JP2013538321A - 建設機械の油圧ポンプ制御システム - Google Patents

Abstract

油圧ポンプの負荷圧力に応じて油圧ポンプの吐出流量を比例的に減少させることによって運転者の操作性を向上させることができる建設機械の油圧ポンプ制御システムを提供する。本発明によれば、油圧ポンプの吐出圧力及び操作レバーの操作量をそれぞれ検出して油圧ポンプの検出された吐出圧力と予め設定された圧力値とを比較し判断し、油圧ポンプの検出された吐出圧力が予め設定された圧力値よりも大きな場合に、検出された圧力と設定された圧力値との差分に基づいて、油圧ポンプの最大の吐出可能な流量を比例的に減少させることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、掘削機などの建設機械に配備される油圧ポンプの制御システムに係り、特に、可変容量型油圧ポンプ（以下、「油圧ポンプ」と称する。）において発生する負荷圧力に応じて油圧ポンプから吐き出される流量を可変的に制御する建設機械の油圧ポンプ制御システムに関する。

一般に、掘削機などの油圧式建設機械の油圧システムにはメインリリーフ弁が配設されており、油圧ポンプの負荷圧力が設定された圧力を超えた場合に油圧ポンプから吐き出される作動油を油圧タンクにドレーンして油圧部品の破損を防ぐことになる。なお、特定の馬力値またはトルク値を設定し、これらの値を超えないように制限して油圧ポンプの吐出流量を低減するような制御方式を採用している。

このような油圧システムに配設されるメインリリーフ弁は、油圧ポンプの吐出圧力がリリーフ弁の設定値に達する前に作動油を油圧タンクにドレーンすることになる（図２に示す。）。この場合、油圧ポンプは作動油を吐き出し続けるため、油圧ポンプの不要な駆動によって燃料が消耗されてしまう。

従来には、上述したように流量のロスを減少させるために、油圧ポンプの吐出圧力が設定値以上である場合にオン、オフにするようになっている。すなわち、油圧ポンプの吐出圧力が設定値以上である場合に油圧ポンプの吐出流量を急減させることによって油圧システムに衝撃が発生する。これにより、運転者によるブームなどの作業装置を駆動する操作感が低下するという不都合がある。

本発明は、油圧ポンプの負荷圧力が設定値以上である場合に油圧ポンプの最大の吐出可能な流量を制限して流量ロスを低減する建設機械の油圧ポンプ制御システムを提供することにその目的がある。

また、本発明は、油圧ポンプの負荷圧力に応じて油圧ポンプの吐出流量を比例的に減少させることにより運転者の操作性を向上できる建設機械の油圧ポンプ制御システムを提供することにその目的がある。

本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムは、
可変容量型の油圧ポンプと、油圧ポンプに接続される少なくとも１以上の油圧アクチュエータと、操作レバーの操作量に比例して供給される信号圧力により切り換えられるときにアクチュエータに供給される作動油を制御するスプールと、油圧ポンプの吐出流路に設けられて油圧ポンプの吐出圧力を検出する吐出圧力検出センサと、操作レバーの操作量に応じて信号圧力を検出する信号圧力検出センサと、これらの検出センサからの検出信号に基づいて、油圧ポンプの吐出流量を制御する制御部と、を備える建設機械において、
検出センサによる油圧ポンプの吐出圧力及び操作レバーの操作量をそれぞれ検出する第１のステップと、
操作レバーの操作量に応じて油圧ポンプに要求される流量を演算する第２のステップと、
油圧ポンプの検出された吐出圧力と予め設定された圧力値とを比較し判断する第３のステップと、
油圧ポンプの検出された吐出圧力が予め設定された圧力値よりも大きな場合に、検出された圧力と設定された圧力値との差分に基づいて、油圧ポンプの最大の吐出可能な流量を比例的に減少させる第４のステップと、
油圧ポンプの現在検出されるトルク値と油圧ポンプの最大の吐出可能な流量とを比較し判断する第５のステップと、
油圧ポンプの検出されたトルク値が最大の吐出可能な流量を超えた場合に油圧ポンプの吐出流量を最大の吐出可能な流量として制御し、油圧ポンプの検出されたトルク値が最大の吐出可能な流量よりも小さな場合に、油圧ポンプの吐出流量を、操作量に応じて演算された油圧ポンプに要求される流量として制御する第６のステップと、を含む。

本発明の望ましい実施形態によれば、制御部は、ユーザによってシステム圧力昇圧機能が選択された場合に、油圧ポンプの吐出流量を減少させる機能を解除するように制御する。

制御部は、上述した第６のステップにおいて、油圧ポンプに要求される吐出流量が最大の吐出流量に到達しない場合にも、検出された圧力が設定された圧力よりも大きな場合に、検出された圧力と設定された圧力値との差分に基づいて油圧ポンプに要求される吐出流量を比例的に減少させるが、吐出流量に応じて減少の度合いを比例的に制御して、油圧ポンプに要求される吐出流量に対する減少率が同一または近似するように制御する。

このような構成を有する本発明の実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムは、下記のメリットを有する。

油圧ポンプの負荷圧力が設定値以上である場合に、油圧ポンプの最大の吐出可能な流量を制限してリリーフされる流量ロスを低減することにより、燃費を改善することができる。また、油圧ポンプの負荷圧力に応じて油圧ポンプの吐出流量を比例的に減少させることにより、運転者の操作性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムに適用される油圧回路の概略図である。 従来の技術による建設機械の油圧ポンプ制御システムにおいて、油圧ポンプの吐出圧力によるメインリリーフ弁の圧力の関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムにおいて、油圧ポンプの吐出圧力によるメインリリーフ弁の圧力の関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムにおいて、油圧ポンプの流量が比例的に減少されることを示すグラフである。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述するが、これは本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施できる程度に詳細に説明するためのものであり、これにより本発明の技術的な思想及び範囲が限定されることはない。

図１、図３及び図４に示す本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムは、エンジン１に接続される可変容量型油圧ポンプ（以下、「油圧ポンプ」と称する。）２及びパイロットポンプ３と、油圧ポンプ２に接続される少なくとも１以上の油圧アクチュエータ（図示されていないブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダなどを意味する。）と、操作レバー４の操作量に比例して供給されるパイロット信号圧により切り換えられるときに当該アクチュエータに供給される作動油を制御するスプール５と、油圧ポンプ２の吐出流路６に設けられて油圧ポンプ２の吐出圧力を検出する吐出圧力検出センサ７と、操作レバー４の操作量に応じてパイロット信号圧（スプール５を切り換えさせる二次信号圧力を意味する。）を検出する信号圧力検出センサ８と、これら検出センサ７、８からの検出信号に基づいて油圧ポンプ２の吐出流量を制御する制御部９と、を備える建設機械において、
検出センサ７、８による油圧ポンプ２の吐出圧力及び操作レバー４の操作量をそれぞれ検出する第１のステップ（ステップＳ１００）と、
操作レバー４の操作量に応じて油圧ポンプ２に要求される流量Ｑ１を演算する第２のステップ（ステップＳ２００）と、
検出センサ７によって油圧ポンプ２の検出された吐出圧力と予め設定された圧力値とを比較し判断する第３のステップ（ステップＳ３００）と、
油圧ポンプ２の検出された吐出圧力が予め設定された圧力値よりも大きな場合に、検出された圧力と設定された圧力値との差分に基づいて、油圧ポンプ２の最大の吐出可能な流量を比例的に減少させる第４のステップ（ステップＳ４００）と、
油圧ポンプ２の現在検出されるトルク（圧力×流量）値と油圧ポンプ２の最大の吐出可能な流量とを比較し判断する第５のステップ（ステップＳ５００）と、
油圧ポンプ２の検出されたトルク値が最大の吐出可能な流量を超えた場合に油圧ポンプ２の吐出流量を最大の吐出可能な流量として制御し（ステップＳ６００Ａ）、油圧ポンプ２の検出されたトルク値が最大の吐出可能な流量よりも小さな場合に、油圧ポンプ２の吐出流量を、第２のステップ（ステップＳ２００）において操作量に応じて演算された油圧ポンプ２に要求される流量Ｑ１として制御する第６のステップ（ステップＳ６００Ｂ）と、を含む。

図中、説明されていない符号１０は、油圧ポンプ２の吐出流量を制御するために操作レバー４を経由するパイロット信号圧力を制御部９からの制御信号に比例するように変換する比例制御弁である。

以下、添付図面に基づき、本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムの使用例について詳述する。

図１及び図４に示すように、上述した検出センサ７、８によって操作レバー４の操作量及び油圧ポンプ２の吐出圧力をそれぞれ検出し、それぞれ検出された操作量及び吐出圧力は制御部９に送られる（ステップＳ１００）。

ステップＳ２００において、上述した操作レバー４の操作量に応じて油圧ポンプ２に要求される流量Ｑ１を演算する。すなわち、操作レバー４の操作量に対し要求される流量Ｑ１は、関係式または表（例えば、図示されていないグラフまたはチャートが用いられることがある。）により吐出流量Ｑ１として演算される。

ステップＳ３００において、上述した検出センサ７によって油圧ポンプ２の検出された吐出圧力と予め設定された圧力値とを比較し判断する。このとき、予め設定された圧力値は、メインリリーフ弁の圧力から所定値を差し引いた値を意味する（すなわち、圧力設定値＝メインリリーフ弁の設定圧力−所定値（油圧システムに応じて所定値が変わる））。

上述した油圧ポンプ２の検出された吐出圧力値が設定された圧力値よりも大きな場合にステップＳ４００へ移行し、油圧ポンプ２の検出された吐出圧力値が設定された圧力値よりも小さな場合にステップＳ５００へ移行する。

ステップＳ４００において、第３のステップＳ３００における油圧ポンプ２の検出された吐出圧力が予め設定された圧力値よりも大きな場合に、検出された圧力と設定された圧力値との差分に基づいて、油圧ポンプ２の最大の吐出可能な流量Ｑを比例的に減少させる（図３に示す）。

このとき、減少された油圧ポンプ２の最大の吐出可能な流量Ｑ’は、
Ｑ’＝Ｑ×［（Ｐ−１００）／（油圧システムの圧力−圧力設定値）×（現在検出された圧力−圧力設定値）＋１００］／１００
となる。

このとき、Ｐは、油圧システムの圧力から減少する百分率を意味する。

一方、ユーザによってシステム圧力昇圧機能が選択された場合（運転者が作業装置などの駆動速度が低下することを希望しないため、意図的にシステム圧力昇圧機能を選択した場合を言う。）、油圧ポンプの吐出流量を減少させる機能が解除されるように制御される。

ステップＳ５００において、油圧ポンプ２の現在検出されるトルク（圧力×流量値）と油圧ポンプ２の最大の吐出可能な流量とを比較し判断する。検出された油圧ポンプ２のトルク値が油圧ポンプ２の最大の吐出可能な流量よりも大きな場合にステップＳ６００Ａへ移行し、検出された油圧ポンプ２のトルク値が油圧ポンプ２の最大の吐出可能な流量よりも小さな場合にステップＳ６００Ｂへ移行する。

ステップＳ６００Ａにおいて、油圧ポンプ２の検出されたトルク値が油圧ポンプ２の最大の吐出可能な流量を超えた場合に、油圧ポンプ２の吐出流量（容積）を最大の吐出可能な流量として制御する。

ステップＳ６００Ｂにおいて、油圧ポンプ２の検出されたトルク値が油圧ポンプ２の最大の吐出可能な流量よりも小さな場合に、油圧ポンプ２の吐出流量（容積）を第２のステップＳ２００において演算された操作量に応じた油圧ポンプ２に要求される流量Ｑ１として制御する。

図３に示すように、本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムは、油圧ポンプ２の吐出圧力がメインリリーフ弁の圧力よりも所定値だけ小さな地点よりメインリリーフ弁の圧力に到達するまでに油圧ポンプ２の最大の吐出可能な流量を比例的に制限することになる。これにより、図２に示す従来の技術のメインリリーフ弁を介して油圧タンクにドレーンされて損失される流量（図中ハッチングで示した部分）のロスを相対的に低減することができる。

また、運転者が作業装置を駆動するために操作レバー（ＲＣＶ）を操作する場合に、流量の急減により操作感が低下することを防ぐことができる。

一方、図５に示すように、上述した第６のステップ（ステップＳ６００Ｂ）において、油圧ポンプに要求される吐出流量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３が最大の吐出流量に到達しない場合にも、検出された圧力が設定された圧力よりも大きな場合に、検出された圧力と設定された圧力値との差分に基づいて、油圧ポンプに要求される吐出流量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を比例的に減少させるが、吐出流量の大きさ（Ｑ１＞Ｑ２＞Ｑ３）に応じて減少の度合いを比例的に制御して、油圧ポンプに要求される吐出流量に対する減少率が同一または近似するように制御してもよい。

すなわち、吐出流量がＱ１である場合に、ハッチングで示した「ａ」分だけ減少するように制御するが、吐出流量がＱ２である場合に（Ｑ１＞Ｑ２）、ハッチングで示した「ｂ」分だけ減少し（すなわち、吐出流量Ｑ１、Ｑ２の差分に比例して「ａ」に対して「ｂ」分だけ減少するように制御される。）、吐出流量がＱ３である場合に（Ｑ１＞Ｑ３）、ハッチングで示した「ｃ」分だけ減少（すなわち、吐出流量Ｑ１、Ｑ３の差分に比例して「ａ」に対して「ｃ」分だけ減少するように制御される。）するように制御される。

このとき、ユーザによってシステム圧力昇圧機能が選択された場合（運転者が作業装置などの駆動速度が低下することを希望しないため、意図的にシステム圧力昇圧機能を選択した場合を言う。）、油圧ポンプの吐出流量を減少させる機能が解除されるように制御される。

以上述べたように、本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムによれば、油圧ポンプの負荷圧力が設定値以上である場合に油圧ポンプの最大の吐出可能な流量を比例的に制限してリリーフされる流量のロスを低減することにより燃費を改善させ、運転者の操作性を向上させることができる。

１ エンジン
２ 可変容量型油圧ポンプ
３ パイロットポンプ
４ 操作レバー
５ スプール
６ 吐出流路
７、８ 検出センサ
９ 制御部
１０ 比例制御弁

Claims (4)

1. 可変容量型の油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプに接続される少なくとも１以上の油圧アクチュエータと、
   操作レバーの操作量に比例して供給される信号圧力により切り換えられるときに前記油圧アクチュエータに供給される作動油を制御するスプールと、
   前記油圧ポンプの吐出流路に設けられて前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する吐出圧力検出センサと、
   前記操作レバーの操作量に応じて信号圧力を検出する信号圧力検出センサと、
   前記検出センサからの検出信号に基づいて、前記油圧ポンプの吐出流量を制御する制御部と、を備える建設機械において、
   前記検出センサによる前記油圧ポンプの吐出圧力及び前記操作レバーの操作量をそれぞれ検出する第１のステップと、
   前記操作レバーの操作量に応じて前記油圧ポンプに要求される流量を演算する第２のステップと、
   前記油圧ポンプの検出された吐出圧力と予め設定された圧力値とを比較し判断する第３のステップと、
   前記油圧ポンプの検出された吐出圧力が予め設定された圧力値よりも大きな場合に、検出された圧力と設定された圧力値との差分に基づいて、前記油圧ポンプの最大の吐出可能な流量を比例的に減少させる第４のステップと、
   前記油圧ポンプの現在検出されるトルク値と前記油圧ポンプの最大の吐出可能な流量とを比較し判断する第５のステップと、
   前記油圧ポンプの検出されたトルク値が最大の吐出可能な流量を超えた場合に前記油圧ポンプの吐出流量を最大の吐出可能な流量として制御し、前記油圧ポンプの検出されたトルク値が最大の吐出可能な流量よりも小さな場合に、前記油圧ポンプの吐出流量を、操作量に応じて演算された前記油圧ポンプに要求される流量として制御する第６のステップと、を含む
   ことを特徴とする建設機械の油圧ポンプ制御システム。
2. 前記制御部は、ユーザによってシステム圧力昇圧機能が選択された場合に、前記油圧ポンプの吐出流量を減少させる機能を解除するように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧ポンプ制御システム。
3. 前記制御部は、上記第６のステップにおいて前記油圧ポンプに要求される吐出流量が最大の吐出流量に到達しない場合にも、検出された圧力が設定された圧力よりも大きな場合、検出された圧力と設定された圧力値との差分に基づいて前記油圧ポンプに要求される吐出流量を比例的に減少させ、吐出流量に応じて減少の度合いを比例的に制御して、前記油圧ポンプに要求される吐出流量に対する減少率が同一または近似するように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧ポンプ制御システム。
4. 前記制御部は、ユーザによってシステム圧力昇圧機能が選択された場合に、前記油圧ポンプの吐出流量を減少させる機能を解除させるように制御する
   ことを特徴とする請求項３に記載の建設機械の油圧ポンプ制御システム。

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