JP2011241677A - 建設機械の過負荷防止装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 油圧ポンプの吐出圧の急上昇時におけるエンジンラグダウンの発生を防止して内燃機関の燃料噴射量の急増を防止し、建設機械における全作業時の燃費を低減するとともに油圧アクチュエータ等の操作性を向上させる過負荷防止装置を提供する。
【解決手段】 本発明の過負荷防止装置は、操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、操作状況検出手段によって検出された操作状況から操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、油圧ポンプの入力トルクをトルク一定制御時における最小トルク値に設定する制御信号を吐出量制御手段に出力し、その後、前記制御信号の信号レベルを所定の制御パターンに従って変化させて、油圧ポンプの入力トルクをトルク一定制御時における最大トルク値まで上昇させる制御手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建設機械の過負荷防止装置に係り、特に、駆動系に内燃機関を使用する油圧ショベル等の建設機械において、全作業時の燃費を低減することが可能な建設機械の過負荷防止装置に関する。
従来の建設機械の過負荷防止装置として、例えば、図７に示したような油圧ポンプ駆動系制御装置が知られている。
図７の油圧ポンプ駆動系制御装置には、エンジン（内燃機関）１で駆動される可変容量油圧ポンプ（メインポンプ）２と、パイロットポンプ３とが設けられている。可変容量油圧ポンプ２の吐出口は、図示しない油圧アクチュエータに対し、可変容量油圧ポンプ２からの油圧の供給及び排出を制御する制御弁４に連通されている。
図７の油圧ポンプ駆動系制御装置において、制御弁４の両端部に設けられたパイロットポート４ａ，４ａは、それぞれパイロット圧導入用管路５を介して操作レバー６のパイロット圧吐出口に連通されている。操作レバー６には、パイロットポンプ３からのパイロット油圧が図示しない管路を介して導入されており、パイロット油圧が制御弁４を作動させるためのパイロット圧として用いられている。
また、可変容量油圧ポンプ２の吐出口は、管路１３を介してレギュレータ（吐出量制御手段）７の油圧導入口に連通されている。可変容量油圧ポンプ２は、その吐出圧をレギュレータ７に導くことにより、吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させて、その入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御（又は馬力一定制御）を行って、入力トルクがエンジントルクを超えないように運転される。可変容量油圧ポンプ２に対しては、操作レバー６の操作量によって吐出量が増減する流量制御も行われている。図８は、図７の油圧ポンプ駆動系制御装置における馬力一定制御を線図で表したものであり、馬力一定曲線（ＨモードとＬモード）が示されている。
建設機械が油圧アクチュエータ等を備えた油圧ショベルの場合、油圧ショベルを用いて、重掘削、軽作業、仕上げ等の様々な作業が行われる。このような作業を行う際に、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクを変動させて、その作業に最適な入力トルクを選択できるように、図７の油圧ポンプ駆動系制御装置には、外部信号を出力するモード切換えスイッチ８と、モード切換えスイッチ８からの外部信号を受け取ってトルク設定信号を出力するコントロ−ラ（制御手段）９と、コントロ−ラ９からのトルク設定信号を受け取って２次圧Ｐｆを出力する電磁逆比例弁（入力トルク制御手段）１０が設けられている。
上記のモード切換えスイッチ８、コントロ−ラ９及び電磁逆比例弁１０により、作業モード切換え回路が構成されている。電磁逆比例弁１０からの２次圧Ｐｆをレギュレータ７に供給することにより、図８に示すように、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクがＴｍａｘからＴｍｉｎの間で変動し、前記入力トルクは、ＴｍａｘからＴｍｉｎの間で、切換えスイッチ８からの外部信号の信号レベルに応じた入力トルク値に設定される。
図９は、建設機械として油圧ショベルを用いて一般掘削を行う際に、前記馬力一定制御をＨモードに設定した場合の図７の油圧ポンプ駆動系制御装置における各部の波形を示すタイムチャートである。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したように、操作レバー６が急操作されると、可変容量油圧ポンプ２の吐出量Ｑが増加し始める。同時に、油圧アクチュエータを作動させるために起動圧が発生し、可変容量油圧ポンプ２の吐出圧Ｐが一気にＰ１まで増加する（図９（ｃ）参照）。ここで、前記馬力一定制御をＨモードに設定した場合、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクをほぼ一定に制御するために、電磁逆比例弁１０の二次圧Ｐｆを所定の値Ｐｆ１に設定されている（図９（ｆ）参照）。
このとき、Ｈモードに設定された前記馬力一定制御が、吐出圧Ｐ１までの急上昇に応答しきれないため、可変容量油圧ポンプ２の吐出圧Ｐが急速に増加する過程で、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴは、エンジン回転数Ｎが定格回転数Ｎ０時のトルクをオーバーしてＴ１となる（図９（ｄ）参照）。この結果、エンジン１の回転数Ｎは、トルクが釣り合うエンジン回転数Ｎ１まで低下し、このエンジン回転数の低下（ラグダウン）に伴ってポンプ吐出量Ｑが一旦低下する（図９（ｅ）及び図９（ｂ）参照）。
さらに、一旦、油圧アクチュエータが作動すると、各部の摺動部が静摩擦から動摩擦に変化することにより、ポンプ吐出圧ＰはＰ２まで低下し、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴもＴｍａｘまで低下し、ポンプ吐出量ＱはＱ１まで上昇して前記馬力一定制御の制御状態に復帰する。
しかし、エンジン１に対しては、エンジン回転数が低下している間に、エンジン回転数Ｎを定格回転数Ｎ０に戻そうとして、燃料噴射量を増大させる制御が実行される。図９（ｅ）及び図９（ｇ）に示したように、エンジン回転数の低下時に、エンジン１の燃料噴射量ｑをｑ１からｑ２まで増加させることにより、低下したエンジン回転数Ｎを定格回転数Ｎ０まで復帰させる制御が行われる。燃料噴射量ｑをｑ１からｑ２まで増加させたことにより、図９（ｇ）に示した斜線部Ｆに相当する燃料噴射量が、エンジン１の燃料消費を増大させる原因となっている。
また、従来の建設機械の過負荷防止装置として、例えば、特許文献１に示された建設機械のエンジンラグダウン抑制装置が知られている。このエンジンラグダウン抑制装置は、エンジンによって駆動されるメインポンプと、このメインポンプの最大ポンプトルクを調整するトルク制御弁と、メインポンプから供給される油圧により駆動される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータを操作する操作装置とを備えている。さらに、このエンジンラグダウン抑制装置には、操作装置が非操作状態から操作された後、低ポンプトルクに保持する所定の保持時間の経過時点から、油圧ポンプトルクを時間経過に従って所定の増トルク率に基づいて徐々に増加させるようにトルク制御弁を制御するトルク制御手段が設けられている。
特許文献１のエンジンラグダウン抑制装置は、トルク制御手段によって徐々に油圧ポンプトルクを増加させるように構成してあるので、前記所定の保持時間の経過後においてもエンジンにかかる負荷を軽くすることができる。これにより、所定の保持時間の経過後のエンジンラグダウンを小さく抑えることができる。
特開２００５−７６６７０号公報
しかし、図７に示した従来技術においては、操作レバーが急操作されたとき、可変容量油圧ポンプの吐出圧が急上昇し、この吐出圧の急上昇の過程で可変容量油圧ポンプの入力トルクは、エンジン回転数が定格回転数のときのトルクをオーバーするように上昇する。この結果、エンジンは、トルクが釣り合うエンジン回転数までラグダウンする。エンジンには、このエンジンラグダウンが発生している間に、エンジン回転数を定格回転数に戻すための燃料噴射量の急上昇が発生し、燃費を悪化させていた。また、可変容量油圧ポンプは、エンジンラグダウンにより吐出量が一旦低下するため、油圧アクチュエータ等の速度が変動して操作性に悪影響を及ぼしていた。
特許文献１に記載の従来技術においては、上記のトルク制御手段により徐々にポンプトルクを増加させて、所定の保持時間の経過後のエンジンラグダウンを小さく抑えるように構成している。しかし、小さく抑えたとしても、エンジンラグダウンが発生するので、燃料噴射量の増加は免れ得ない。
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、油圧ポンプの吐出圧の急上昇時におけるエンジンラグダウンの発生を防止してエンジンの燃料噴射量の急増を防止し、建設機械における全作業時の燃費を低減するとともに、油圧アクチュエータ等の操作性を向上させることができる建設機械の過負荷防止装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の建設機械の過負荷防止装置は、内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、油圧アクチュエータに対し前記油圧ポンプからの油圧の供給及び排出制御を行う制御弁と、前記制御弁を作動させるパイロット圧を出力する操作レバーと、前記油圧ポンプにおける吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ前記油圧ポンプの入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御を実行する吐出量制御手段とを有する建設機械の過負荷防止装置であって、前記操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、前記操作状況検出手段によって検出された操作状況から前記操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最小トルク値に設定する制御信号を前記吐出量制御手段に出力し、その後、前記制御信号の信号レベルを所定の制御パターンに従って変化させて、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最大トルク値まで上昇させる制御手段とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、操作レバーが急操作されると、油圧アクチュエータを作動させるための起動圧が発生して油圧ポンプの吐出圧が急上昇する。このとき、操作レバーの急操作に伴うパイロット圧の急上昇が操作状況検出手段によって検出され、この検出信号が制御手段に入力される。制御手段の制御により、油圧ポンプの入力トルクをトルク一定制御時における最小トルク値に設定する制御信号が吐出量制御手段に出力される。この結果、油圧ポンプの吐出圧が急上昇しても吐出量の上昇が抑えられて油圧ポンプの入力トルクは内燃機関のトルクを超えないように制御される。この後、前記制御信号の信号レベルが所定の制御パターンで変化されて、油圧ポンプの入力トルクはトルク一定制御時における最大トルク値まで上昇する。
本発明によれば、操作レバーが急操作されて油圧ポンプの吐出圧が急上昇しても油圧ポンプの入力トルクがエンジントルクを超えないように制御されることで、エンジン回転数が低下するエンジンラグダウンがなくなり、内燃機関の燃料噴射量の急増を防止することができるため、建設機械における全作業時の燃費を低減することができる。また、エンジンラグダウンがなくなることから、油圧ポンプの吐出量が一旦低下する現象がなくなって、油圧ポンプから供給される油圧で作動する油圧アクチュエータ等の操作性を向上させることができる。
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る建設機械の過負荷防止装置を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る建設機械の過負荷防止装置の油圧回路を示す図である。図２は、図１の実施形態における電磁逆比例弁の２次圧とポンプ入力トルクの関係を示すトルク特性図である。図３は、図１の実施形態における各特性を示すタイムチャートである。なお、図１において、図７に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
上述したように、油圧ポンプの吐出圧の急上昇時におけるエンジンラグダウンの発生を防止して内燃機関の燃料噴射量の急増を防止し、建設機械における全作業時の燃費を低減するとともに油圧アクチュエータ等の操作性を向上させるために、本実施形態の建設機械の過負荷防止装置は、内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、油圧アクチュエータに対し前記油圧ポンプからの油圧の供給及び排出制御を行う制御弁と、前記制御弁を作動させるパイロット圧を出力する操作レバーと、前記油圧ポンプにおける吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ前記油圧ポンプの入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御を実行する吐出量制御手段とを有する建設機械の過負荷防止装置であって、前記操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、前記操作状況検出手段によって検出された操作状況から前記操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最小トルク値に設定する制御信号を前記吐出量制御手段に出力し、その後、前記制御信号の信号レベルを所定の制御パターンに従って変化させて、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最大トルク値まで上昇させる制御手段とを備える。
図１の過負荷防止装置において、操作レバー６から制御弁４の両パイロットポート４ａ，４ａにパイロット油圧を導入するための管路５に、シャトル弁１１が配設されている。シャトル弁１１により、両パイロットポート４ａ，４ａのうちのいずれかに入力されるパイロット油圧が取り出され、この取り出されたパイロット油圧が圧力センサ１２に供給される。可変容量油圧ポンプ２の吐出口は、管路１３を介してレギュレータ（吐出量制御手段）７の油圧導入口に連通されている。可変容量油圧ポンプ２は、その吐出圧をレギュレータ７に導くことにより、吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御（又は馬力一定制御）を行って、入力トルクがエンジントルクを超えないように運転される。
圧力センサ１２により、パイロット油圧の圧力値が検出されてパイロット圧検出信号が出力される。シャトル弁１１を介し操作レバー６に接続された圧力センサ１２により、操作レバー６の操作状況を検出する操作状況検出手段が構成される。圧力センサ１２のパイロット圧検出信号は、コントローラ９に出力される。
コントローラ９は、受け取ったパイロット圧検出信号に基づき、パイロット圧の上昇率ｄｐ／ｄｔ（図３（ａ）のＡ部拡大図参照）を求め、この上昇率ｄｐ／ｄｔの値に基づき、操作レバー６が所定の速さ以上で操作されたか否かを判断する。
この操作レバー６が所定の速さ以上で操作されたと判断されたとき、コントローラ９から所定の電流信号が出力され、所定の電流信号が電磁逆比例弁１０の駆動部１０ａに入力される。電磁逆比例弁１０は、前記所定の電流信号を受けて、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクを所定の値まで減少させる制御信号を出力し、前記制御信号を吐出量制御手段としてのレギュレータ７に入力させるように構成されている。
次に、図２及び図３を用いて、図１の過負荷防止装置の作用を説明する。操作レバー６が急操作されず、パイロット圧の上昇が緩やかな場合、可変容量油圧ポンプ２の吐出圧Ｐも緩やかに上昇する。このとき、可変容量油圧ポンプ２における馬力一定制御も、吐出圧Ｐの緩やかな上昇に追従して、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴが、エンジントルクをオーバーすることはない。したがって、エンジンラグダウンが発生することはなく、エンジン１の燃料噴射が正常に行われる。
一方、操作レバー６が急操作された場合は、油圧アクチュエータ等を作動させるための起動圧が発生して、図３（ｃ）に示したように、可変容量油圧ポンプ２の吐出圧Ｐが一気にＰ１まで上昇する。このとき、前記操作レバー６の急操作に伴うパイロット圧の急上昇がシャトル弁１１を介して圧力センサ１２によって検出され、圧力センサ１２のパイロット圧検出信号がコントローラ９に出力される。
コントローラ９は、パイロット圧の上昇率ｄｐ／ｄｔが所定の値ａ以上（即ち、ａ≦ｄｐ／ｄｔ）であることを確認して、操作レバー６が所定の速さ以上で操作されたと判断する（図３（ａ）参照）。コントローラ９は、この判断結果に基づいて、所定の電流信号を電磁逆比例弁１０の駆動部１０ａに出力する。
電磁逆比例弁１０は、前記所定の電流信号を受け取り、図２及び図３に示すように、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴをトルク一定制御時における最小トルク値Ｔｍｉｎに設定する制御信号として２次圧Ｐｆ２を出力する（図３（ｄ）及び図３（ｆ）参照）。電磁逆比例弁１０の２次圧Ｐｆ２はレギュレータ７に供給される。この結果、可変容量油圧ポンプ２は、前記のように吐出圧Ｐが急上昇しても吐出量Ｑの上昇が抑えられて、入力トルクＴはエンジントルクを超えないように制御される（図３（ｂ）、図３（ｃ）及び図３（ｄ）参照）。
電磁逆比例弁１０が２次圧Ｐｆ２を出力した時点ｔ１から所定の時間だけ経過したときの時点ｔ２までに、コントローラ９は、電磁逆比例弁１０から出力される２次圧Ｐｆの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ２のトルク一定制御時における最小トルク値Ｔｍｉｎに相当する２次圧Ｐｆ２から、所定の制御パターンに従って、トルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘに相当する２次圧Ｐｆ１まで変化させる。この電磁逆比例弁１０から出力される２次圧Ｐｆの変化により、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴは、トルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘまで上昇する。
上述のように、電磁逆比例弁１０からの２次圧Ｐｆの信号レベルを変化させるためにコントローラ９が用いる所定の制御パターンとしては、（１）電磁逆比例弁１０からの２次圧Ｐｆの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ２のトルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘに相当するレベルまで所定の時間内に戻す第１の制御パターン、（２）エンジン１の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、電磁逆比例弁１０からの２次圧Ｐｆの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ２のトルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘに相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第２の制御パターン、（３）電磁逆比例弁１０からの２次圧Ｐｆの信号レベルを、一旦所定の時間内に任意の値まで戻した後、エンジン１の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、可変容量油圧ポンプ２のトルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘに相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第３の制御パターンのうちのいずれかの制御パターンが採用される。
上述したように、本実施形態に係る建設機械の過負荷防止装置においては、操作レバー６が急操作されて可変容量油圧ポンプ２の吐出圧Ｐが急上昇しても可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴがエンジントルクを超えないように制御されることで、エンジン１の回転数が一時的に低下するエンジンラグダウンが発生しなくなり、エンジン１の燃料噴射量の急増を防止することができる（図３（ｅ）及び図３（ｇ）参照）。したがって、建設機械における全作業時の燃費を低減することができる。
また、エンジンラグダウンがなくなることから、可変容量油圧ポンプ２の吐出量Ｑが一時的に低下する現象がなくなって、可変容量油圧ポンプ２から供給される油圧で作動する油圧アクチュエータ等の操作性を向上させることができる。
可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴがエンジントルクを超えないように制御されている状態において、電磁逆比例弁１０からの２次圧Ｐｆの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ２のトルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘに相当するレベルまで所定の時間内に戻す等の制御パターン処理を行うことで、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴを、操作レバー６の急操作前のほぼ一定に制御されていた状態に復帰させることができる。
次に、本発明の他の実施態様について説明する。油圧ショベル等の建設機械の駆動系に過給機付きエンジンを用いた場合、過給圧が十分であっても、不十分であっても、掘削状況や操作状況に応じて急激にパイロット圧が上昇した際には、上述の実施形態と同様に、油圧アクチュエータ等の操作性を悪化させることなく、エンジンラグダウンを防止して燃費低減を達成することが望ましい。
建設機械の駆動系に過給機付きのエンジンを用いた場合、建設機械の作業中、又は作業停止後直ちに作業を再開した際等の高負荷状態にあるときには、エンジンの過給圧Ｐｓは、図３（ｉ）の一点鎖線で示したように、十分に高い過給圧Ｐｓ１が得られる。一方、建設機械が未作業状態（無負荷状態）であるときには、エンジンの過給圧Ｐｓは、図３（ｉ）の二点鎖線で示したように、比較的低い過給圧Ｐｓ２に設定される。この場合には、十分なエンジンの出力トルクが得られなくなる。すなわち、過給圧ＰｓがＰｓ１の時、エンジンの発生可能トルクＴｅは、図３（ｈ）の一点鎖線で示したように、十分大きなトルクＴｅ１が得られる一方、過給圧Ｐｓ２の時には、エンジンの発生可能トルクＴｅは、図３（ｈ）の二点鎖線で示したように、比較的小さなトルクＴｅ２しか得られない。
しかしながら、従来の油圧ポンプ駆動系制御装置においては、エンジンが高負荷状態であっても、無負荷状態であっても、同様の制御を行っていた。すなわち、エンジンの発生可能トルクＴｅがＴｅ１の時において、油圧ポンプはその入力トルクを大きく設定して、より大きな仕事量が得られるにも関わらず、エンジンの発生可能トルクＴｅがＴｅ２の時と同じ仕事量に抑えられていた。このため、油圧アクチュエータ等の加速が鈍る等、操作性を悪化させる要因となっていた。
上記の課題を解決するため、下記の実施形態の建設機械の過負荷防止装置は、過給機付きの内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、油圧アクチュエータに対し前記油圧ポンプからの油圧の供給及び排出制御を行う制御弁と、前記制御弁を作動させるパイロット圧を出力する操作レバーと、前記油圧ポンプにおける吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ前記油圧ポンプの入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御を実行する吐出量制御手段とを有する建設機械の過負荷防止装置であって、前記操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記操作状況検出手段によって検出された操作状況から前記操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、前記油圧ポンプの入力トルクを所定の値に設定する制御信号を前記吐出量制御手段に出力する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記過給圧検出手段によって検出された過給圧に基づき予め算出された前記内燃機関の発生可能トルクに応じて、前記制御信号により設定される前記所定の値を、前記トルク一定制御時における最小トルク値と最大トルク値の間の任意の値に変化させる。
図４は、本発明の一実施態様に係る建設機械の過負荷防止装置の油圧回路を示す図である。図５は、図４の実施形態における電磁逆比例弁の２次圧とポンプ入力トルクの関係を示すトルク特性図である。図６は、図４の実施形態における各特性を示すタイムチャートである。なお、図４において、図１に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。
図４の過負荷防止装置において、過給機付きエンジン１には過給圧センサ２２が取り付けてあり、この過給圧センサ２２は、動作時にエンジン１へ供給される過給圧を検出して、過給圧検出信号をコントローラ９に出力する。また、操作レバー６から制御弁４の両パイロットポート４ａ，４ａにパイロット油圧を導入するための管路５に、シャトル弁１１が配設されている。このシャトル弁１１により、両パイロットポート４ａ，４ａのうちのいずれかに入力されるパイロット油圧が取り出され、この取り出されたパイロット油圧が圧力センサ１２に供給される。可変容量油圧ポンプ２の吐出口は、管路１３を介してレギュレータ（吐出量制御手段）７の油圧導入口に連通されている。可変容量油圧ポンプ２は、その吐出圧をレギュレータ７に導くことにより、吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御（又は馬力一定制御）を行って、入力トルクがエンジントルクを超えないように運転される。
圧力センサ１２により、パイロット油圧の圧力値が検出されてパイロット圧検出信号が出力される。シャトル弁１１を介し操作レバー６に接続された圧力センサ１２により、操作レバー６の操作状況を検出する操作状況検出手段が構成される。圧力センサ１２のパイロット圧検出信号は、コントローラ９に出力される。
コントローラ９は、受け取ったパイロット圧検出信号に基づき、パイロット圧の上昇率ｄｐ／ｄｔ（図３（ａ）のＡ部拡大図参照）を求め、この上昇率ｄｐ／ｄｔの値に基づき、操作レバー６が所定の速さ以上で操作されたか否かを判断する。
この操作レバー６が所定の速さ以上で操作されたと判断されたとき、コントローラ９から所定の電流信号が出力され、所定の電流信号が電磁逆比例弁１０の駆動部１０ａに入力される。電磁逆比例弁１０は、前記所定の電流信号を受けて、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクを所定の値まで減少させる制御信号を出力し、前記制御信号を吐出量制御手段としてのレギュレータ７に入力させるように構成されている。
また、図４の過負荷防止装置におけるコントローラ９では、エンジン１の様々な動作状態において過給圧センサ２２から受け取った過給圧検出信号に基づき、その過給圧検出値に応じてエンジン１の発生可能トルクＴｅを予め算出しておく。例えば、図６（ａ）及び図６（ｄ）に示したように、高負荷状態時の過給圧ＰｓがＰｓ１であるとき、エンジン１の発生可能トルクＴｅは十分大きなトルク値Ｔｅ１となるように算出しておく。同様に、無負荷状態時の過給圧ＰｓがＰｓ２であるときには、エンジンの発生可能トルクＴｅは、比較的小さなトルク値Ｔｅ２となるように算出しておく（Ｐｓ１＞Ｐｓ２、Ｔｅ１＞Ｔｅ２）。
次に、図５及び図６を用いて、図４の過負荷防止装置の作用を説明する。操作レバー６が急操作されず、パイロット圧の上昇が緩やかな場合、可変容量油圧ポンプ２の吐出圧Ｐも緩やかに上昇する。このとき、可変容量油圧ポンプ２における馬力一定制御も、吐出圧Ｐの緩やかな上昇に追従して、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴが、エンジントルクをオーバーすることはない。したがって、エンジンラグダウンが発生することはなく、エンジン１の燃料噴射が正常に行われる。
一方、操作レバー６が急操作された場合、コントローラ９は、圧力センサ１２のパイロット圧検出信号が示すパイロット圧の上昇率ｄｐ／ｄｔが所定の値ａ以上（即ち、ａ≦ｄｐ／ｄｔ）であることを確認して、操作レバー６が所定の速さ以上で操作されたと判断する。コントローラ９は、この判断結果に基づいて、所定の電流信号を電磁逆比例弁１０の駆動部１０ａに出力する。
電磁逆比例弁１０は、前記所定の電流信号を受け取り、図５及び図６に示すように、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴをトルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘと最小トルク値Ｔｍｉｎの間の任意の中間値Ｔｍｉｄに設定する制御信号として２次圧Ｐｆ３を出力する（図６（ｃ）及び図６（ｅ）参照）。電磁逆比例弁１０の２次圧Ｐｆ３はレギュレータ７に供給される。この結果、可変容量油圧ポンプ２は、図１の実施形態と同様に、吐出圧Ｐが急上昇しても吐出量Ｑの上昇が抑えられて、入力トルクＴはエンジントルクを超えないように制御される。さらに、エンジン１の発生可能トルクＴｅが十分大きなトルク値Ｔｅ１であるときには、図６（ｂ）の斜線部Ｆで示したように、油圧ポンプの吐出量Ｑが図１の実施形態の場合と比較して余分に得られるため、油圧アクチュエータ等の加速性を向上させることができる。
電磁逆比例弁１０が２次圧Ｐｆ３を出力した時点ｔ１から所定の時間だけ経過したときの時点ｔ２までに、コントローラ９は、電磁逆比例弁１０から出力される２次圧Ｐｆの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ２のトルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘと最小トルク値Ｔｍｉｎの間の中間値Ｔｍｉｄに相当する２次圧Ｐｆ３から、所定の制御パターンに従って、トルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘに相当する２次圧Ｐｆ１まで変化させる。この電磁逆比例弁１０から出力される２次圧Ｐｆの変化により、可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴは、トルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘまで上昇する。
図１の実施形態と同様に、電磁逆比例弁１０からの２次圧Ｐｆの信号レベルを変化させるために図４のコントローラ９が用いる所定の制御パターンとしては、（１）電磁逆比例弁１０からの２次圧Ｐｆの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ２のトルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘに相当するレベルまで所定の時間内に戻す第１の制御パターン、（２）エンジン１の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、電磁逆比例弁１０からの２次圧Ｐｆの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ２のトルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘに相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第２の制御パターン、（３）電磁逆比例弁１０からの２次圧Ｐｆの信号レベルを、一旦所定の時間内に任意の値まで戻した後、エンジン１の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、可変容量油圧ポンプ２のトルク一定制御時における最大トルク値Ｔｍａｘに相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第３の制御パターンのうちのいずれかの制御パターンが採用される。
上述したように、図４の過負荷防止装置においては、操作レバー６が急操作されて可変容量油圧ポンプ２の吐出圧Ｐが急上昇しても可変容量油圧ポンプ２の入力トルクＴがエンジントルクを超えないように制御されることで、エンジン１の回転数が一時的に低下するエンジンラグダウンが発生しなくなり、エンジン１の燃料噴射量の急増を防止することができる。したがって、建設機械における全作業時の燃費を低減することができる。また、エンジンの発生可能トルクが十分大きなトルク値であるとき、油圧ポンプの吐出量を図１の実施形態の場合より大きくできるので、油圧アクチュエータ等の加速性を向上させることができる。
図６の例では、過給圧がＰｓ１である場合のみを示したが、エンジンの動作状況により過給圧は様々な値となり、それぞれの値に応じてエンジンの発生可能トルクが変動するため、過給圧Ｐｓ、電磁逆比例弁２次圧Ｐｆ、ポンプトルクＴの変化は図６の例に限定されるものではない。検出した過給圧に基づき、コントローラ９が電磁逆比例弁１０の２次圧Ｐｆを変化させることにより、油圧ポンプ２の入力トルクをそのときのエンジントルクに最適な値に適合させることが可能である。
上述したように、図４の実施形態によれば、エンジンラグダウンの発生が防止され、不必要な燃料を噴射することがないため、燃費を向上させることができると共に、エンジンの発生可能トルクが十分大きいときには、油圧ポンプの吐出量を大きくできるので、油圧アクチュエータ等の応答性を確保することができる。
なお、上述の実施形態では操作レバーの急操作を検出することで電磁逆比例弁の制御を行っているが、油圧ポンプの吐出圧の急上昇を検することによって同様の電磁逆比例弁制御を行ってもよい。さらに、上述の実施形態では電磁逆比例弁を具体例として挙げているが、電磁比例弁や他の電磁弁を用いても同様の効果を得ることができる。
本発明は具体的に開示された上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく種々の変形や変更が可能である。
本出願は２００６年５月１０日出願の優先権主張日本特許出願第２００６−１３１９７５号に基づいており、その全内容がここに援用されている。
本発明の一実施形態に係る建設機械の過負荷防止装置の油圧回路を示す図である。 図１の実施形態における電磁逆比例弁の２次圧とポンプ入力トルクの関係を示すトルク特性図である。 図１の実施形態における各特性を示すタイムチャートである。 本発明の他の実施形態に係る建設機械の過負荷防止装置の油圧回路を示す図である。 図４の実施形態における電磁逆比例弁の２次圧とポンプ入力トルクの関係を示すトルク特性図である。 図４の実施形態における各特性を示すタイムチャートである。 従来の建設機械用油圧ポンプ駆動系制御装置の油圧回路を示す図である。 図７の油圧ポンプ駆動系制御装置における馬力一定制御及びエンジン回転数とポンプ入力トルクの関係を示す特性図である。 図７の油圧ポンプ駆動系制御装置における各特性を示すタイムチャートである。
１ エンジン（内燃機関）
２ 可変容量油圧ポンプ（メインポンプ）
４ 制御弁
６ 操作レバー
７ レギュレータ（吐出量制御手段）
８ モード切換えスイッチ
９ コントロ−ラ（制御手段）
１０ 電磁逆比例弁（入力トルク制御手段）
１１ シャトル弁
１２ 圧力センサ（操作状況検出手段）
２２ 過給圧センサ

Claims (3)

  1. 内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、油圧アクチュエータに対し前記油圧ポンプからの油圧の供給及び排出制御を行う制御弁と、前記制御弁を作動させるパイロット圧を出力する操作レバーと、前記油圧ポンプにおける吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ前記油圧ポンプの入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御を実行する吐出量制御手段とを有する建設機械の過負荷防止装置であって、
    前記操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、前記操作状況検出手段によって検出された操作状況から前記操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最小トルク値に設定する制御信号を前記吐出量制御手段に出力し、その後、前記制御信号の信号レベルを所定の制御パターンに従って変化させて、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最大トルク値まで上昇させる制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の過負荷防止装置。
  2. 請求項１記載の建設機械の過負荷防止装置において、前記制御手段が用いる前記所定の制御パターンは、前記制御信号の信号レベルを、前記トルク一定制御時における最大トルク値に相当するレベルまで所定の時間内に戻す第１の制御パターンと、前記内燃機関の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、前記制御信号の信号レベルを、前記トルク一定制御時における最大トルク値に相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第２の制御パターンと、前記制御信号の信号レベルを一旦所定の時間内に任意の値まで戻した後、前記内燃機関の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、前記制御信号の信号レベルを、前記トルク一定制御時における最大トルク値に相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第３の制御パターンの中、いずれかであることを特徴とする建設機械の過負荷防止装置。
  3. 請求項１記載の建設機械の過負荷防止装置において、前記油圧ポンプは可変容量油圧ポンプにより構成され、前記操作状況検出手段は前記操作レバーに接続された圧力センサにより構成されることを特徴とする建設機械の過負荷防止装置。
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