JP2013204223A - 制御装置及びこれを備えた建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧ポンプの駆動のロスを十分に抑えること。
【解決手段】ブーム下げとアーム押しの複合動作時に、回生状態に切り換わるように回生弁２２の動作を制御するとともに、回生弁２２を通じた作動油の回生に応じて第２油圧ポンプ１６の吐出流量が減少するように第２油圧ポンプ１６の流量を制御する制御部１４を備えている。制御部１４は、複合動作時に第２油圧ポンプ１６の吐出流量が規定流量以下である場合にエンジン５の回転数を回転数指示部２９により指示された回転数よりも低下させるための指令を出力する。
【選択図】図３

Description

本発明は、油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、上記油圧ポンプを駆動するエンジンとを有する建設機械の制御装置に関するものである。

従来から、例えば、特許文献１に記載の作業機械が知られている。

特許文献１に記載の作業機械は、ブームシリンダと、アームシリンダと、アームシリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動するエンジンと、ブームシリンダのヘッド側室から導出された作動油をアームシリンダのロッド側室に導く開放状態と閉鎖状態との間で切換動作可能な回生弁と、ブーム下げ操作とアーム押し操作との複合操作時に回生弁を開放状態に切り換える制御部とを備えている。この作業機械によれば、ブーム下げ動作時におけるブームの位置エネルギーをアーム押し動作のためのエネルギーとして利用することができる。

また、特許文献１に記載の制御部は、複合操作時において、ブームシリンダから回生弁を介してアームシリンダへ作動油が供給されることに応じて油圧ポンプの吐出流量を減少させる。これにより、複合操作時における油圧ポンプの仕事量を削減することができる。したがって、エンジンの燃費を向上することができる。

特開２０１０−１９０２６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の作業機械では、複合操作時において、油圧ポンプ（エンジン）の駆動のロスを十分に抑えることができない。

具体的に、特許文献１に記載の作業機械では、複合操作時に油圧ポンプの吐出流量を減少させるものの、油圧ポンプの吐出流量を最小流量まで減少させても、当該油圧ポンプの吐出流量の一部が余剰となる場合がある。例えば、油圧ポンプの最小流量とブームシリンダから回生可能な流量とを加えた流量がアームシリンダに必要な流量を超える場合、油圧ポンプは余剰流量を吐出していることになる。この場合、油圧ポンプから吐出されている余剰流量は、リリーフ弁を開放するための熱エネルギーとして廃棄される。

本発明の目的は、油圧ポンプの駆動のロスを十分に抑えることができる制御装置及びこれを備えた建設機械を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、機体と、前記機体に対して起伏可能なブームと、前記ブームに対して揺動可能なアームとを有する建設機械の制御装置であって、前記ブームを起伏させるブームシリンダと、前記アームを揺動させるアームシリンダと、前記アームシリンダに作動油を供給する可変容量式の油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動するエンジンと、前記エンジンの回転数を指示するための指令を出力する回転数指示部と、前記ブームの下げ動作時における前記ブームシリンダからの戻り油を前記アームの押し動作時における前記アームシリンダの供給側のポートに導入する回生状態と、前記戻り油の前記アームシリンダへの導入を阻止する閉鎖状態との間で切換動作可能な回生弁と、前記油圧ポンプの吐出流量を検出可能な流量検出手段と、前記ブーム下げと前記アーム押しの複合動作時に、前記回生状態に切り換わるように前記回生弁の動作を制御するとともに、前記回生弁を通じた作動油の回生に応じて前記油圧ポンプの吐出流量が減少するように前記油圧ポンプの流量を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記複合動作時に前記流量検出手段により検出された前記油圧ポンプの吐出流量が規定流量以下である場合に前記エンジンの回転数を前記回転数指示部により指示された回転数よりも低下させるための指令を出力する、制御装置を提供する。

本発明では、複合動作時に油圧ポンプの吐出流量が規定流量以下である場合にエンジンの回転数を回転数指示部により指示された回転数よりも低下させる。ここで、『規定流量』は、回転数指示部により指示された回転数でエンジンが駆動した状態で、油圧ポンプの傾転が最小とされた場合の流量に相当する。つまり、本発明では、油圧ポンプの傾転だけではこれ以上流量を低下させることができない状況（例えば、油圧ポンプからの吐出流量が期待されていない状況）において、エンジンの回転数を低下させることにより、油圧ポンプの流量を減少させることができる。これにより、油圧ポンプの駆動のロスを十分に抑えることができる。

前記制御装置において、前記制御部は、前記回生弁を通じて前記ブームシリンダから前記アームシリンダへ供給される作動油の回生流量に基づいて、前記エンジンの回転数の低下量を決定することが好ましい。

油圧ポンプの吐出量は、アームシリンダへ供給を要する必要流量に対する回生流量の大きさによって相対的に定まる。そのため、前記態様によれば、回生流量を用いて直接的に油圧ポンプの吐出量の低減量（エンジンの回転数の低下量）を決定することができる。したがって、前記態様によれば、エンジンの回転数を適切に低下させることができる。

前記制御装置において、前記制御部は、前記回生流量が増加するに従い大きな前記エンジン回転数の低下量を決定することが好ましい。

この態様では、回生流量が増えるとエンジンの回転数の低下量を増加させる一方、回生流量が減るとエンジンの回転数の低下量を減少させる。そのため、ブーム下げ及びアーム押しの複合動作を行って掘削作業の準備姿勢を採る場合に、この複合動作中にエンジンの回転数を極力低下させるとともに、掘削作業時（複合動作の終了時）にエンジンの回転数を復帰させることができる。そのため、オペレータに違和感を与えることなく、複合動作終了後の作業を連続して行なうことができる。したがって、前記態様によれば、エンジンの回転数の低下による燃費の向上と、複合動作後の作業の効率化との両立を図ることができる。

なお、前記態様において『回生流量が増加するに従い大きなエンジンの回転数の低下量』とは、特定の回生流量の範囲内でこの関係が成立すればよい。逆に、前記特定の回生流量の範囲の外側には、回生流量の増減にかかわらずエンジンの回転数が一定となる不感帯を含んでいてもよい。

前記制御装置において、前記ブームシリンダに対する作動油の給排を制御するための給排制御弁と、前記ブームに下げ動作を行わせるための前記給排制御弁の操作量を検出可能な操作量検出部とを備え、前記制御部は、前記操作量検出部により検出される前記給排制御弁の操作量に基づいて、エンジンの回転数の低下量を決定することが好ましい。

給排制御弁の操作量とブームシリンダからの戻り油の流量（アームシリンダへ回生可能な流量）との間には相関関係がある。そのため、前記態様によれば、回生流量を検出するための手段を別途設けることなく、エンジンの回転数の低下量を決定することができる。したがって、前記回転数制御を追加するためのコストの増加を抑制することもできる。

前記制御装置において、前記制御部は、前記操作量検出部により検出される前記給排制御弁の操作量が増加するに従い大きな前記エンジンの回転数の低下量を決定することが好ましい。

この態様では、給排制御弁の操作量が増えるとエンジンの回転数の低下量を増加させる一方、給排制御弁の操作量が減るとエンジンの回転数の低下量を減少させる。そのため、ブーム下げ及びアーム押しの複合動作を行なって掘削作業の準備姿勢を採る場合に、この複合動作中にエンジンの回転数を極力低下させるとともに、掘削作業時（複合動作の終了時）にエンジンの回転数を復帰させることができる。そのため、オペレータに違和感を与えることなく、複合動作終了後の作業を連続して行なうことができる。したがって、前記態様によれば、エンジンの回転数の低下による燃費の向上と、複合動作後の作業の効率化との両立を図ることができる。

なお、前記態様において『給排制御弁の操作量が増加するに従い大きなエンジンの回転数の低下量』とは、特定の操作量の範囲内でこの関係が成立すればよい。逆に、前記特定の操作量の範囲の外側には、操作量の増減にかかわらずエンジンの回転数が一定となる不感帯を含んでいてもよい。

前記制御装置において、前記制御部は、前記回転数指示部の指令に基づく回転数が規定回転数以下であるか否かを判定し、前記複合動作時に前記流量検出手段により検出された前記油圧ポンプの吐出流量が規定流量以下であっても前記回転数指示部の指令に基づく回転数が規定回転数以下である場合には、前記回転数指示部により指示された回転数で駆動するための指令を出力することが好ましい。

前記態様では、回転数指示部の指令に基づく回転数が規定回転数以下の場合に、エンジンの回転数の低下を禁止する。ここで、『規定回転数』とは、エンジンストップが生じる下限を規定する回転数である。したがって、前記態様によれば、エンジンストップが生じない回転数の範囲内で、上述したエンジンの回転数の低下を実行することができる。

前記制御装置において、前記エンジンが暖機運転中であるか否かを判断するための値を検出する暖機運転検出部をさらに備え、前記制御部は、前記暖機運転検出部による検出値に基づいてエンジンが暖機運転中であるか否かを判定し、前記複合動作時に前記流量検出手段により検出された前記油圧ポンプの吐出流量が規定流量以下であっても前記エンジンが暖機運転中である場合には、前記回転数指示部により指示された回転数で駆動するための指令を出力することが好ましい。

前記態様では、エンジンが暖機運転中である場合に、エンジンの回転数の低下を禁止する。ここで、エンジンの暖機運転中においては、エンジンオイル及び作動油の粘度が高く、エンジンの回転数を上げる際の応答性が悪いという問題がある。そのため、前記態様によれば、エンジンの回転数の復帰（上昇）が必要な場面で、回転数の復帰が間に合わなくなるといった事態を回避することができる。

また、本発明は、機体と、前記機体に対して起伏可能に取り付けられたブームと、前記ブームに対して揺動可能に取り付けられたアームと、前記制御装置とを備えている、建設機械を提供する。

本発明によれば、油圧ポンプの駆動のロスを十分に抑えることができる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルの全体構成を示す左側面図である。 図１に示す油圧ショベルの駆動系を示す回路図である。 図２に示す駆動形を制御する制御部の概略構成を示すブロック図である。 図３に示す記憶部に記憶された、回生流量を特定するためのマップである。 図３に示す記憶部に記憶された、回転数低下量を特定するためのマップである。 図３に示す制御部により実行される処理を示すフローチャートである。 図６に示す回転数設定処理を示すフローチャートである。 回転数設定処理の別の実施形態を示すフローチャートである。 図３に示す記憶部に記憶された、回転数低下量を特定するためのマップである。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

図１を参照して、本実施形態に係る建設機械の一例としての油圧ショベル１は、クローラ２ａを有する下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられたアッパーフレーム３ａを有する上部旋回体３と、アッパーフレーム３ａに対して変位可能に設けられた作業アタッチメント４と、図２に示す駆動系１２と、図３に示す制御部１４とを備えている。本実施形態に係る油圧ショベル１では、下部走行体２及び上部旋回体３が機体を構成する。

作業アタッチメント４は、アッパーフレーム３ａに対して起伏可能に取り付けられた基端部を有するブーム６と、ブーム６の先端部に対して揺動可能に取り付けられた基端部を有するアーム７と、アーム７の先端部に対して揺動可能に取り付けられたバケット８とを備えている。また、作業アタッチメント４は、アッパーフレーム３ａに対してブーム６を起伏させるブームシリンダ９と、ブーム６に対してアーム７を揺動させるアームシリンダ１０と、アーム７に対してバケット８を揺動させるバケットシリンダ１１とを備えている。

図２を参照して、駆動系１２は、ブームシリンダ９に作動油を供給するための第１油圧ポンプ１５と、アームシリンダ１０に作動油を供給するための第２油圧ポンプ１６と、各油圧ポンプ１５、１６を駆動するエンジン５と、ブームシリンダ９に対する作動油の給排を制御する第１制御弁（給排制御弁）１７と、第１制御弁１７を操作するためのリモコン弁１９と、アームシリンダ１０に対する作動油の給排を制御する第２制御弁１８と、第２制御弁１８を操作するためのリモコン弁２０と、メータアウト弁２１と、回生弁２２と、メータイン弁２３と、合流弁２４と、ブーム再生弁２５と、アーム再生弁２６と、リリーフ弁２７と、リリーフ弁２８と、圧力センサＰ１〜Ｐ６と、回転数指示部２９（図３参照）と、ＥＣＵ３０（図３参照）とを備えている。

第１油圧ポンプ１５は、可変容量式のポンプである。具体的に、第１油圧ポンプ１５は、その吐出流量がレギュレータＲ１から出力される指令に応じて調整可能である。第１油圧ポンプ１５の吐出圧は、第１油圧ポンプ１５と第１制御弁１７との間の油路ｙ１に設けられた圧力センサＰ１によって検出される。

第２油圧ポンプ１６は、可変容量式のポンプである。具体的に、第２油圧ポンプ１６は、その吐出流量がレギュレータＲ２から出力される指令に応じて調整可能である。第２油圧ポンプ１６の吐出圧は、第２油圧ポンプ１６と第２制御弁１８との間の油路ｙ２に設けられた圧力センサＰ２によって検出される。

第１制御弁１７は、図示された中立位置と、ブームシリンダ９を縮小させる（ブーム６を下ろす）ブーム下げ位置（図の右側位置）と、ブームシリンダ９を伸長させる（ブーム６を上げる）ブーム上げ位置との間で切換操作可能である。具体的に、第１制御弁１７は、通常中立位置に付勢され、リモコン弁１９の操作レバー１９ａの操作に応じてブーム下げ位置又はブーム上げ位置に切り換えられる。第１制御弁１７とブームシリンダ９のロッド側室とを接続する油路ｙ３内の作動油の圧力は、圧力センサＰ３によって検出される。第１制御弁１７とブームシリンダ９のヘッド側室とを接続する油路ｙ４内の作動油の圧力は、圧力センサＰ４によって検出される。また、第１制御弁１７に対するパイロット圧は、リモコン弁１９と第１制御弁１７のスプールとを接続するパイロット回路に設けられた圧力センサＰ６、Ｐ７により検出される。圧力センサＰ６は、ブーム下げ動作を行なわせるための第１制御弁１７の操作量を検出可能な操作量検出部を構成する。

第２制御弁１８は、図示された中立位置と、アームシリンダ１０を縮小させる（アーム７を押す）アーム押し位置（図の右側位置）と、アームシリンダ１０を伸張させる（アーム７を引く）アーム引き位置（図の左側位置）との間で切換操作可能である。具体的に、第２制御弁１８は、通常中立位置に付勢され、リモコン弁２０の操作レバー２０ａの操作に応じてアーム押し位置又はアーム引き位置に切り換えられる。第２制御弁１８とアームシリンダ１０のロッド側とを接続する油路ｙ５内の作動油の圧力は、圧力センサＰ５によって検出される。また、第２制御弁１８に対するパイロット圧は、リモコン弁２０と第２制御弁１８のスプールとを接続するパイロット回路に設けられた圧力センサＰ８、Ｐ９により検出される。

メータアウト弁２１は、油路ｙ４に設けられ、ブームシリンダ９のヘッド側室からタンクＴへ排出される作動油の流量を調整可能である。具体的に、メータアウト弁２１は、通常閉じており、電磁比例弁ｂ１からのパイロット圧により作動して開放する。電磁比例弁ｂ１は、アンプａ１からの電気信号に応じて作動する。

回生弁２２は、ブームシリンダ９のヘッド側室からの戻り油をアームシリンダ１０のロッド側室に導入する回生状態と、前記戻り油のアームシリンダ１０への導入を阻止する閉鎖状態との間で切換可能である。また、回生弁２２は、回生状態と閉鎖状態との間の切換位置を調整することにより、当該回生弁２２を通過する流量を調整可能である。具体的に、回生弁２２は、通常開放されており、電磁比例弁ｂ２からのパイロット圧に応じて作動する。電磁比例弁ｂ２は、アンプａ２からの電気信号に応じて作動する。また、回生弁２２は、油路ｙ４におけるブームシリンダ９とメータアウト弁２１との間の位置と、油路ｙ５におけるアームシリンダ１０とメータイン弁２３との間の位置とを接続する油路ｙ７に設けられている。

メータイン弁２３は、油路ｙ５に設けられ、第２制御弁１８からアームシリンダ１０に供給される作動油の流量を調整可能である。具体的に、メータイン弁２３は、通常開放されており、電磁比例弁ｂ３からのパイロット圧により作動して閉じる。電磁比例弁ｂ３は、アンプａ３からの電気信号に応じて作動する。

合流弁２４は、アーム押し操作時に第２油圧ポンプ１６からの作動油に加えて第１油圧ポンプ１５からの作動油を合流させるためのものである。具体的に、合流弁２４は、油路ｙ１と油路ｙ５における第２制御弁１８とメータイン弁２３との間の位置とを接続する油路ｙ８に設けられている。また、合流弁２４は、第１油圧ポンプ１５からの作動油をアームシリンダ１０のロッド側室に供給可能な供給状態と、第１ポンプ１５からの作動油がアームシリンダ１０に供給されるのを阻止する停止状態との間で切換可能である。

ブーム再生弁２５は、ブーム下げ操作時にブームシリンダ９のヘッド側室から導出された作動油をブームシリンダ９のロッド側室に戻すためのものである。具体的に、ブーム再生弁２５は、通常閉じられており、操作レバー１９ａの操作に応じて開放する。

アーム再生弁２６は、アーム引き操作時にアームシリンダ１０のロッド側室から導出された作動油をアームシリンダ１０のヘッド側室に戻すためのものである。アーム再生弁２６は、通常閉じられており、操作レバー２０ａの操作に応じて開放する。

リリーフ弁２７、２８は、それぞれ油路ｙ３〜ｙ６内の作動油の圧力が所定圧以上とならないように当該所定圧以上で開放する弁である。なお、油路ｙ６は、第２制御弁１８とアームシリンダ１０のヘッド側室とを接続する油路である。

図３を参照して、回転数指示部２９は、エンジン５の回転数を指示する。具体的に、回転数指示部２９は、アクセル等により構成され、後述する制御部１４に回転数に関する指令を出力する。

ＥＣＵ（Engine Control Unit）３０は、回転数を含むエンジン５の駆動を電子制御する。具体的に、ＥＣＵは、後述する制御部１４からの指令に応じて回転数に関する指令をエンジン５に出力する。

次に、制御部１４について説明する。

制御部１４は、各種の情報を記憶する記憶部３１と、作動油の回生を行なうか否かを判定する回生判定部３２と、回生流量を算出する回生演算部３３と、回生弁２２及び各油圧ポンプ１５、１６に対して指令を出力する回生出力部３４と、エンジン５の回転数を設定する回転数設定部３５と、エンジン５の回転数を変更するか否かを判定する変更判定部３６とを備えている。

回生判定部３２は、ブーム下げとアーム押しの複合動作が行なわれたか否かを判定する。具体的に、回生判定部３２は、圧力センサＰ６〜Ｐ９による検出信号に基づいて、ブーム下げ操作が行なわれているとともに、アーム押し操作が行なわれているか否かを判定する。なお、回生判定部３２は、操作レバー１９ａ、２０ａ（図２参照）の不感帯を考慮して、操作レバー１９ａ及び操作レバー２０ａの操作量が規定操作量以上である場合に、ブーム下げ及びアーム押しの操作が行なわれたと判定することが好ましい。

また、回生判定部３２は、圧力センサＰ４、Ｐ５による検出信号に基づいて、ブームシリンダ９のヘッド側室内の圧力がアームシリンダ１０のロッド側室内の圧力を超えているか否かを判定する。ブームシリンダ９から導出される作動油圧がアームシリンダ１０に供給される圧力を超えていることが回生を行うための前提となるためである。

回生演算部３３は、回生を行う場合に、回生弁２２の開口面積Ａｒ及び開口面積Ａｒに対応した第２油圧ポンプ１６の吐出流量Ｑp2を算出する。以下、開口面積Ａｒ及び吐出流量Ｑp2の算出方法を説明する。

まず、回生演算部３３は、ブーム下げの目標速度Ｖ１を特定する。具体的に、目標速度Ｖ１は、記憶部３１に予め記憶された操作レバー１９ａの操作量と目標速度Ｖ１との関係を示すマップと、圧力センサＰ６により検出された操作レバー１９ａの操作量とに基づいて特定される。

次に、回生演算部３３は、算出された目標速度Ｖ１と、下記式（１）とを用いて最大回生流量Ｑrmaxを算出する。

Ｑrmax＝Ａbh×Ｖ１−Ｑrc・・・（１）
ここで、Ａbhは、ブームシリンダ９のヘッド側室の断面積である。Ｑrcは、ブーム再生弁２５を通過する作動油の流量である。このＱrcは、次の式（２）により定義される。

Ｑrc＝Ｃｖ×Ａrc×√（Ｐbh−Ｐbr）・・・（２）
ここで、Ａrcは、ブーム再生弁２５の開度であり、圧力センサＰ６の検出値に基づいて特定される。Ｐbhは、ブームシリンダ９のヘッド側室の圧力であり、圧力センサＰ４により検出される。Ｐbrは、ブームシリンダ９のロッド側室の圧力であり、圧力センサＰ３により検出される。なお、Ｃｖは、ブーム再生弁２５の容量係数である。

次に、回生演算部３３は、アームシリンダ１０のロッド側室に供給すべき作動油の目標流量Ｑarを算出する。

まず、回生演算部３３は、アーム押しの目標速度Ｖ２を特定する。具体的に、目標速度Ｖ２は、記憶部３１に予め記憶された操作レバー２０ａの操作量と目標速度Ｖ２との関係を示すマップと、圧力センサＰ８により検出された操作レバー２０ａの操作量とに基づいて特定される。

次に、回生演算部３３は、算出された目標速度Ｖ２と、下記式（３）とを用いてアームシリンダ１０に対する目標流量Ｑarを算出する。

Ｑar＝Ａar×Ｖ２・・・（３）
ここで、Ａarは、アームシリンダ１０のロッド側室の断面積である。

そして、回生演算部３３は、最大回生流量Ｑrmax＞目標流量Ｑarのときに回生パターン１を選択する一方、最大回生流量Ｑrmax≦目標流量Ｑarのときに回生パターン２を選択する。

［回生パターン１］
回生パターン１が選択される場合、アームシリンダ１０に対する目標流量Ｑarの全てを最大回生流量Ｑrmaxで賄うことができる。したがって、第２油圧ポンプ１６の流量（傾転）を最小に設定するとともに、メータイン弁２３を全閉とする。

また、回生パターン１では、回生弁２２に流れる流量をアームシリンダ１０に対する目標流量Ｑarに設定する必要がある。そのため、回生演算部３３は、次の式（４）を用いて回生弁２２の開口面積Ａｒを算出する。

Ａｒ＝Ｑar／｛Ｃｖ×√（Ｐbh−Ｐar）｝・・・（４）
ここで、Ｐarは、アームシリンダ１０のロッド側室の圧力であり、圧力センサＰ５により検出された値である。また、Ｃｖは、回生弁２２の容量係数である。

なお、回生パターン１において、メータアウト弁２１は、ブームシリンダ９からの余剰の戻り油をタンクに戻すための開度に設定される。

［回生パターン２］
回生パターン２が選択される場合、アームシリンダ１０に対する目標流量Ｑarの一部を最大回生流量Ｑrmaxの全てを用いて賄うことになる。したがって、メータアウト弁２１を全閉とするとともに、回生弁２２を全開とする。

さらに、回生パターン２では、最大回生流量Ｑrmaxに対応して第２油圧ポンプ１６の吐出流量を減少させる。具体的に、第２油圧ポンプ１６の吐出流量（傾転）は、回生を行わない場合の吐出流量（例えば、目標流量Ｑar）から最大回生流量Ｑrmaxを減じた流量となるように設定される。

前記回生パターン１においては、第２油圧ポンプ１６からの吐出流量が期待されていないにもかかわらず、第２油圧ポンプ１６は、その最小流量（最小傾転に対応する流量）の余分な作動油を吐出している。また、回生パターン２においては、アームシリンダ１０に対する目標流量Ｑarから最大回生流量Ｑrmaxを減じた流量が第２油圧ポンプ１６の最小流量を下回る場合、第２油圧ポンプ１６を最小傾転に設定しても、第２油圧ポンプ１６は、余分な作動油を吐出することになる。このように、前記回生パターン１及び回生パターン２では、第２油圧ポンプ１６の流量を減少させているものの、第２油圧ポンプ１６の駆動のロスが発生するおそれがある。この駆動のロスを抑えるために、本実施形態では、エンジン５の回転数を変更する制御を行なう。以下その構成を説明する。

回転数設定部３５は、回転数指示部２９から入力された指令値に基づいてエンジン５の回転数に関する指令をＥＣＵ３０に出力する。具体的に、回転数設定部３５は、後述する変更判定部３６からの変更指令が入力されていない場合には、回転数指示部２９の指令に応じた回転数に関する指令を出力する。一方、回転数設定部３５は、変更判定部３６から変更指令が入力された場合、エンジン５の回転数の低下量を決定し、この低下量を回転数指示部２９からの指令に基づく回転数から減じた回転数に関する指令をＥＣＵ３０に出力する。

また、回転数設定部３５は、前記回転数の低下量を次のように決定する。まず、回転数設定部３５は、記憶部３１に予め記憶された図４に示すマップと、圧力センサＰ２、Ｐ４により検出された圧力とに基づいて回生弁２２を通過する回生流量を特定する。具体的に、図４に示すマップは、ブームヘッド圧とポンプ吐出圧との差に対する回生流量が設定されたものである。ブームヘッド圧とアームロッド圧との差に対する回生流量が設定されたマップを記憶部３１に予め記憶させるとともに、このマップと圧力センサＰ２、Ｐ５により検出された圧力とに基づいて回生流量を特定してもよい。

次に、回転数設定部３５は、前記のように特定された回生流量と、記憶部３１に予め記憶された図５に示すマップとに基づいて回転数の低下量を特定する。具体的に、図５に示すマップは、回生流量に対する回転数の低下量が設定されたものである。また、このマップには、回生流量が大きくなるに従い回転数の低下量が大きくなる範囲と、この範囲の両側で回生流量の増減にかかわらず回転数の低下量が一定となる不感帯とが設定されている。

変更判定部３６は、前記回転数設定部３５によるエンジン５の回転数の変更（低下）を行なうか否かを判定する。具体的に、変更判定部３６は、次の３種類の判定を行う。

第１に、変更判定部３６は、第２油圧ポンプ１６の吐出流量が規定値以下であるか否かを判定する。ここで、『規定値』は、回転数指示部２９により指示された回転数でエンジン５が駆動した状態で、第２油圧ポンプ１６の傾転が最小とされた場合の流量に相当する。本実施形態に係る変更判定部３６は、前記回生演算部３３により算出された第２油圧ポンプ１６の流量（傾転）の指令値に基づいて、第２油圧ポンプ１６の傾転が最小であるか否かを判定する。第２油圧ポンプ１６の傾転が最小である場合には、第２油圧ポンプ１６の駆動にロスが生じているものとして、エンジン５の回転数の低下を許容する。つまり、本実施形態に係る回生演算部３３は、第２油圧ポンプ１６の吐出流量を特定するための値を検出可能な流量検出手段を構成する。なお、流量検出手段として、第２油圧ポンプ１６の吐出流量を検出可能な流量センサを用いてもよい。

第２に、変更判定部３６は、回転数指示部２９の指令に基づく回転数が規定回転数以下であるか否かを判定する。ここで、『規定回転数』とは、エンジンストップが生じる下限を規定する回転数である。本実施形態に係る変更判定部３６は、回転数指示部２９による回転数の指令値が規定値よりも大きいか否かを判定する。回転数の指令値が規定値よりも大きい場合には、エンジンストップが生じる可能性が低いものとして、エンジン５の回転数の低下を許容する。

第３に、変更判定部３６は、エンジン５が暖機運転中であるか否かを判定する。具体的に、本実施形態に係る変更判定部３６は、エンジン５に設けられた冷却水センサ５ａにより検出された水温が規定温度よりも低い場合に、エンジン５が暖機運転中であると判定する。エンジン５が暖機運転中である場合、エンジン５の回転数を上げる際の応答性が悪いため、エンジン５の回転数の低下を禁止する。

なお、本実施形態では、ブーム下げ及びアーム押しの複合動作時に、ブーム下げ時のブームシリンダ９の戻り流量がアーム押し動作中のアームシリンダに利用されることで、第１ポンプ１５の吐出流量が抑えられるため、第１ポンプ１５の傾転は、制御部１４により最小に設定される。この複合動作時にエンジン５の回転数を低下させても、第１ポンプ１５に要求される流量が満たされると制御部１４により判断された場合、エンジン５の回転数を低下させる。言い換えれば、第１ポンプ１５の傾転が最小になっていない場合であっても、第１ポンプ１５に要求される流量を得ることができる範囲内で、前記エンジン５の回転数の低下制御を実施することができる。

以下、図６を参照して、制御部１４により実行される処理を説明する。

制御部１４による処理が開始されると、ブーム下げ操作及びアーム押し操作の複合操作が行なわれたか否かが判定される（ステップＳ１）。複合操作が行なわれたと判定されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、ブームヘッド圧がアームロッド圧よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ２）。前記ステップＳ１及びステップＳ２でＮＯと判定されると、回生を行うことなく、ステップＳ１にリターンする。

一方、前記ステップＳ２でＹＥＳと判定されると、最大回生流量Ｑrmaxがアームシリンダ１０に対する目標流量Ｑarよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ４）。

ステップＳ４でＹＥＳの場合には、上述した回生パターン１に設定する（ステップＳ５）一方、ステップＳ４でＮＯの場合には、上述した回生パターン２に設定する（ステップＳ６）。つまり、ステップＳ５及びステップＳ６では、ブームシリンダ９のヘッド側からアームシリンダ１０のロッド側への作動油の回生を行うとともに、この回生に応じて第２油圧ポンプ１６の吐出流量（傾転）を低下させる。

前記ステップＳ５及びステップＳ６が実行されると、エンジン５の回転数を設定する回転数設定処理Ｔが実行され、当該処理がリターンする。

図７を参照して、回転数設定処理Ｔが開始されると、第２油圧ポンプ１６の吐出流量が規定値以下であるか否かが判定される（ステップＴ１）。つまり、ステップＴ１では、第２油圧ポンプ１６の吐出流量が、傾転の設定によってこれ以上低下させることができない最小の流量であるか否かが判定される。

ステップＴ１において、第２油圧ポンプ１６の吐出流量が規定値以下であると判定されると、図４に示すマップ及び圧力センサＰ２、Ｐ４により検出された圧力に基づいて、回生流量を特定する（ステップＴ２）。つまり、ブームシリンダ９のヘッド側室から回生弁２２を通じてアームシリンダ１０のロッド側室に導かれる作動油の流量を特定する。そして、ステップＴ２で特定された回生流量と、図５に示すマップとに基づいて、エンジン５の回転数の低下量を特定する（ステップＴ３）。

次いで、回転数指示部２９による回転数指令値が規定値より大きいか否かが判定される（ステップＴ４）。つまり、ステップＴ４では、エンジン５の回転数が、回転数を低下させてもエンジンストップを生じる可能性の低い回転数であるか否かが判定される。

前記ステップＴ４でＹＥＳと判定されると、エンジン５が暖機運転中であるか否かが判定される（ステップＴ５）。つまり、ステップＴ５では、エンジン５の回転数を下げた場合に、回転数を復帰させるのに時間がかかる状態にあるか否かが判定される。

前記ステップＴ５でＹＥＳと判定されると、ステップＴ３で特定された低下量でエンジン５の回転数を低下させた場合に、第１ポンプ１５の必要流量が得られる否かが判定される（ステップＴ６）。つまり、エンジン５の回転数を低下させても、第１ポンプ１５に要求される流量に不足が生じないか否かが判定される。

そして、前記ステップＴ６でＹＥＳと判定されると、ステップＴ３で特定された回転数の低下量を回転数指示部２９による指令に基づく回転数から減じた回転数に設定する（ステップＴ７）。これにより、傾転の調整ではこれ以上低下させることのできない第２油圧ポンプ１６の流量を、エンジン５の回転数を低下させることによって、低下させることができる。したがって、第２油圧ポンプ１６の駆動のロスを抑制することができる。

一方、前記ステップＴ１、Ｔ４、Ｔ５及びＴ６においてＮＯと判定された場合、回転数指示部２９による指令に基づく回転数に設定する（ステップＴ８）。これにより、第２油圧ポンプ１６の駆動にロスが生じていない場合（ステップＴ１でＮＯと判定された場合）に、エンジン５の回転数の低下を禁止することができる。また、エンジンストップの生じるおそれのある回転数でエンジン５が駆動している場合（ステップＴ４でＮＯと判定された場合）に、エンジン５の回転数の低下を禁止することができる。さらに、エンジン５の回転数の復帰に時間がかかる暖機運転中である場合（ステップＴ５でＮＯと判定された場合）に、エンジン５の回転数の低下を禁止することができる。また、エンジン５の回転数を低下させると第１ポンプ１５の流量に不足が生じる場合（ステップＴ６でＮＯと判定された場合）に、エンジン５の回転数の低下を禁止することができる。

なお、前記実施形態では、エンジン５の回転数の低下を行うか否かを判断するためのステップＴ４、Ｔ５を回転数の低下量を算出するステップＴ３よりも後に実行しているが、これらの順序を逆にしてもよい。具体的に、エンジン５の回転数の低下を禁止するためのステップを実行した後に、エンジン５の回転数の低下量を算出するステップを実行することができる。このようにすれば、エンジン５の回転数の低下を禁止する場合に、回転数の低下量を特定するためのステップを省略することができる。

以上説明したように、前記実施形態では、ブーム下げ及びアーム押しの複合動作時に第２油圧ポンプ１６の吐出流量が規定流量以下である場合にエンジン５の回転数を回転数指示部２９により指示された回転数よりも低下させる。つまり、前記実施形態では、第２油圧ポンプ１６の傾転だけではこれ以上流量を低下させることができない状況（例えば、第２油圧ポンプ１６からの吐出流量が期待されていない状況）において、エンジン５の回転数を低下させることにより、第２油圧ポンプ１６の流量を減少させることができる。これにより、第２油圧ポンプ１６の駆動のロスを十分に抑えることができる。

第２油圧ポンプ１６の吐出量は、アームシリンダ１０へ供給を要する必要流量（目標流量Ｑar）に対する回生流量の大きさによって相対的に定まる。そのため、前記実施形態によれば、図７のステップＴ３に示すように、回生流量に基づいてエンジン５の回転数の低下量を直接決定することにより、エンジン５の回転数を適切に低下させることができる。

前記実施形態では、図５に示すマップに基づいて、回生流量が増えるとエンジン５の回転数の低下量を増加させる一方、回生流量が減るとエンジン５の回転数の低下量を減少させる。そのため、ブーム下げ及びアーム押しの複合動作を行って掘削作業の準備姿勢を採る場合に、この複合動作中にエンジン５の回転数を極力低下させるとともに、掘削作業時（複合動作の終了時）にエンジン５の回転数を復帰させることができる。そのため、オペレータに違和感を与えることなく、複合動作終了後の作業を連続して行なうことができる。したがって、前記実施形態によれば、エンジン５の回転数の低下による燃費の向上と、複合動作後の作業の効率化との両立を図ることができる。

前記実施形態では、ステップＴ４及びステップＴ８に示すように、回転数指示部２９の指令に基づく回転数が規定回転数以下の場合に、エンジン５の回転数の低下を禁止する。したがって、前記実施形態によれば、エンジンストップが生じない回転数の範囲内で、上述したエンジン５の回転数の低下を実行することができる。

前記実施形態では、ステップＴ５及びステップＴ８に示すように、エンジン５が暖機運転中である場合に、エンジン５の回転数の低下を禁止する。ここで、エンジン５の暖機運転中においては、エンジンオイル及び作動油の粘度が高く、エンジン５の回転数を上げる際の応答性が悪いという問題がある。そのため、前記実施形態によれば、エンジン５の回転数の復帰（上昇）が必要な場面で、回転数の復帰が間に合わなくなるといった事態を回避することができる。

以下、図８及び図９を参照して、回転数設定処理Ｔの別の実施形態について説明する。なお、前記実施形態と同様の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、前記実施形態と比較して回転数設定処理ＴのステップＴ２及びステップＴ３の内容が相違する。

具体的に、ステップＴ１において第２油圧ポンプ１６の流量が規定値以下であると判定されると（ステップＴ１でＹＥＳ）、圧力センサＰ６（図２参照）によりブーム下げ動作のためのパイロット圧を検出する（ステップＴ２１）。

次いで、ステップＴ２１で検出されたパイロット圧に基づいて、エンジン５の回転数の低下量を特定する（ステップＴ３）。具体的に、本実施形態に係る記憶部３１（図３参照）には、図９に示すマップが予め記憶されている。このマップには、ブーム下げ動作のためのパイロット圧に対する回転数低下量が設定されている。そのため、前記ステップＴ２１で検出されたパイロット圧と図９に示すマップとに基づいてエンジン５の回転数の低下量を特定することができる。

なお、図９に示すマップには、パイロット圧が大きくなるに従い回転数の低下量が大きくなる範囲と、この範囲の両側でパイロット圧の増減にかかわらず回転数の低下量が一定となる不感帯とが設定されている。

パイロット圧（第１制御弁１７の操作量）とブームシリンダ９からの戻り油の流量（アームシリンダ１０へ回生可能な流量）との間には相関関係がある。そのため、前記実施形態によれば、前記相関関係を利用して、エンジン５の回転数の低下量を決定することができる。さらに、前記実施形態によれば、回生流量を検出するための手段を別途設けることなく、エンジン５の回転数の低下量を決定することができる。したがって、前記回転数制御を追加するためのコストの増加を抑制することもできる。

前記実施形態では、図９に示すマップに基づいて、第１制御弁１７の操作量が増えるとエンジン５の回転数の低下量を増加させる一方、第１制御弁１７の操作量が減るとエンジン５の回転数の低下量を減少させる。そのため、ブーム下げ及びアーム押しの複合動作を行なって掘削作業の準備姿勢を採る場合に、この複合動作中にエンジン５の回転数を極力低下させるとともに、掘削作業時（複合動作の終了時）にエンジン５の回転数を復帰させることができる。そのため、オペレータに違和感を与えることなく、複合動作終了後の作業を連続して行なうことができる。

Ｐ６ 圧力センサ（操作量検出部）
２ 下部走行体（機体）
３ 上部旋回体（機体）
５ エンジン
５ａ 冷却水センサ（暖機運転検出部）
６ ブーム
７ アーム
９ ブームシリンダ
１０ アームシリンダ
１４ 制御部
１６ 第２油圧ポンプ
１７ 第１制御弁（給排制御弁）
２２ 回生弁
２９ 回転数指示部
３３ 回生演算部

Claims (8)

1. 機体と、前記機体に対して起伏可能なブームと、前記ブームに対して揺動可能なアームとを有する建設機械の制御装置であって、
   前記ブームを起伏させるブームシリンダと、
   前記アームを揺動させるアームシリンダと、
   前記アームシリンダに作動油を供給する可変容量式の油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプを駆動するエンジンと、
   前記エンジンの回転数を指示するための指令を出力する回転数指示部と、
   前記ブームの下げ動作時における前記ブームシリンダからの戻り油を前記アームの押し動作時における前記アームシリンダの供給側のポートに導入する回生状態と、前記戻り油の前記アームシリンダへの導入を阻止する閉鎖状態との間で切換動作可能な回生弁と、
   前記油圧ポンプの吐出流量を特定するための値を検出可能な流量検出手段と、
   前記ブーム下げと前記アーム押しの複合動作時に、前記回生状態に切り換わるように前記回生弁の動作を制御するとともに、前記回生弁を通じた作動油の回生に応じて前記油圧ポンプの吐出流量が減少するように前記油圧ポンプの流量を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記複合動作時に前記流量検出手段により検出された前記油圧ポンプの吐出流量が規定流量以下である場合に前記エンジンの回転数を前記回転数指示部により指示された回転数よりも低下させるための指令を出力する、制御装置。
2. 前記制御部は、前記回生弁を通じて前記ブームシリンダから前記アームシリンダへ供給される作動油の回生流量に基づいて、前記エンジンの回転数の低下量を決定する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御部は、前記回生流量が増加するに従い大きな前記エンジンの回転数の低下量を決定する、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記ブームシリンダに対する作動油の給排を制御するための給排制御弁と、
   前記ブームに下げ動作を行わせるための前記給排制御弁の操作量を検出可能な操作量検出部とを備え、
   前記制御部は、前記操作量検出部により検出される前記給排制御弁の操作量に基づいて、エンジンの回転数の低下量を決定する、請求項１に記載の制御装置。
5. 前記制御部は、前記操作量検出部により検出される前記給排制御弁の操作量が増加するに従い大きな前記エンジンの回転数の低下量を決定する、請求項４に記載の制御装置。
6. 前記制御部は、前記回転数指示部の指令に基づく回転数が規定回転数以下であるか否かを判定し、前記複合動作時に前記流量検出手段により検出された前記油圧ポンプの吐出流量が規定流量以下であっても前記回転数指示部の指令に基づく回転数が規定回転数以下である場合には、前記回転数指示部により指示された回転数で駆動するための指令を出力する、請求項１〜５の何れか１項に記載の制御装置。
7. 前記エンジンが暖機運転中であるか否かを判断するための値を検出する暖機運転検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記暖機運転検出部による検出値に基づいてエンジンが暖機運転中であるか否かを判定し、前記複合動作時に前記流量検出手段により検出された前記油圧ポンプの吐出流量が規定流量以下であっても前記エンジンが暖機運転中である場合には、前記回転数指示部により指示された回転数で駆動するための指令を出力する、請求項１〜６の何れか１項に記載の制御装置。
8. 機体と、
   前記機体に対して起伏可能に取り付けられたブームと、
   前記ブームに対して揺動可能に取り付けられたアームと、
   請求項１〜７の何れか１項に記載の制御装置とを備えている、建設機械。

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