时使上部旋转体4旋转，将该铲斗9内的土砂堆入自卸卡车，然后，使动臂7下降且旋转，返回到初始状态，从而一个作业周期结束。还有，该作业例是在以下的(1)～(3)的前提条件下进行的例。
前提条件：
(1)液压挖掘机1在固定位置进行作业。
(2)燃料刻度盘23设置在FULL位置。
(3)选择了重挖掘模式。
在时刻t1开始作业，开始土砂的挖掘动作。在此，在作业开始前及作业刚刚开始后，作业条件判别部41判定为作业条件是作业条件(b)。由此，发动机17基于设定发动机转速NB运转，并且，液压泵18基于液压泵吸收转矩特性曲线PLb运转。在此，在负荷轻且泵喷出压力低的期间，发动机17对应于该负荷的大小在调整曲线Rb的线上运转，随着泵负荷压力增高，在燃料消费率大约最小的匹配点Mb，发动机17的输出转矩和液压泵18的吸收转矩匹配，在总量上降低无谓的燃料消费。
若在时刻t2，检测到与斗杆8及铲斗9的操作有关的杆操作的操作量为规定量Sr以上，且在其后的时刻t3，检测到液压泵18的喷出压力(负荷压力)为规定压力Pr以上，则在时刻t3作业条件判别部41判定为作业条件是作业条件(a)。通过该判定结果，液压泵吸收转矩特性曲线从PLb向PLa进行调制并切换，为与该切换动作同步，设定发动机转速从NB向NA进行调制并切换。通过这样的切换动作，在匹配点Ma，发动机17的输出转矩和液压泵18吸收转矩匹配，液压泵18吸收匹配点Ma的发动机功率，由此高效地进行土砂的挖掘动作及旋转·动臂上升动作。
在时刻t5，从旋转·动臂上升动作变化为旋转·动臂下降动作的瞬间，作业条件判别部41判定为作业条件是作业条件(b)。通过该判定结果，液压泵吸收转矩特性曲线从PLa向PLb进行调制并切换，为与该切换动作同步，设定发动机转速从NA向NB进行调制并切换。通过这样的切换动作，在燃料消费率大约最小的匹配点Mb，发动机17的输出转矩和液压泵18的吸收转矩匹配，在发动机17的燃料消费率大约最小状态下，进行旋转·动臂下降动作。
根据本实施方式，在由作业条件判别部41判别的作业条件为作业条件(b)时，由于在燃料消费率大约最小的匹配点Mb，发动机17的输出转矩和液压泵18的吸收转矩匹配，因此，即使在作业条件时刻变化的所述作业例中，也能够可靠地得到燃料费降低效果。另外，在液压泵吸收转矩特性曲线(PLa；PLb)的切换时进行调制，并且，为与该切换动作同步，切换发动机17的设定发动机转速(NA；NB)，由此，抑制发动机转速的急剧变化或液压泵18的倾斜板18a的倾斜角的急剧变化，因此，能够缓和施加于液压致动器20等上的冲击等。另外，随着液压泵18的吸收转矩特性曲线从PLa切换到PLb，设定发动机转速从NA减少到NB，因此，即使在作业条件时刻变化的所述作业例中，也能够降低噪声。

Claims (4)

1.一种作业机械的液压驱动装置，其具备发动机、由该发动机驱动的液压泵、及通过从该液压泵喷出的压力油工作的液压致动器，其特征在于，
设置有判别作业条件的作业条件判别机构和控制所述液压泵吸收转矩的液压泵控制机构，
在由所述作业条件判别机构判别的作业条件为特定的作业条件时，所述液压泵控制机构控制所述液压泵的吸收转矩，以使所述发动机的输出转矩和所述液压泵的吸收转矩在所述发动机的燃料消费率为大约最小的规定的发动机输出转矩点一致。
2.如权利要求1所述的作业机械的液压驱动装置，其特征在于，
所述作业条件判别机构具有检测所述液压致动器的操作状态的操作状态检测机构及/或检测所述液压泵的喷出压力的喷出压力检测机构，基于通过所述操作状态检测机构得到的检测结果及/或通过所述喷出压力检测机构得到的检测结果来判别作业条件。
3.如权利要求1或2所述的作业机械的液压驱动装置，其特征在于，
所述液压泵控制机构逐渐进行以下特性的切换，即，在所述规定的发动机输出转矩点使所述发动机的输出转矩和所述液压泵的吸收转矩一致的一液压泵吸收转矩特性；在与所述规定的发动机输出转矩点不同的其他的发动机输出转矩点使所述发动机的输出转矩和所述液压泵的吸收转矩一致的其他的液压泵吸收转矩特性。
4.如权利要求1～3中任一项所述的作业机械的液压驱动装置，其特征在于，
设置有控制所述发动机的无负荷时发动机转速的节流控制机构，该节流控制机构在通过所述液压泵控制机构对在所述规定的发动机输出转矩点使所述发动机的输出转矩和所述液压泵的吸收转矩一致的一液压泵吸收转矩特性、和在与所述规定的发动机输出转矩点不同的其他的发动机输出转矩点使所述发动机的输出转矩和所述液压泵的吸收转矩一致的其他的液压泵吸收转矩特性进行切换时，与该切换动作同步地使所述无负荷时发动机转速对应于与所述规定的发动机输出转矩点对应的发动机转速和与所述其他的发动机输出转矩点对应的发动机转速的差分变化。
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