JP2009150553A - 油圧駆動制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】油圧ロス低減効果をユーザが最も実感し易い燃費低減効果に転化することのできる油圧駆動制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン１６を駆動源とする油圧ポンプ１７Ａ，１７Ｂから吐出される圧油により油圧アクチュエータ１１，１２を駆動する第１油圧回路部６１および第２油圧回路部６２を備え、第１油圧回路部６１と第２油圧回路部６２とを接続して駆動する合流状態と、第１油圧回路部６１と第２油圧回路部６２とを分離して駆動する分流状態とを切換可能に構成され、エンジンの出力を制御するエンジン制御手段２１を設け、このエンジン制御手段２１は、合流状態から分流状態への切り換えに伴い、エンジン１６の出力を抑制する制御を行う構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば油圧ショベルの油圧駆動系を制御する油圧駆動制御装置に関するものである。
一般に油圧ショベルは、エンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプを備え、この油圧ポンプから吐出される圧油を各種油圧アクチュエータに対し制御弁を介して給排することにより、作業機、旋回装置および走行装置をそれぞれ駆動制御するようにされている。この油圧ショベルにおいては、エンジンの出力トルク特性と油圧ポンプの吸収トルク特性とを例えばエンジンの燃費効率の高い所でマッチングさせるために、油圧ポンプの吸収馬力〔＝Ｐ（吐出圧）×Ｑ（吐出流量）〕を一定に制御する等馬力制御が行われる。
従来、この種の油圧ショベルにおいて、アームを前方に向けて回動作動させるアームダンプ動作時にアームシリンダから押し出される作動油を制御弁を介してタンクに還流させる主還流路に加えて、同作動油の一部をタンクへ直接に還流させる副還流路を設けることにより、アームダンプ動作時の戻り回路における圧力損失を抑制して作動圧を下げ、油圧ロスの低減を図るようにされた技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、前記油圧ポンプを２つ連設し、一方の油圧ポンプの吐出油をアームシリンダに、他方の油圧ポンプの吐出油をバケットシリンダにそれぞれ供給する分流状態と、両油圧ポンプの吐出油を合流させてアームシリンダおよびバケットシリンダのいずれかに優先的に供給する合流状態とを切換可能に構成することにより、分流状態として油圧ロスの低減を、合流状態としてアームおよびバケットのいずれかの掘削動作の高速化をそれぞれ図るようにされた技術も知られている。
しかしながら、前記各従来技術では、油圧ポンプの出力が一定に制御されていることから、油圧ロスが低減されると油圧ポンプの吐出油量が増加して作業量が増えることになる。このように作業量が増えることで作業量当りの燃費が低減されるという好ましい効果が得られるももの、一方においてユーザはその効果を実感し難いという問題点がある。
特開２００２−３３９９０４号公報
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、油圧ロス低減効果をユーザが最も実感し易い燃費低減効果に転化することのできる油圧駆動制御装置を提供することを目的とするものである。
前記目的を達成するために、第１発明による油圧駆動制御装置は、
エンジンを駆動源とする油圧ポンプから吐出される圧油により油圧アクチュエータを駆動する複数の油圧回路部を備え、この複数の油圧回路部における一の油圧回路部と他の油圧回路部とを接続して駆動する合流状態と、前記一の油圧回路部と他の油圧回路部とを分離して駆動する分流状態とを切換可能に構成される油圧駆動制御装置において、
前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段を設け、このエンジン制御手段は、前記合流状態から前記分流状態への切り換えに伴い、前記エンジンの出力を抑制する制御を行うことを特徴とするものである。
第１発明において、前記油圧ポンプの吐出圧に基づいて前記合流状態と前記分流状態との切り換えが行われるのが好ましい（第２発明）。
第１発明または第２発明において、前記一の油圧回路部における油圧アクチュエータは油圧ショベルのアームシリンダであり、前記他の油圧回路部における油圧アクチュエータは油圧ショベルのバケットシリンダであり、前記アームシリンダおよびバケットシリンダの同時作動により行われる掘削動作時で、かつ前記一の油圧回路部における油圧ポンプまたは前記他の油圧回路部における油圧ポンプの吐出圧が所定値に到達した際に、前記合流状態から前記分流状態への切り換えが行われるのが好ましい（第３発明）。
第１発明によれば、一の油圧回路部と他の油圧回路部とを接続して駆動する合流状態から、一の油圧回路部と他の油圧回路部とを分離して駆動する分流状態への切り換えによる油圧ロス低減によってエンジン負荷が軽減されるに伴い、エンジン出力が抑制されるように構成されているので、エンジン出力が落ちてもオペレータが操作する上で違和感がなく、燃料消費量を低減することができる。したがって、油圧ロス低減効果をユーザが最も実感し易い燃費低減効果に転化することができる。
また、第２発明の構成を採用することにより、合流状態から分流状態への切り換えをより適正に行わせることができるので、燃費低減効果の最適化を図ることができる。
また、第３発明の構成を採用することにより、合流状態として、アームまたはバケットによる掘削作業の高速化を図ることができ、一方、分流状態として、油圧ロス低減効果を実効性のある燃費低減効果へと転化することが可能な油圧ショベルを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。 本発明の一実施形態に係る油圧駆動制御装置の油圧回路図である。 本発明の一実施形態に係る油圧駆動制御装置の動作状態を表わす図で、（ａ）は合流状態の簡略図、（ｂ）は合流状態から分流状態に切り換った状態の簡略図、（ｃ）は分流状態の簡略図である。 合分流切換制御の処理内容を表わすフローチャートである。
次に、本発明による油圧駆動制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に述べる各実施形態は、油圧ショベルの油圧駆動系に本発明が適用された例である。
本実施形態に係る油圧ショベル１は、図１に示されるように、下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回装置３を介して配される上部旋回体４と、この上部旋回体４の前部左方位置に設けられる運転室５と、その上部旋回体４の前部中央位置に取着される作業機６を備えて構成されている。前記作業機６は、上部旋回体４側から順にブーム７、アーム８およびバケット９がそれぞれ回動可能に連結されてなり、これらブーム７、アーム８およびバケット９のそれぞれに対応するように油圧シリンダ（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２）が配置されている。
この油圧ショベル１に具備される油圧駆動制御装置６０は、図２に示されるように、ディーゼル式のエンジン１６を駆動源とする可変容量型の第１油圧ポンプ１７Ａから吐出される圧油により主にアームシリンダ１１を駆動する第１油圧回路部６１と、同エンジン１６を駆動源とする可変容量型の第２油圧ポンプ１７Ｂから吐出される圧油により主にバケットシリンダ１２を駆動する第２油圧回路部６２を備えている。
前記エンジン１６には、電子ガバナ１９ａを具備する燃料噴射装置１９が付設されている。かかる電子ガバナ１９ａに対しては、目標とするエンジン出力特性に対応させて設定される燃料噴射特性マップに基づく燃料噴射信号がコントローラ２０から入力されるようになっている。こうして、自由なエンジン出力特性が得られるようにされている。なお、図２において示される油圧回路図は、後述する第１油圧回路部と第２油圧回路部とを接続（合流）し、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２を伸長作動させてアーム掘削およびバケット掘削を実施する際の回路状態を表わしている。また、燃料噴射装置１９およびコントローラ２０を含んでなるエンジン制御装置２１が本発明における「エンジン制御手段」に相当する。
前記第１油圧回路部６１は、第１油圧ポンプ１７Ａからアームシリンダ１１への圧油の供給流量および給排方向を制御するアーム用流量方向制御弁６３を備えている。このアーム用流量方向制御弁６３において、ポンプポートは第１吐出流路６４を介して第１油圧ポンプ１７Ａの出力ポートに、シリンダＡポートは給排流路６５を介してアームシリンダ１１のボトム側油室に、シリンダＢポートは給排流路６６を介してアームシリンダ１１のヘッド側油室に、タンクポートはドレン流路６７を介してタンク３８に、それぞれ接続されている。ここで、前記第１吐出流路６４には圧力センサ６８が設けられ、この圧力センサ６８からの圧力検出信号がコントローラ２０に入力されるようになっている。また、前記給排流路６５には、上流から下流への流れを許容し、下流から上流への流れを規制する外部パイロット圧操作形の第１チェック機能付圧力補償弁６９が介設されている。
前記第２油圧回路部６２は、第２油圧ポンプ１７Ｂからバケットシリンダ１２への圧油の供給流量および給排方向を制御するバケット用流量方向制御弁７０を備えている。このバケット用流量方向制御弁７０において、ポンプポートは第２吐出流路７１を介して第２油圧ポンプ１７Ｂの出力ポートに、シリンダＡポートは給排流路７２を介してバケットシリンダ１２のボトム側油室に、シリンダＢポートは給排流路７３を介してバケットシリンダ１２のヘッド側油室に、タンクポートはドレン流路７４を介してタンク３８に、それぞれ接続されている。ここで、前記第２吐出流路７１には圧力センサ７５が設けられ、この圧力センサ７５からの圧力検出信号がコントローラ２０に入力されるようになっている。また、前記給排流路７２には、上流から下流への流れを許容し、下流から上流への流れを規制する外部パイロット圧操作形の第２チェック機能付圧力補償弁７６が介設されている。
前記第１吐出流路６４と第２吐出流路７１とは、合分流弁７７が介設されてなる合流・分流用通路７８により接続されている。ここで、合分流弁７７は、減圧弁（二次圧一定形減圧弁）７９によって減圧された第１油圧ポンプ１７Ａからの圧油の供給を受ける電磁切換弁８０がコントローラ２０からの指令信号に基づいて切り換えられることで、切り換え操作されるようになっている。こうして、電磁切換弁８０の切換タイミングを変更することで、合分流弁７７の開閉に係る圧力設定を各種状況に応じて変更することができるようにされている。なお、この合分流弁７７と電磁切換弁８０との間には、比例弁（電磁比例弁）または絞り８１が介設されており、合分流弁７７を少しずつ作動させることでその合分流弁７７の切り換えに伴うショックを軽減することができるようにされている。
前記第１油圧回路部６１と第２油圧回路部６２との間には、両油圧回路部６１，６２をバイパスするバイパス通路８２が設けられている。すなわち、このバイパス通路８２は、第２吐出流路７１に流通される圧油の一部を、前記第１チェック機能付圧力補償弁６９よりも下流側の流路へと導くように両油圧回路部６１，６２を接続する。このバイパス通路８２には、前記アーム用流量方向制御弁６３と同様の流量方向制御弁であるアーム高速用流量制御弁８３、およびアームシリンダ１１への圧油の流入を許容し逆方向流れを規制する外部パイロット圧操作形のチェック機能付圧力補償弁８４が、それぞれ上流側から順に介設されている。ここで、前記アーム用流量方向制御弁６３と前記アーム高速用流量制御弁８３とは、以下に述べるように連携して作動されるようになっている。すなわち、アームシリンダ１１が大流量を要求する場合には、アーム用流量方向制御弁６３が開状態となった後に、アーム高速用流量制御弁８３が開状態となって、アーム用流量方向制御弁６３およびアーム高速用流量制御弁８３が共に開状態となり、かかる大流量の要求が無くなった場合には、アーム高速用流量制御弁８３が閉状態となって、アーム用流量方向制御弁６３のみが開状態となるようにされている。
前記コントローラ２０には、選択作業モードを設定するためのモニタパネル８５と、エンジン目標回転数を設定するためのスロットルダイヤル８６等が接続されている。ここで、選択される作業とは、アーム８の揺動（掘削）作業、バケット９の揺動（掘削）作業等であり、図示省略される操作レバーに設置された圧力スイッチ８７，８８，８９，９０からの出力信号にて各種の作業の指令が行われる。
以上に述べたように構成される本実施形態の油圧駆動制御装置６０の基本動作について、図３の簡略図を参照しつつ説明する。この図３において、（ａ）には合流状態が、（ｂ）には合流状態から分流状態に切り換ったときの状態が、（ｃ）には分流状態がそれぞれ示されている。
図３（ａ）に示されるように、合分流弁７７を開状態として第１油圧回路部６１と第２油圧回路部６２とを合流させることにより、第２油圧ポンプ１７Ｂからの圧油を合流・分流用通路７８およびバイパス通路８２を介して第１油圧回路部６１に補給する。より具体的な例で説明すると、各油圧ポンプ１７Ａ，１７Ｂのポンプ最大容量を１．０Ｐとした場合に、アームシリンダ１１を駆動させるのに１．５Ｐ必要であれば、第１油圧ポンプ１７Ａからの１．０Ｐに、第２油圧ポンプ１７Ｂからの０．５Ｐを加えることによって、１．５Ｐでもってアームシリンダ１１を駆動する。なお、この場合、各油圧ポンプ１７Ａ，１７Ｂの圧力は、例えば１００ｋｇｆ／ｃｍ２である。
また、バケットシリンダ１２の負荷圧の上昇により、この図３（ａ）の状態から同図（ｂ）に示されるように、合分流弁７７を閉位置として分流状態に切り換えたときには、第２油圧ポンプ１７Ｂからの圧油がバイパス通路８２を介してアームシリンダ１１に供給される。このため、合分流弁７７の切り換えによる流量の変化は少なく、流量変化に伴うショックが軽減される。なお、この場合、両油圧ポンプ１７Ａ，１７Ｂの圧力は、例えば２５０ｋｇｆ／ｃｍ２である。
そして、この図３（ｂ）の状態からアームシリンダ１１側の作動圧がバケットシリンダ１２側の作動圧よりも大きくなれば、チェック機能付圧力補償弁８４によってアームシリンダ１１への圧油の流入が停止されることになる。すなわち、アームシリンダ１１の負荷圧の上昇により、第２油圧ポンプ１７Ｂからアームシリンダ１１に補給される流量が減少し滑らかに同図（ｃ）に示される分流状態となる。この場合、例えば、第１油圧ポンプ１７Ａの圧力が３００ｋｇｆ／ｃｍ２、第２油圧ポンプ１７Ｂの圧力が２５０ｋｇｆ／ｃｍ２となっている。
次に、第１油圧回路部６１と第２油圧回路部６２との合分流動作が行われる際のコントローラ２０による処理内容を図４のフローチャートを用いて以下に詳述する。なお、かかる合分流動作においては、油圧ショベル１の他の作業（走行、上部旋回体４の旋回等）は停止状態とする。また、以下において単に「掘削」と称した場合、この「掘削」は、アーム８による掘削動作とバケット９による掘削動作の両方を含むものとする。
まず、ステップＳ１では、各種圧力スイッチ８７，８８，８９，９０からのＯＮ信号に基づいて、作業モードが掘削か否かを判断する。作業モードが掘削である場合にはステップＳ２へ進み、作業モードが掘削でない場合にはステップＳ３へ進む。このステップＳ３において、合分流弁７７が閉位置にあるときには開位置としてステップＳ１に戻り、合分流弁７７が開位置にあるときにはそのまま開位置としてステップＳ１に戻る。
ステップＳ２では、アーム８およびバケット９による同時掘削動作が行われるか否かを判断する。アーム８およびバケット９による同時掘削動作が行われない場合にはステップＳ３へ進み、アーム８およびバケット９による同時掘削動作が行われる場合にはステップＳ４へ進む。このステップＳ４では、合分流弁７７が開位置か否かを判断する。合分流弁７７が開位置であればステップＳ５へ進み、合分流弁７７が閉位置であればステップＳ６へ進む。
ステップＳ５では、Ｐ１ｏｒＰ２≧２５０ｋｇｆ／ｃｍ２（２４．５ＭＰａ）が成立するか否かを判断する。ここで、Ｐ１は圧力センサ６８による検出圧力であり、Ｐ２は圧力センサ７５による検出圧力である。そして、Ｐ１またはＰ２が２５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であれば、合分流弁７７を閉位置として分流状態にする（Ｓ７）。一方、Ｐ１ｏｒＰ２≧２５０ｋｇｆ／ｃｍ２が成立しない場合には、ステップＳ１に戻る。
ステップＳ６では、Ｐ１ａｎｄＰ２＜２２０ｋｇｆ／ｃｍ２（２１．６ＭＰａ）が成立するか否かを判断する。そして、Ｐ１およびＰ２がいずれも２２０ｋｇｆ／ｃｍ２未満であれば、合分流弁７７を開位置として合流状態にする（Ｓ８）。一方、Ｐ１ａｎｄＰ２＜２２０ｋｇｆ／ｃｍ２が成立しない場合には、ステップＳ１に戻る。
そして、本実施形態においては、前記ステップＳ７にて合流状態から分流状態へと切り換えられるに伴い、エンジン制御装置２１がエンジン１６の出力を抑制（例えばΔ３％）するようにされている。
本実施形態の油圧駆動制御装置６０によれば、合流状態においてＰ１またはＰ２が２５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上となれば分流状態に切り換えられて油圧ロスが低減され、これに合わせてエンジン出力が抑制されるように構成されているので、違和感なくエンジン出力を落として燃料消費量を低減することができる。したがって、油圧ロス低減効果をユーザが最も実感し易い燃費低減効果に転化することができる。また、分流状態においてＰ１およびＰ２のいずれもが２２０ｋｇｆ／ｃｍ２未満となれば、合流状態としてアームもしくはバケットを高速駆動することができる。
さらに、本実施形態の油圧駆動制御装置６０によれば、油圧ポンプ１７Ａ，１７Ｂの吐出圧に基づいて合流状態と分流状態との切り換えが行われるので、合流状態から分流状態への切り換えをより適正に行わせることができ、燃費低減効果の最適化を図ることができる。しかも、両油圧回路部６１，６２を合流させるときの基準圧力と、両油圧回路部６１，６２を分流させるときの基準圧力とを相違させているので、合流状態と分流状態との切換時においてハンチングを回避することができ、切換動作の信頼性が向上するという利点がある。
なお、本実施形態においては、油圧ショベル１が前記油圧駆動制御装置６０を独立に搭載する例を示したが、油圧ショベル１が油圧駆動制御装置６０を兼備するような態様であっても良く、これによって更なる低燃費化を図ることができるのは言うまでもない。
本発明に係る油圧駆動制御装置は、油圧ショベルは勿論のこと、その他、ホイールローダ等の建設機械、農業機械、産業車両などの油圧駆動制御装置として利用することができる。
１ 油圧ショベル
８ アーム
９ バケット
１１ アームシリンダ
１２ バケットシリンダ
１６ エンジン
１７Ａ 第１の油圧ポンプ
１７Ｂ 第２の油圧ポンプ
１９ 燃料噴射装置
１９ａ 電子ガバナ
２０ コントローラ
２１ エンジン制御装置
６０ 油圧駆動制御装置
６１ 第１油圧回路部
６２ 第２油圧回路部
６８，７５ 圧力センサ
７７ 合分流弁
７８ 合流・分流用通路

Claims (3)

  1. エンジンを駆動源とする油圧ポンプから吐出される圧油により油圧アクチュエータを駆動する複数の油圧回路部を備え、この複数の油圧回路部における一の油圧回路部と他の油圧回路部とを接続して駆動する合流状態と、前記一の油圧回路部と他の油圧回路部とを分離して駆動する分流状態とを切換可能に構成される油圧駆動制御装置において、
    前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段を設け、このエンジン制御手段は、前記合流状態から前記分流状態への切り換えに伴い、前記エンジンの出力を抑制する制御を行うことを特徴とする油圧駆動制御装置。
  2. 前記油圧ポンプの吐出圧に基づいて前記合流状態と前記分流状態との切り換えが行われる請求項１に記載の油圧駆動制御装置。
  3. 前記一の油圧回路部における油圧アクチュエータは油圧ショベルのアームシリンダであり、前記他の油圧回路部における油圧アクチュエータは油圧ショベルのバケットシリンダであり、前記アームシリンダおよびバケットシリンダの同時作動により行われる掘削動作時で、かつ前記一の油圧回路部における油圧ポンプまたは前記他の油圧回路部における油圧ポンプの吐出圧が所定値に到達した際に、前記合流状態から前記分流状態への切り換えが行われる請求項１または２に記載の油圧駆動制御装置。
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