JP2006112288A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】高地において使用した際にポンプの保護を図ることができる建設機械を提供する。
【解決手段】油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１を駆動するエンジン２と、このエンジン２によって駆動されるアクチェータとを備えた建設機械である。大気圧に応じて油圧ポンプ２の最大吐出量の上限を制御する。この際、エンジン２の回転数を変化させることにより制御したり、油圧ポンプ１の押しのけ容積を変化させることにより制御したりすることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、建設機械に関するものである。

一般に、油圧ショベル等の建設機械は、図８に示すように、下部走行体５０と、上部旋回体５１と、この上部旋回体５１に連設される作業機５２とを備える。また、作業機５２は、上部旋回体５１から突設されるブーム５３と、このブーム５３に連結されるアーム５４と、このアーム５４に付設されるバケット５５等を有する。そして、ブーム５３はブーム用シリンダ機構５６の駆動にて揺動し、アーム５４はアーム用シリンダ機構５７の駆動にて揺動し、バケット５５はバケット用シリンダ機構５８の駆動にて揺動する。この際、各シリンダ機構は油圧にて駆動する。すなわち、使用する油圧機器としては、油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動するエンジンとを備え、この油圧ポンプの駆動によって、アクチュエータである上記各シリンダ機構が駆動する。また、作業時にはアクチュエ−タが受ける負荷を油圧ポンプに伝え、油圧ポンプの負荷によるエンジンの回転数変動をエンジン回転センサと燃焼ダイヤルの出力信号で検出する。さらにポンプコントローラがその信号を受けて演算し、ポンプ吐出量を制御することにより、エンジンの出力トルクとポンプ吸収トルクをマッチングさせている。

しかしながら、気圧が低い高地において作業する場合、大気圧の低下によってエンジンの燃焼効率が悪くなり、エンジンの出力トルクが低下する。そのため、油圧ポンプの入力トルクがエンジンの出力トルクよりも大きくなって、エンストを起す場合があった。そこで、従来では、気圧が低い高地において作業する場合、油圧ポンプの入力トルクを、低下したエンジンの出力トルクよりも低下させて、エンストを回避しようとするものがあった（例えば、特許文献１参照）。
実開昭６０−３９７８０号公報

ところが、気圧が低い高地においては、大気圧が低くなるために、油圧ポンプの吸込み圧が低下し、これによってキャビテーションが発生するおそれがあった。すなわち、油圧ポンプの吸込み圧が負圧になり易く、油圧ポンプの保護が図れなかった。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、高地において使用した際に油圧ポンプの保護を図ることができる建設機械を提供することにある。

そこで請求項１の建設機械は、油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１を駆動するエンジン２と、このエンジン２によって駆動されるアクチュエータとを備えた建設機械であって、大気圧に応じて上記油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御することを特徴としている。

請求項２の建設機械は、上記油圧ポンプ１の押しのけ容積を一定として、上記エンジン２の回転数を変化させることにより、上記油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御することを特徴としている。

請求項３の建設機械は、上記エンジン２の回転数を一定にして、上記油圧ポンプ１の押しのけ容積を変化させることにより、上記油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御することを特徴としている。

請求項４の建設機械は、上記油圧ポンプ１の出力馬力を略一定に維持しつつ、油圧ポンプ１の押しのけ容積を変化させることにより、上記油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御することを特徴としている。

請求項１の建設機械によれば、大気圧に応じて油圧ポンプの最大吐出量の上限を制御するので、気圧が低い高地において、油圧ポンプの吸込み圧が低下するときに、油圧ポンプの最大吐出量を少なくすることによって、上限油圧ポンプの吸込圧が負圧となるのを防止することができる。これにより、高地においても、油圧ポンプを保護することができ、気圧が低い高地であっても、気圧が低くない低地であっても、長期にわたって安定したアクチュエータの駆動が可能である。

請求項２の建設機械によれば、油圧ポンプの吐出量は、エンジン回転数をＮとして、ポンプ押しのけ容積をｑとすれば、Ｎ×ｑで表すことができる。このため、ポンプ押しのけ容積を一定として、エンジン回転数を変化させることによって、油圧ポンプの最大吐出量の上限を制御することができる。すなわち、上記最大吐出量の上限の制御を確実に行うことができ、油圧ポンプの保護の信頼性が向上する。

請求項３の建設機械によれば、油圧ポンプの吐出量は、エンジン回転数をＮとして、ポンプ押しのけ容積をｑとすれば、Ｎ×ｑで表すことができる。このため、エンジン回転数を一定として、ポンプ押しのけ容積を変化させることによって、油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御することができる。すなわち、上記最大吐出量の上限の制御を確実に行うことができ、油圧ポンプの保護の信頼性が向上する。

請求項４の建設機械によれば、油圧ポンプの出力馬力を略一定に維持しつつ、油圧ポンプの押しのけ容積を変化させる。この場合、油圧ポンプの出力馬力は、油圧ポンプの最大吐出量をＱとして、ポンプ吐出圧をＰとしたときに、Ｑ×Ｐで表すことができ、また、Ｑ＝Ｎ×ｑである。ここで、Ｎはエンジン回転数であり、ｑはポンプ押しのけ容積である。このため、ポンプ押しのけ容積を変化させることによって、油圧ポンプの最大吐出量の上限を制御することができる。すなわち、油圧ポンプの出力馬力を略一定に維持しつつ、油圧ポンプの押しのけ容積を変化させることによって、最大吐出量の上限の制御を確実に行うことができ、油圧ポンプの保護の信頼性が向上する。

次に、この発明の建設機械の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１にこの発明の建設機械の油圧機器のシステム図を示す。この制御装置は、油圧ポンプ１、１と、この油圧ポンプ１、１を駆動するエンジン２と、ポンプ制御用バルブ群３、４等を備える。すなわち、建設機械は、例えば油圧ショベル等であり、下部走行体と、上部旋回体と、この上部旋回体に連設される作業機とを備える。また、作業機は、上部旋回体から突設されるブームと、このブームに連結されるアームと、このアームに付設されるバケット等を有する。そして、ブームはブーム用シリンダ機構の駆動にて揺動し、アームはアーム用シリンダ機構の駆動にて揺動し、バケットはバケット用シリンダ機構の駆動にて揺動する。この際、この油圧機器の上記油圧ポンプ１、１の駆動によって、アクチュエータである上記各シリンダ機構が駆動することになる。

また、この油圧機器には、エンジンガバナの回転数をセットする燃料ダイヤル５と、エンジン２の回転数を検知する回転センサ６と、ガバナ・ポンプコントローラ７等を備える。そして、この建設機械では、作業機による重掘削モード（作業機の高負荷状態での作業モード）では、ポンプ負荷が上昇し、圧力が上昇するとエンジン回転数が低下してくる。このときポンプ吐出量を下げて、エンジン回転数が所定出力点付近の回転数になるようにコントロールする。逆に、圧力が低くなると、所定出力点付近の回転数になるようにポンプ吐出量を増加させるようにコントロールする。また、作業機による通常の掘削モード等においては、ポンプ負荷が上昇し、圧力が上昇するとエンジン回転数が低下してくる。このときエンジン側とポンプ側の複合制御によりポンプ吸収トルクをエンジンの等馬力カーブに沿って、トルクを一定に保ちながらエンジン回転数を下げるようにコントロールする。これにより燃費効率のよい領域でエンジン２を使用することになる。なお、バルブ群３、４は、それぞれ、油圧ポンプ１の斜板８に接続されるサーボバルブ９と、ＬＳバルブ１０と、ＰＣバルブ１１とを備える。また、ガバナ・ポンプコントローラ７と、アクチュエータの操作用メインバルブ１２との間に、ＰＣ−ＥＰＣバルブ１３、ＬＳ−ＥＰＣバルブ１４、及び自己減圧弁１５等が介設されている。

ところで、このような建設機械を気圧が低い高地で使用すれば、油圧ポンプ１の吸込み圧が低下し、これによってキャビテーションが発生するおそれがあった。そこで、この建設機械では、図２に示すように、大気圧に応じて油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御する。この図２において、ａは高度が２０００ｍ程度のときの最大吐出量の上限を示しており、ｂは高度が３０００ｍ程度のときの最大吐出量の上限を示しており、ｃは高度が４０００ｍ程度のときの最大吐出量の上限を示している。この場合、油圧ポンプ１の吐出量Ｑ（リットル／ｍｉｎ）は、エンジン回転数、つまりポンプ回転数をＮ（ｒｐｍ）として、ポンプ押しのけ容積をｑ（ｃｃ／ｒｅｖ）とすれば、Ｎ×ｑで表すことができる。このため、ポンプ押しのけ容積ｑを一定として、図３に示すように、エンジン回転数Ｎを変化させることによって、油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御することができる。この図３において、ａ１は高度が２０００ｍ程度のときのエンジン回転数を示し、ｂ１は高度が３０００ｍ程度のときのエンジン回転数を示し、ｃ１は高度が４０００ｍ程度のときのエンジン回転数を示している。

すなわち、この建設機械には、図示省略の高度検出器（大気圧検出センサ）が設けられ、大気圧検出センサにて高度が検知され、この高度に基づいて、例えば、この建設機械のオペレータが上記ガバナ・ポンプコントローラ７に、図示省略の指示ボタンを操作することによって、この高度指示を行う。そして、ポンプ押しのけ容積ｑが変化することなく、この高度指示に従ってエンジン回転数が変化して、油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を高度に応じて制御することになる。この場合、高度が高くなるに従って、エンジン回転数を減少させて、油圧ポンプ１の最大吐出量を少なくしている。

上記建設機械では、大気圧に応じて油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御するので、気圧が低い高地において、油圧ポンプ１の吸込み圧が低下するときに、油圧ポンプ１の最大吐出量を少なくすることによって、上限油圧ポンプ１の吸込圧が負圧となるのを防止することができる。これにより、高地においても、油圧ポンプ１を保護することができ、気圧が低い高地であっても、気圧が低くない低地であっても、長期にわたって安定したアクチュエータの駆動が可能となる。この際、上記の実施形態では、油圧ポンプ１の押しのけ容積を一定として、エンジン回転数を変化させることによって、油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御することができるので、このような最大吐出量の上限の制御を確実に行うことができ、油圧ポンプ１の保護の信頼性が向上する。

また、上記したように、油圧ポンプ１の吐出量Ｑ（リットル／ｍｉｎ）は、エンジン回転数をＮ（ｒｐｍ）として、ポンプ押しのけ容積をｑ（ｃｃ／ｒｅｖ）とすれば、Ｎ×ｑで表すことができるので、図４に示すように、エンジン回転数Ｎを一定として、ポンプ押しのけ容積ｑを、ｑ３、ｑ２、ｑ１等のように変化させることによっても油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御することが可能である。ポンプ押しのけ容積を変化させる場合、油圧ポンプ１の斜板８の最大傾斜角度を変更することによってできる。この場合、高度が高くなるに従って、ポンプ押しのけ容積を減少させて、油圧ポンプ１の最大吐出量を少なくしている。

このように、エンジン２の回転数を一定として、ポンプ押しのけ容積を変化させることによっても、油圧ポンプ１の最大吐出量の上限の制御を確実に行うことができ、油圧ポンプ１の保護の信頼性が向上する。

図５に示すように、ポンプ出力馬力ＰＳを略一定に維持しつつ、油圧ポンプ１の押しのけ容積ｑを、ｑ１、ｑ２、ｑ３等のように変化させることによっても、油圧ポンプ１の最大吐出量の上限の制限を行うことができる。すなわち、油圧ポンプ１の吐出量をＱとして、ポンプ吐出圧をＰとしたときに、ポンプ出力馬力ＰＳは、Ｑ×Ｐで表すことができ、また、Ｑ＝Ｎ×ｑである。この場合、Ｎはエンジン回転数であり、ｑはポンプ押しのけ容量である。このため、ポンプ押しのけ容積を変化させることによって、油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御することができる。すなわち、ポンプ出力馬力を一定に保つようにするのは、ポンプ吐出圧が大きくなると、ポンプ吐出量を少なくする必要がある。このため、ポンプ出力馬力を一定に維持したままポンプ吐出圧が大きくなれば、押しのけ容積を少なくすることによって、油圧ポンプ１の最大吐出量を少なくすることができる。

このように、ポンプ出力馬力ＰＳを略一定に維持しつつ、油圧ポンプ１の押しのけ容積ｑを変化させても、油圧ポンプ１の最大吐出量の上限の制御を確実に行うことができ、油圧ポンプ１の保護の信頼性が向上する。

次に図６は他の実施の形態を示し、この場合、油圧ポンプとして、第１ポンプ１ａ、１ａと、第２ポンプ１ｂ、１ｂと、第３ポンプ１ｃ、１ｃとを有している。また、コントローラとして、エンジンコントローラ１６とポンプコントローラ１７とを備える。そして、各ポンプ１ａ、１ｂ、１ｃにはそれぞれポンプ制御用バルブ群１８、１９、２０が接続されている。第１ポンプ１ａ、１ａのポンプ制御用バルブ群１８は、油圧ポンプ１ａ、１ａの斜板８、８に接続されるサーボバルブ２１、２１と、ＮＣバルブ２２、２２と、ＣＯバルブ２３、２３とを有し、第２ポンプ１ｂ、１ｂは、斜板８、８に接続されるサーボバルブ２４、２４を有し、第３ポンプ１ｃ、１ｃは、第３ポンプ１ｃ、１ｃの斜板８、８に接続されるサーボバルブ２５、２５と、ＮＣバルブ２６と、ＣＯバルブ２７とを有する。

また、この油圧装置には、ポンプ冗長スイッチ２８が設けられ、掘削モード等のおいて、コントローラやセンサ等の機器に異常が生じた場合に、このポンプ冗長スイッチ２８をＯＮ状態とする。ポンプ冗長スイッチ２８がＯＮ状態となれば、ほぼ掘削モード相当の吸収トルクによりこの建設機械の機能を確保するようにしている。この場合、バッテリ２９からＴＶＣバルブ３０のソレノイド３１に一定の電流が流れる構造となっている。

そして、この油圧装置では、図示省略の高度検出器（大気圧検出センサ）にて、高度が検知され、この大気圧検出センサからの高度信号に基づいて、ポンプ押しのけ容積ｑを変化させることなく、この高度指示に従ってエンジンコントローラ１６にてエンジン回転数を変化させて、油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を高度に応じて制御する。このため、この図６に示す油圧装置においても、高度に応じて油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御することができ、気圧が低い高地において油圧ポンプ１の吸込み圧が低下するときに、油圧ポンプ１の最大吐出量を少なくすることによって、上限油圧ポンプ１の吸込圧が負圧となるのを防止することができる。これにより、高地においても、油圧ポンプ１を保護することができ、気圧が低い高地であっても、気圧が低くない低地であっても、長期にわたって安定したアクチュエータの駆動が可能となる。この場合も、エンジン回転数を一定として、ポンプ押しのけ容積ｑを変化させることによって、油圧ポンプ１の最大吐出量の上限を制御したり、油圧ポンプ１の出力馬力を略一定に維持しつつ、油圧ポンプ１の押しのけ容積ｑを変化させることによって、最大吐出量の上限の制御したりすることができる。

さらに、この建設機械では、エンジン２の目標回転数を指令することができる入力手段４０（燃料ダイヤル５等）を備え、そして、エンジンコントローラ１６とポンプコントローラ１７が、この入力された目標回転数と、回転センサ６からなる検知手段４１にて検知した実回転数との偏差を求め、この偏差に基づいて油圧ポンプ１の最大吸収トルクを制御する制御手段４２を構成することになり、いわゆるエンジンスピードセンシング制御を行っている。すなわち、検知された実回転数が目標回転数に対して低下したときに、この偏差が大きくなるにしたがって油圧ポンプ１の最大吸収トルクを減少させるようにして、油圧ポンプ１の吸収トルクとエンジン２の出力トルクとのマッチングを行う。これにより、高度に応じてエンジン２が出せる最大馬力を、油圧ポンプ１に吸収させるようにして、エンジン停止を防止すると共に、エンジンの出力を有効に利用できるようにしている。

この際、図７にフローチャート図にしたがって制御される。まずステップＳ１で高度を検知する。次にステップＳ２へ移行して、高度信号をコントローラに送信して、ステップＳ３で示すように、油圧ポンプ１の吐出量の上限を設定する。その後は、ステップＳ４へ移行して実際のエンジン回転数（実回転数）を検知する。次にステップＳ５へ移行して、実回転数と目標回転数とを比較する。そして、実回転数＜目標回転数であれば、ステップＳ６へ移行し、実回転数≧目標回転数であれば、ステップＳ４へ戻る。ステップＳ６では、油圧ポンプ１の最大吸収トルクを減少させる。

上記図６に示す油圧装置では、オペレータ等が高度に応じてコントローラに高度指示のための入力を行う必要がなく、高度に応じてエンジン回転数とポンプ出力の最適制御を自動的に行うことができ、高効率の運転が可能となって、省エネ化を達成することができる。

また、この図６に示す建設機械の油圧装置においては、エンジン出力馬力を高度に応じて設定された馬力に自動的に変更するようにすると共に、オペレータが高度に応じてエンジン２の最高回転数の変更指示を行うようにすることも可能である。

以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、高度に応じた油圧ポンプ１の最大吐出量として、上記図２では、３種類であったが、もちろんこの３種類に限るものではなく、設定する高度や、その設定した高度での最大吐出量等の変更が可能である。また、ポンプ押しのけ容積ｑの変化としても、図４や図５に示すような３種類に限らない。さらに、高度を検知する手段として、上記実施形態では、気圧センサを用いて気圧（大気圧）を利用したが、高地になるに従って気温も低下するので、温度センサ等を用いて気温（外気温度）の変化を大気圧とともに高度の補正に利用するようにしてもよい。なお、建設機械として油圧ショベルに限るものではなく、油圧ショベル以外の種々の建設機械に適用することができる。

この発明の建設機械の実施形態を示す簡略図である。 上記建設機械の油圧ポンプの最大吐出量を示すグラフ図である。 上記建設機械のエンジン回転数を示すグラフ図である。 上記建設機械のポンプ押しのけ容積を変化させた場合のグラフ図である。 ポンプ出力馬力を示すグラフ図である。 この発明の建設機械の他の実施形態を示す簡略図である。 上記建設機械の制御方法を説明するフローチャート図である。 建設機械の簡略図である。

符号の説明

１・・油圧ポンプ、２・・エンジン

Claims (4)

1. 油圧ポンプ（１）と、この油圧ポンプ（１）を駆動するエンジン（２）と、このエンジン（２）によって駆動されるアクチュエータとを備えた建設機械であって、大気圧に応じて上記油圧ポンプ（１）の最大吐出量の上限を制御することを特徴とする建設機械。
2. 上記油圧ポンプ（１）の押しのけ容積を一定として、上記エンジン（２）の回転数を変化させることにより、上記油圧ポンプ（１）の最大吐出量の上限を制御することを特徴とする請求項１の建設機械。
3. 上記エンジン（２）の回転数を一定として、上記油圧ポンプ（１）の押しのけ容積を変化させることにより、上記油圧ポンプ（１）の最大吐出量の上限を制御することを特徴とする請求項１の建設機械。
4. 上記油圧ポンプ（１）の出力馬力を略一定に維持しつつ、油圧ポンプ（１）の押しのけ容積を変化させることにより、上記油圧ポンプ（１）の最大吐出量の上限を制御することを特徴とする請求項１の建設機械。