JP2014240629A - 油圧ショベルの油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧ショベルの油圧制御装置において、各アクチュエータを単独及び複合操作した場合にも操作性、生産性を維持しつつ大幅な省エネを図る。【解決手段】可変容量ポンプと、各油圧アクチュエータと、これら各油圧アクチュエータへ圧油を供給排出するための各切換弁と、各切換弁を操作する油圧パイロットバルブとを有する油圧ショベルの油圧制御装置において、少なくとも一つのポンプの馬力吸収特性は、そのポンプに作用する負荷圧力に対して予め定めた３つの基準値を設け、負荷圧力が基準値１以下のときはポンプの入力馬力を略一定として吐出流量を制御し、負荷圧力が基準値１と基準値２の範囲にあるときはポンプの吸収馬力が略一定を下回る範囲で負荷圧力に応じて第１のレベルから漸次吐出流量を低減し、負荷圧力が基準値２と基準値３の範囲にあるときは供給ラインの圧力を負荷圧力に応じて圧力制御するようポンプの容量を調整した設定とする。【選択図】図３

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に用いられる油圧制御装置に係るものであり、特に、省エネに有効な油圧ショベルの油圧制御装置の改良に関する。

従来技術には、特許文献１に記載の油圧システムのポンプ制御装置がある。図６に示すように、この従来技術に係る油圧制御装置は、エンジン１と、可変容量型の第１及び第２油圧ポンプ２、３と、第１及び第２油圧ポンプ２、３から吐出される圧油の最大圧力を決定するリリーフ弁４と、第１及び第２油圧ポンプ２、３から吐出された圧油により駆動されるアームシリンダ５、ブームシリンダ６、旋回モータ７、バケットシリンダ８を含む複数のアクチュエータと、第１及び第２油圧ポンプ２、３からアームシリンダ５、ブームシリンダ６、旋回モータ７、バケットシリンダ８に供給される圧油の流量及び方向を制御するコントロールバルブを含む複数のオープンセンタ型の切換弁１１〜１４と、エンジンによって駆動されるパイロットポンプ１５と、パイロットポンプ１５からの吐出油に基づいて切換弁を操作するための制御パイロット圧を生成する操作レバー装置１６〜１９とを備えている。

同図において、アーム用及びブーム用の切換弁１１、１２は、第１油圧ポンプ２の吐出油路に接続されるセンタバイパスライン上に配置され、旋回用及びバケット用の切換弁１３、１４は、第２油圧ポンプ３の吐出油路に接続されるセンタバイパスライン上に配置される。また、第１油圧ポンプ２は第１レギュレータ２０１を備え、第２油圧ポンプは第２レギュレータ２０１を備えている。

図７は、図６に示した油圧システムの第１及び第２レギュレータ２０１、３０１の拡大図である。第１レギュレータ２０１は、第１油圧ポンプ２の斜板を傾転動作させる傾転制御アクチュエータ２１１と、このアクチュエータの位置を制御するポンプ流量制御弁２１２及びポンプトルク制御弁２１３とを有している。これら制御弁はサーボ弁として構成されている。

この第１レギュレータの傾転制御アクチュエータ２１１は、斜板に連係されかつ両端に設けられた受圧部の受圧面積が異なる制御ピストン２１１ａと、この制御ピストンの小面積受圧部側に位置する受圧室２１１ｂと、大面積受圧部側に位置する受圧室２１１ｃとを備え、二つの受圧室の圧力バランスで制御ピストンを動作させ、第１油圧ポンプの斜板の傾転角を制御する。

ポンプ流量制御弁２１２は、流量制御スプール２１２aと、流量制御スプールの一端側に位置する位置保持用の弱いバネ２１２ｂと、流量制御スプールの他端側に位置する受圧室２１２ｃとを備えており、シャトル弁により選択された操作レバー装置の操作パイロット圧の最高圧力が油路を介して第１油圧ポンプ２の制御信号圧力として導かれている。

ポンプトルク制御弁２１３は、トルク制御スプール２１３ａと、トルク制御スプール２１３ａの一端側に位置するバネ２１３ｂと、トルク制御スプール２１３ａの他端側に位置するＰＱ制御受圧室２１３ｃ及び減トルク制御受圧室２１３ｄとを備えている。ＰＱ制御受圧室２１３ｃは第１油圧ポンプ２の吐出ラインに接続され、第１油圧ポンプ２の吐出圧力が導かれ、減トルク制御受圧室２１３ｄには第１電磁比例弁３１の出力ポートから出力される制御圧力が導かれる。

このような構成の下、ポンプ流量制御弁２１２は、受圧室２１２ｃに導かれる制御信号圧力（要求流量）に応じて傾転制御アクチュエータ２１１の大面積側の受圧室２１１ｃの圧力を変え、第１油圧ポンプ２の斜板の傾転角を調整してポンプ吐出流量を制御する。

同様に第２レギュレータ３０１は、第２油圧ポンプ３の斜板を傾転動作させる傾転制御アクチュエータ３１１と、このアクチュエータの駆動を制御するポンプ流量制御弁３１２及びポンプトルク制御弁３１３とを有しており、図７に示すように構成されている。

また、図８は、以上のような油圧システムに設けられた本実施の形態によるポンプ制御装置の全体構成を示す図である。本実施の形態のポンプ制御装置は、第２油圧ポンプ３の吐出ラインに接続され、第２油圧ポンプ３の吐出圧力を検出する圧力センサ３５と、シャトル弁の出力側に接続され、操作レバー装置が生成する制御パイロット圧を旋回操作圧力として検出する圧力センサ３６と、エンジンコントロールダイヤル等のエンジン回転数指令操作装置３７と、コントローラ３８と、コントローラから出力される制御電流により作動する上述した第１及び第２電磁比例弁３１、３２とを有している。

コントローラは、二つの圧力センサからの検出信号とエンジン回転数指令操作装置からの指令信号を入力し、所定の演算処理を行い、第１及び第２電磁比例弁３１、３２に制御電流を出力することにより、ポンプトルク制御弁２１３、３１３を制御し、第１及び第２油圧ポンプ２、３の最大吸収トルクを制御する。

この従来技術では、当該制御装置を油圧ショベルに適用した場合について、原動機により駆動される第１及び第２の可変容量ポンプのトルク設定に際し、ブームを含むアクチュエータに圧油を供給する第１ポンプではトルク設定値を最大吸収トルクに設定し、一方で、旋回を含むアクチュエータに圧油を供給する第２ポンプではトルク設定を最大吸収トルクに設定すると共にこの最大吸収トルクを下回る吸収トルクを設定し、かつ第２ポンプに圧力センサを設け、第２ポンプの圧力が予め設定されたリリーフ弁の設定圧力を超えないときは最大吸収トルクに設定し、同リリーフ弁の設定圧力に達したときは最大吸収トルクを下回る吸収トルクに設定する。

このような構成により、油圧ショベルを操作するに際して、大きな慣性を持つ旋回単独駆動時のリリーフ弁作動による損失を減らし、また同時に、ポンプ圧力がリリーフ弁の圧力までには上昇しない状態及びブーム等との複合操作時には、ポンプ油量を確保して速度及び操作性を維持することが可能となる。

特開２０１１−１５７７９０号公報 特開平６−１０８４１号公報

前記の特許文献１に記載された従来技術では、旋回単独操作時のリリーフ弁からの排出油量を低減することにより、最大吸収トルク設定のみの場合に比較してエネルギーロスを低減する効果がある。

しかしながら、この従来技術では、図９に示すように、可変容量ポンプの最大吸収トルクはあくまでもＰ＊Ｑ馬力一定曲線を基準にしており、例えば、二つの可変容量ポンプを持つ油圧ショベルのポンプ制御装置において旋回に圧油を供給するポンプに対してのみ、作動条件に応じて吸収トルクの低減を図っている。

一方、実用の油圧ショベルの操作から見ると、油圧ショベルの特性から、操作油圧系には高頻度で衝撃荷重が作用し、旋回以外のアクチュエータを単独または複合操作した場合には、依然としてエネルギーロスが発生する課題が残っている。

また、他の先行技術として、例えば、特許文献２に記載された技術には、ポンプの吸収馬力を設定すると共にポンプ負荷圧力が上昇した場合に、リリーフ設定圧力の近辺でポンプ流量を所定値まで低減する、いわゆる「カットオフ」機能が適用されているが、この「カットオフ」前後での流量変化は段階的であるので、原動機が例えばエンジンの場合には急負荷変動が作用して燃料噴射が過剰となり、省エネ上の問題が発生の恐れがある。

そこで、本願発明に係る油圧制御装置は、これらの課題を解決するため、原動機で駆動される単一または複数の可変容量ポンプと、前記ポンプから吐出された圧油により駆動されるアーム、ブーム及びバケットの各シリンダ、前記ポンプから吐出された圧油により駆動される旋回用の油圧モータを含む各油圧アクチュエータと、これら各油圧アクチュエータへ圧油を供給排出するための各切換弁と、前記各切換弁を操作する油圧パイロットバルブとを有し、前記各切換弁を操作したときの前記ポンプに作用する負荷が前記原動機の出力に調和するよう負荷圧力に対応して前記ポンプの吐出容量を調整するよう構成した油圧ショベルの油圧制御装置において、少なくとも一つの前記ポンプの馬力吸収特性は、そのポンプに作用する負荷圧力に対して予め定めた３つの基準値を設け、前記負荷圧力が基準値１以下のときはポンプの入力馬力を略一定として吐出流量を制御し、前記負荷圧力が基準値１と基準値２の範囲にあるときはポンプの吸収馬力が前記略一定を下回る範囲で前記負荷圧力に応じて第１のレベルから漸次吐出流量を低減し、前記負荷圧力が基準値２と基準値３の範囲にあるときは供給ラインの圧力を前記負荷圧力に応じて圧力制御するようポンプの容量を調整した設定であることを特徴とする。

また、前記負荷圧力は、各基準値を境に高低移動する場合でも各基準値の境界でポンプ吐出量をなだらかに変化させることを特徴とする。

さらに、前記原動機で駆動される可変容量ポンプの数は２であって、各ポンプの前記吸収馬力特性を同じに設定していてもよい。

また、前記３つの基準値のうち少なくとも基準値１は、外部信号により調整可能としてもよい。

また、前記負荷圧力が基準値１と基準値２との間にあるときは、負荷圧力変化に対する吐出流量の変化を予め定めた曲線にて変化させると同時に、基準値１以下及び基準値２以上の範囲の前記曲線と各基準値での流量に対して連続的に接合していてもよい。

また、油圧ショベルの油圧制御装置は、作業条件に応じて外部信号により基準値１乃至３のレベルをシフトするよう構成してもよい。

本願発明によれば、油圧ショベルの油圧ポンプに対する吸収馬力の設定を、負荷圧力が高圧域にあるときは原動機出力に対してＰ＊Ｑ（圧力一定量）一定馬力曲線よりも小さく設定する一方、中・低圧域にあるときは同Ｐ＊Ｑ一定馬力曲線に合わせて変化させ、しかも高圧上限近辺ではポンプの圧力制御を行い負荷圧力を維持しつつ流量を最小限に抑え、さらには作業内容に応じて外部信号によりＰ＊Ｑ一定馬力曲線とこれより小さくする馬力領域との交点を円滑かつ負荷圧力に対して調整できるよう構成したので、油圧ショベルの各アクチュエータを単独及び複合操作した場合にも操作性、生産性を維持しつつ大幅な省エネを図ることができる。

本願発明の第１の実施例に係る油圧制御装置の油圧回路図である。 本願発明の第１の実施例におけるポンプ制御装置の全体構成を示す図である。 本願発明に係る油圧制御装置のポンプ吸収馬力線図である。 本願発明の第２の実施例に係る油圧制御装置の油圧回路図である。 本願発明の第２の実施例におけるポンプ制御装置の全体構成を示す図である。 従来の油圧制御装置の油圧回路図である。 従来の油圧制御装置の油圧回路図におけるレギュレータの拡大図である。 従来の油圧制御装置の全体構成を示す図である。 従来の油圧制御装置のポンプ吸収馬力線図である。

以下、本願発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本願発明に係る油圧制御装置の油圧ポンプの数を１とする第１の実施例を示す油圧回路図である。

第１の実施例に係る油圧制御装置は、原動機であるエンジンＥと、このエンジンＥによって駆動される可変容量型の第１油圧ポンプ１０１と、この第１油圧ポンプから吐出される圧油の最大圧力を決定するリリーフ弁１０３と、第１油圧ポンプ１０１から吐出された圧油により駆動されるアームシリンダ１０４、ブームシリンダ１０５、バケットシリンダ１０６、旋回油圧モータ１０７を含む複数のアクチュエータと、これら各油圧アクチュエータへ圧油を供給排出するためのオープンセンタ型の各切換弁１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂと、エンジンＥによって駆動されるパイロットポンプ１０８と、パイロットポンプ１０８からの圧油によって各切換弁１４ｂ〜１７ｂを操作するための油圧パイロットバルブ１４ｐｂ、１５ｐｂ、１６ｐｂ、１７ｐｂとを備えている。

前記各切換弁は、アーム用が切換弁１４ｂ、ブーム用が切換弁１５ｂ、バケットシリンダ用が切換弁１６ｂ、旋回油圧モータ用が切換弁１７ｂであり、これらは油路Ｌ１１上に配置され、油路Ｌ１１の上流側は第１油圧ポンプ１０１の吐出油路１０１ａに接続され、下流側はタンクＴに接続されている。また、これらの各切換弁は、第１油圧ポンプ１０１の吐出油路１０１ａにパラレルに接続されている。

第１油圧ポンプ１０１は第１レギュレータ１１０を備え、この第１レギュレータ１１０は前記各油圧パイロットバルブ１４ｐｂ〜１７ｐｂによる操作量に応じて第１油圧ポンプ１０１の斜板１１１の傾転角を調整してポンプ吐出流量を制御するとともに、第１油圧ポンプ１０１の吸収トルクが設定された最大吸収トルクを超えないよう第１油圧ポンプ１０１の傾転角を制御する。

油圧パイロットバルブ１４ｐｂ及び１５ｐｂが生成した制御パイロット圧を切換弁１４ｂ及び１５ｂに導く制御パイロット回路には、それぞれのシャトル弁１１２ａ、１１２ｂを介してシャトル弁１１２Ｒが接続され、また、油圧パイロットバルブ１６ｐｂ及び１７ｐｂが生成した制御パイロット圧を切換弁１６ｂ及び１７ｂに導く制御パイロット回路には、それぞれのシャトル弁１１２ｃ、１１２ｄを介してシャトル弁１１２Ｌが接続される。さらに、シャトル弁１１２Ｒ及びシャトル弁１１２Ｌはシャトル弁１１２に接続される。

油圧パイロットバルブ１４ｐｂ〜１７ｐｂにより生成された操作パイロット圧の最高圧力は、シャトル弁１１２Ｒ、１１２Ｌ、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄにより選択され、第１油圧ポンプ１０１の要求流量を指示する制御信号圧力として第１レギュレータ１１０に与えられる。

第１レギュレータ１１０は、第１油圧ポンプ１０１の斜板１１１を傾転動作させる傾転制御アクチュエータ１１３と、この傾転制御アクチュエータ１１３の位置を制御するポンプ流量制御弁１１４及びポンプトルク制御弁１１５とを有している。これらの制御弁１１４及び１１５はサーボ弁として構成されている。

傾転制御アクチュエータ１１３は、斜板１１１に連係されかつ両端に設けられた受圧部の受圧面積が異なる制御ピストン１１３ａと、この制御ピストン１１３ａの小面積受圧部側に位置する受圧室１１３ｂと、大面積受圧部側に位置する受圧室１１３ｃとを備え、これらの受圧室１１３ｂと１１３ｃの圧力バランスで制御ピストン１１３ａを動作させ、第１油圧ポンプ１０１の斜板１１１の傾転角を制御する。

受圧室１１３ｂはパイロットポンプ１０８の吐出油路１０８ａに油路Ｌ１２を介して接続されている。また、受圧室１１３ｃはポンプ流量制御弁１１４及びポンプトルク制御弁１１５に油路Ｌ１４を介して接続され、この油路Ｌ１４は油路Ｌ１３及び油路Ｌ１２を介してパイロットポンプ１０８の吐出油路１０８ａに接続されている。さらに、受圧室１１３ｃはポンプ流量制御弁１１４及びポンプトルク制御弁１１５と油路Ｌ１５を介してタンクＴに接続されている。

ポンプ流量制御弁１１４は、流量制御スプール１１４ａと、流量制御スプール１１４ａの一端側に位置するバネＳ１１と、流量制御スプール１１４ａの他端側に位置する受圧室１１４ｂとを備えている。受圧室１１４ｂには前記シャトル弁１１２ａ〜１１２ｄにより選択された油圧パイロットバルブ１４ｐｂ〜１７ｐｂにより生成された操作パイロット圧の最高圧力が油路Ｌ１６を介して第１油圧ポンプ１０１の要求流量を指示する制御信号圧力として導かれている。

ポンプトルク制御弁１１５は、トルク制御スプール１１５ａと、トルク制御スプール１１５ａの一端側に位置するバネＳ１２と、トルク制御スプール１１５ａの他端側に位置するＰＱ制御受圧室１１５ｂ及び減トルク制御受圧室１１５ｃとを備えている。

ＰＱ制御受圧室１１５ｂは油路Ｌ１７を介して第１油圧ポンプ１０１の吐出油路１０１ａに接続され、第１油圧ポンプ１０１の吐出圧力が導かれ、減トルク制御受圧室１１５ｃは油路Ｌ１８を介して第１電磁比例弁１１６の出力ポートに接続され、第１電磁比例弁１１６から出力される制御圧力が導かれる。

バネＳ１２と減トルク制御受圧室１１５ｂは対向して位置し、バネＳ１２が付与する図示右方の付勢力は減トルク制御受圧室１１５ｂが生成する図示左方の付勢力より大きく設定され、バネＳ１２の付勢力と減トルク制御受圧室１１５ｃの付勢力との差である図示右向きの付勢力によって第１油圧ポンプ１０１の最大吸収トルクを設定する。この最大吸収トルクは減トルク制御受圧室１１５ｃに導かれる第１電磁比例弁１１６からの制御圧力によって調整される。

ポンプ流量制御弁１１４は、受圧室１１４ｂに導かれる制御信号圧力（要求流量）が増加すると、流量制御スプール１１４ａを図示右方に変位させ、傾転制御アクチュエータ１１３の大面積側の受圧室１１３ｃをタンクＴに連通させることで、受圧室１１４ｂの圧力を低下させる。傾転制御アクチュエータ１１４はこの受圧室１１４ｂの圧力の低下により制御ピストン１１３ａを図示左方に移動し、第１油圧ポンプ１０１の斜板１１１の傾転量（押しのけ容積）を増加させ、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量を増加させる。

逆に、制御信号圧力（要求流量）が低下すると、ポンプ流量制御弁１１４は流量制御スプール１１４ａを図示左方に変位させ、傾転制御アクチュエータ１１３の大面積側の受圧室１１３ｃをパイロットポンプ１０８の吐出ライン１０８ａに連通させることで、受圧室１１３ｃの圧力を上昇させる。傾転制御アクチュエータ１１３はこの受圧室１１３ｃの圧力の上昇により制御ピストン１１３ａを図示右方に移動し、第１油圧ポンプ１０１の斜板１１１の傾転量（押しのけ容積）を減少させ、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量を減少させる。

このような構成の下、ポンプ流量制御弁１１４は、受圧室１１４ｂに導かれる制御信号圧力（要求流量）に応じて傾転制御アクチュエータ１１３の大面積側の受圧室１１３ｃの圧力を変え、第１油圧ポンプ１０１の斜板１１１の傾転角を調整してポンプ吐出流量を制御する。

図２は、以上のような油圧制御装置に設けられた本願発明の第１の実施例によるポンプ制御装置の全体構成を示す図である。

第１の実施の形態のポンプ制御装置は、第１油圧ポンプ１０１の吐出油路１０１ａに接続され、第１油圧ポンプ１０１の吐出圧力を検出する圧力センサ１３０と、シャトル弁１１２の出力側に接続され、パイロットバルブ１４ｐｂ〜１７ｐｂが生成する制御パイロット圧を旋回操作圧力として検出する圧力センサ１３１と、エンジンコントロールダイヤル等のエンジン回転数検出装置１３２と、コントローラ１３３と、コントローラ１３３から出力される制御電流により作動する第１電磁比例弁１１６を有している。

コントローラ１３３は、その入力側が圧力センサ１３０及び１３１とエンジン回転数検出装置１３２に接続され、圧力センサ１３０、１３１からの検出信号とエンジン回転数検出装置１３２からの指令信号を入力して、所定の演算処理を行なう。そして、第１電磁比例弁１１６に制御電流を出力することにより、ポンプトルク制御弁１１５を制御し、第１油圧ポンプ１０１の最大吸収トルクを制御する。

また、コントローラ１３３は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部１３４と中央演算子１３５とを有し、この記憶部１３４には、第１油圧ポンプ１０１の吐出容量（吐出流量）を可変に制御する処理プログラムが格納されると共に、図３に示す馬力吸収特性が格納されている。そこで次に、このようなポンプ制御装置による第１油圧ポンプの馬力吸収特性について説明する。

ポンプに作用する負荷圧力ＰＬに対しては、予め定めた３つの基準値を設けるよう設定して、前記記憶部１３４に予め基準値１、２、３を格納しておく。次に、前記圧力センサ１３０が前記負荷圧力ＰＬを検出して前記記憶部１３４に格納する。

そして、前記中央演算子１３５は前記記憶部１３４より処理プログラムを起動し、この処理プログラムに従って、前記負荷圧力ＰＬが基準値１以下のときはポンプの入力馬力を略一定として吐出流量を制御し、前記負荷圧力が基準値１と基準値２の範囲にあるときはポンプの吸収馬力が前記略一定を下回る範囲で前記負荷圧力ＰＬに応じて第１のレベルから漸次吐出流量を低減し、前記負荷圧力が基準値２と基準値３の範囲にあるときは供給ラインの圧力を負荷圧力に応じて圧力制御するようポンプの容量を調整する。

図３において、横軸は本実施例における第１油圧ポンプ１０１のポンプ負荷圧力を示し、縦軸はこのポンプの吐出流量を示す。また、曲線Ｐ＊Ｑはこの可変容量ポンプの吸収馬力一定曲線である。

同図の中の基準値１、基準値２、及び基準値３は、それぞれ本願発明におけるポンプ負荷圧力のレベルを示しており、負荷圧力のレベルは基準値１≦基準値２≦基準値３とする。また、曲線ａ、ｂ、ｃは、第１の実施例としての可変容量ポンプに対する異なる吸収馬力曲線を示す。すなわち、曲線ａでの基準値は１ａ、２ａ、３、曲線ｂでの基準値は１ｂ、２ｂ、３、曲線ｃでの基準値は１ｃ、３、３でそれぞれ示される。

ここで、油圧ショベルの実操作においては、各種単独、複合操作を含めて、操作性及び生産性の観点からバケットに土砂等の負荷を積載した状態で、各アクチュエータの高速度が求められるが、この場合には空中移動動作がほとんどであり、この場合のポンプ負荷圧力は比較的低圧であり、ブーム上げ動作の圧力（通常１２０〜１６０ｂａｒ）よりも低い。

なお、掘削作業の場合は当然負荷圧力が高圧となるが、吐出流量は比較的少なく、むしろ力すなわちポンプ吸収馬力特性としては定流量・高圧となる。したがって、その際の可変容量ポンプに対する設定吸収馬力は、Ｐ＊Ｑ一定曲線よりさらに小さい吸収馬力に設定することで、各アクチュエータの単独操作、複合操作にかかわらず速度及び操作性を損なうことなく、大幅な省エネ効果を図ることができる。

例えば、図３における曲線ａの場合を考えると、本願発明は、基本的にはポンプ吸収トルクの設定を、従来のように原動機の最大出力を活用すべくポンプ圧力Ｐと流量Ｑの積を一定とする範囲で最大吸収トルク（定馬力）を設定するのではなく、油圧ショベルの実作業に対応したポンプ吸収トルクとする。

そして、この場合、高圧域にて設定馬力を定馬力以下に設定し、かつ高圧域の上限近辺では圧力制御を行い、アクチュエータの力を維持しつつ流量を少量に低減してリリーフの作動を最小限としてエネルギーロスを低減する。また、これと同時に、作業対象物がこの力によって移動した後はバケット内に積載された重量物として持ち上げもしくは除去作業を行うことで、高圧域での使用馬力を制限することにより、従来技術に比較して作業効率を維持しつつ、大幅な省エネ効果を図ることができる。

さらに、本願発明では、各基準値の境界でポンプ吐出量変化をなだらかに変化させている。すなわち、ポンプ負荷圧力が前記各基準値を境に高低移動する場合でも、基準値１及び基準値２の前後ではＰ＊Ｑ一定馬力曲線と流量低減曲線と、基準値２と基準値３前後では流量低減曲線と圧力制御時の圧力とそれぞれ円滑に接続しているので、ポンプ負荷圧力がこれら基準値の前後で変化する場合でも吸収馬力変化率が小さく、例えば原動機をエンジンとした場合、エンジンへのトルク負荷変化が滑らかとなり過剰な燃料消費を低減することができる。なお、基準値２と基準値３の前記負荷圧力は同値としてもよい。

一方、例えばアーム掘削で原動機馬力の最大出力まで使用して、高圧域にてポンプの吸収馬力をＰ＊Ｑ一定馬力曲線のレベルまで上げる必要がある作業を行うときは、通常設定の曲線ａに対して外部信号、例えば手元スイッチを設けてこれを操作することにより、曲線ｂまたは曲線ｃに変更できるようにしてもよい。また、このような外部信号により基準値１乃至３のレベルをシフトするよう調整可能としてもよい。このように、油圧ショベルの実作業における吸収馬力特性を最適な状況とすることで、原動機馬力を最大限まで利用することも可能である。

なお、本願発明は、第２の実施例として、第１油圧ポンプ２０１及び第１レギュレータ２１０の他に第２油圧ポンプ２０２及び第２レギュレータ２２０を設ける等、複数の油圧ポンプ及びレギュレータを備えることも可能である。

第２の実施例に係る油圧制御装置は、原動機であるエンジンＥと、このエンジンＥによって駆動される可変容量型の第１油圧ポンプ２０１及び第２油圧ポンプ２０２と、これらの可変容量型のポンプから吐出される圧油の最大圧力を決定するリリーフ弁２０３と、これらの可変容量型のポンプから吐出された圧油により駆動されるアームシリンダ２０４、ブームシリンダ２０５、バケットシリンダ２０６、旋回油圧モータ２０７を含む複数のアクチュエータと、これら各油圧アクチュエータへ圧油を供給排出するためのオープンセンタ型の各切換弁２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ、２７ｂと、エンジンＥによって駆動されるパイロットポンプ２０８と、パイロットポンプ２０８からの圧油によって各切換弁２４ｂ〜２７ｂを操作するための油圧パイロットバルブ２４ｐｂ、２５ｐｂ、２６ｐｂ、２７ｐｂとを備えている。

前記各切換弁は、油路Ｌ２１上に配置されるアーム用の切換弁２４ｂ及びブーム用の切換弁２５ｂと、油路Ｌ３１上に配置されるバケットシリンダ用の切換弁２６ｂ及び旋回油圧モータ用の切換弁２７ｂである。油路Ｌ２１の上流側は第１油圧ポンプ２０１の吐出油路２０１ａに接続され、下流側はタンクＴに接続されている。また、油路Ｌ３１の上流側は第２油圧ポンプ２０２の吐出油路２０２ａに接続され、下流側はタンクＴに接続されている。なお、切換弁２４ｂ及び切換弁２５ｂは第１油圧ポンプ２０１の吐出油路２０１ａにパラレルに接続され、切換弁２６ｂ及び切換弁２７ｂは第２油圧ポンプ２０２の吐出油路２０２ａにパラレルに接続されている。

第１油圧ポンプ２０１は第１レギュレータ２１０を備え、この第１レギュレータ２１０は前記油圧パイロットバルブ２４ｐｂ及び２５ｐｂによる操作量に応じて第１油圧ポンプ２０１の斜板２１１の傾転角を調整してポンプ吐出流量を制御するとともに、第１油圧ポンプ２０１の吸収トルクが設定された最大吸収トルクを超えないよう第１油圧ポンプ２０１の傾転角を制御する。

第２油圧ポンプ２０２は第２レギュレータ２２０を備え、この第２レギュレータ２２０は前記油圧パイロットバルブ２６ｐｂ及び２７ｐｂによる操作量に応じて第２油圧ポンプ２０２の斜板２２１の傾転角を調整してポンプ吐出流量を制御するとともに、第２油圧ポンプ２０２の吸収トルクが設定された最大吸収トルクを超えないよう第２油圧ポンプ２０２の傾転角を制御する。

油圧パイロットバルブ２４ｐｂ及び２５ｐｂが生成した制御パイロット圧を切換弁２４ｂ及び２５ｂに導く制御パイロット回路には、シャトル弁２１２ａ、２１２ｂを介してシャトル弁２１２Ｒが接続され、また、油圧パイロットバルブ２６ｐｂ及び２７ｐｂが生成した制御パイロット圧を切換弁２６ｂ及び２７ｂに導く制御パイロット回路には、シャトル弁２１２ｃ、２１２ｄを介してシャトル弁２１２Ｌが接続される。

油圧パイロットバルブ２４ｐｂ及び２５ｐｂにより生成された操作パイロット圧の最高圧力は、シャトル弁２１２Ｒ、２１２ａ、２１２ｂにより選択され、第１油圧ポンプ２０１の要求流量を指示する制御信号圧力として第１レギュレータ２１０に与えられる。また、油圧パイロットバルブ２６ｐｂ及び２７ｐｂにより生成された操作パイロット圧の最高圧力は、シャトル弁２１２Ｌ、２１２ｃ、２１２ｄにより選択され、第２油圧ポンプ２０２の要求流量を指示する制御信号圧力として第２レギュレータ２２０に与えられる。

第１レギュレータ２１０は、第１油圧ポンプ２０１の斜板２１１を傾転動作させる傾転制御アクチュエータ２１３と、この傾転制御アクチュエータ２１３の位置を制御するポンプ流量制御弁２１４及びポンプトルク制御弁２１５とを有している。これらの制御弁２１４及び２１５はサーボ弁として構成されている。

傾転制御アクチュエータ２１３は、斜板２１１に連係されかつ両端に設けられた受圧部の受圧面積が異なる制御ピストン２１３ａと、この制御ピストン２１３ａの小面積受圧部側に位置する受圧室２１３ｂと、大面積受圧部側に位置する受圧室２１３ｃとを備え、これらの受圧室２１３ｂと２１３ｃの圧力バランスで制御ピストン２１３ａを動作させ、第１油圧ポンプ２０１の斜板２１１の傾転角を制御する。

受圧室２１３ｂはパイロットポンプ２０８の吐出油路２０８ａに油路Ｌ２２を介して接続されている。また、受圧室２１３ｃはポンプ流量制御弁２１４及びポンプトルク制御弁２１５に油路Ｌ２４を介して接続され、この油路Ｌ２４は油路Ｌ２３及び油路Ｌ２２を介してパイロットポンプ２０８の吐出油路２０８ａに接続されている。さらに、受圧室２１３ｃはポンプ流量制御弁２１４及びポンプトルク制御弁２１５と油路Ｌ２５を介してタンクＴに接続されている。

ポンプ流量制御弁２１４は、流量制御スプール２１４ａと、流量制御スプール２１４ａの一端側に位置するバネＳ２１と、流量制御スプール２１４ａの他端側に位置する受圧室２１４ｂとを備えている。受圧室２１４ｂには前記シャトル弁２１２Ｒ、２１２ａ、２１２ｂにより選択された油圧パイロットバルブ２４ｐｂ及び２５ｐｂにより生成された操作パイロット圧の最高圧力が油路Ｌ２６を介して第１油圧ポンプ２０１の要求流量を指示する制御信号圧力として導かれている。

ポンプトルク制御弁２１５は、トルク制御スプール２１５ａと、トルク制御スプール２１５ａの一端側に位置するバネＳ２２と、トルク制御スプール２１５ａの他端側に位置する減トルク（ＰＱ）制御受圧室２１５ｂ及び減トルク制御受圧室２１５ｃとを備えている。

ＰＱ制御受圧室２１５ｂは油路Ｌ２７を介して第１油圧ポンプ２０１の吐出油路２０１ａに接続され、第１油圧ポンプ２０１の吐出圧力が導かれ、減トルク制御受圧室２１５ｃは油路Ｌ２８を介して第１電磁比例弁２１６の出力ポートに接続され、第１電磁比例弁２１６から出力される制御圧力が導かれる。

バネＳ２２と減トルク制御受圧室２１５ｂは対向して位置し、バネＳ２２が付与する図示右方の付勢力は減トルク制御受圧室２１５ｂが生成する図示左方の付勢力より大きく設定され、バネＳ２２の付勢力と減トルク制御受圧室２１５ｃの付勢力との差である図示右向きの付勢力によって第１油圧ポンプ２０１の最大吸収トルクを設定する。この最大吸収トルクは減トルク制御受圧室２１５ｃに導かれる第１電磁比例弁２１６からの制御圧力によって調整される。

ポンプ流量制御弁２１４は、受圧室２１４ｂに導かれる制御信号圧力（要求流量）が増加すると、流量制御スプール２１４ａを図示右方に変位させ、傾転制御アクチュエータ２１３の大面積側の受圧室２１３ｃをタンクＴに連通させることで、受圧室２１４ｂの圧力を低下させる。傾転制御アクチュエータ２１３はこの受圧室２１４ｂの圧力の低下により制御ピストン２１３ｃを図示左方に移動し、第１油圧ポンプ２０１の斜板２１１の傾転量（押しのけ容積）を増加させ、第１油圧ポンプ２０１の吐出流量を増加させる。

逆に、制御信号圧力（要求流量）が低下すると、ポンプ流量制御弁２１４は流量制御スプール２１４ａを図示左方に変位させ、傾転制御アクチュエータ２１３の大面積側の受圧室２１３ｃをパイロットポンプ２０８の吐出ライン２０８ａに連通させることで、受圧室２１３ｃの圧力を上昇させる。傾転制御アクチュエータ２１３はこの受圧室２１３ｃの圧力の上昇により制御ピストン２１３ａを図示右方に移動し、第１油圧ポンプ２０１の斜板２１１の傾転量（押しのけ容積）を減少させ、第１油圧ポンプ２０１の吐出流量を減少させる。

このような構成の下、ポンプ流量制御弁２１４は、受圧室２１４ｂに導かれる制御信号圧力（要求流量）に応じて傾転制御アクチュエータ２１３の大面積側の受圧室２１３ｃの圧力を変え、第１油圧ポンプ２０１の斜板２１１の傾転角を調整してポンプ吐出流量を制御する。

第２レギュレータ２２０は、第２油圧ポンプ２０２の斜板２２１を傾転動作させる傾転制御アクチュエータ２２３と、このアクチュエータ２２３の駆動を制御するポンプ流量制御弁２２４及びポンプトルク制御弁２２５とを有している。これら制御弁２２４及び２２５はサーボ弁として構成されている。

傾転制御アクチュエータ２２３、ポンプ流量制御弁２２４及びポンプトルク制御弁２２５は、第１レギュレータ２１０の傾転制御アクチュエータ２１３、ポンプ流量制御弁２１４及びポンプトルク制御弁２１５と同様に構成されている。

傾転制御アクチュエータ２２３は、斜板２２１に連係されかつ両端に設けられた受圧部の受圧面積が異なる制御ピストン２２３ａと、この制御ピストン２２３ａの小面積受圧部側に位置する受圧室２２３ｂと、大面積受圧部側に位置する受圧室２２３ｃとを備え、これらの受圧室２２３ｂと２２３ｃの圧力バランスで制御ピストン２２３ａを動作させ、第２油圧ポンプ２０２の斜板２２１の傾転角を制御する。

受圧室２２３ｂはパイロットポンプ２０８の吐出油路２０８ａに油路Ｌ２２を介して接続されている。また、受圧室２２３ｃはポンプ流量制御弁２２４及びポンプトルク制御弁２２５に油路Ｌ３４を介して接続され、この油路Ｌ３４は油路Ｌ２３及び油路Ｌ２２を介してパイロットポンプ２０８の吐出油路２０８ａに接続されている。さらに、受圧室２２３ｃはポンプ流量制御弁２２４及びポンプトルク制御弁２２５と油路Ｌ２５を介してタンクＴに接続されている。

ポンプ流量制御弁２２４は、流量制御スプール２２４ａと、流量制御スプール２２４ａの一端側に位置するバネＳ３１と、流量制御スプール２２４ａの他端側に位置する受圧室２２４ｂとを備えている。受圧室２２４ｂには前記シャトル弁２１２Ｌ、２１２ｃ、２１２ｄにより選択された油圧パイロットバルブ２６ｐｂ及び２７ｐｂにより生成された操作パイロット圧の最高圧力が油路Ｌ３６を介して第２油圧ポンプ２０２の要求流量を指示する制御信号圧力として導かれている。

ポンプトルク制御弁２２５は、トルク制御スプール２２５ａと、トルク制御スプール２２５ａの一端側に位置するバネＳ３２と、トルク制御スプール２２５ａの他端側に位置するＰＱ制御受圧室２２５ｂ及び減トルク制御受圧室２２５ｃとを備えている。

ＰＱ制御受圧室２２５ｂは油路Ｌ３７を介して第２油圧ポンプ２０２の吐出油路２０２ａに接続され、第２油圧ポンプ２０２の吐出圧力が導かれ、減トルク制御受圧室２２５ｃは油路Ｌ３８を介して第２電磁比例弁２２６の出力ポートに接続され、第２電磁比例弁２２６から出力される制御圧力が導かれる。

バネＳ３２と減トルク制御受圧室２２５ｂは対向して位置し、バネＳ３２が付与する図示右方の付勢力は減トルク制御受圧室２２５ｂが生成する図示左方の付勢力より大きく設定され、バネＳ３２の付勢力と減トルク制御受圧室２２５ｃの付勢力との差である図示右向きの付勢力によって第２油圧ポンプ２０２の最大吸収トルクを設定する。この最大吸収トルクは減トルク制御受圧室２２５ｃに導かれる第２電磁比例弁２２６からの制御圧力によって調整される。

ポンプ流量制御弁２２４は、受圧室２２４ｂに導かれる制御信号圧力（要求流量）が増加すると、流量制御スプール２２４ａを図示右方に変位させ、傾転制御アクチュエータ２２３の大面積側の受圧室２２３ｃをタンクＴに連通させることで、受圧室２２４ｂの圧力を低下させる。傾転制御アクチュエータ２２３はこの受圧室２２３ｂの圧力の低下により制御ピストン２２３ａを図示左方に移動し、第２油圧ポンプ２０２の斜板２２１の傾転量（押しのけ容積）を増加させ、第２油圧ポンプ２０２の吐出流量を増加させる。

逆に、制御信号圧力（要求流量）が低下すると、ポンプ流量制御弁２２４は流量制御スプール２２４ａを図示左方に変位させ、傾転制御アクチュエータ２２３の大面積側の受圧室２２３ｃをパイロットポンプ２０８の吐出ライン２０８ａに連通させることで、受圧室２２３ｃの圧力を上昇させる。傾転制御アクチュエータ２２３はこの受圧室２２３ｃの圧力の上昇により制御ピストン２２３ａを図示右方に移動し、第２油圧ポンプ２０２の斜板２２１の傾転量（押しのけ容積）を減少させ、第２油圧ポンプ２０２の吐出流量を減少させる。

このような構成の下、ポンプ流量制御弁２２４は、受圧室２２４ｂに導かれる制御信号圧力（要求流量）に応じて傾転制御アクチュエータ２２３の大面積側の受圧室２２３ｃの圧力を変え、第２油圧ポンプ２０２の斜板２２１の傾転角を調整してポンプ吐出流量を制御する。

図５は、以上のような油圧制御装置に設けられた本願発明の第２の実施例によるポンプ制御装置の全体構成を示す図である。

第２の実施の形態のポンプ制御装置は、第２油圧ポンプ２０２の吐出油路２０２ａに接続され、第２油圧ポンプ２０２の吐出圧力を検出する圧力センサ２３０と、シャトル弁２１２Ｌの出力側に接続され、パイロットバルブ２６ｐｂ及び２７ｐｂが生成する制御パイロット圧を旋回操作圧力として検出する圧力センサ２３１と、エンジンコントロールダイヤル等のエンジン回転数検出装置２３２と、コントローラ２３３と、コントローラ２３３から出力される制御電流により作動する第１電磁比例弁２１６及び第２電磁比例弁２２６を有している。

コントローラ２３３は、その入力側が圧力センサ２３０及び２３１とエンジン回転数検出装置２３２に接続され、圧力センサ２３０、２３１からの検出信号とエンジン回転数検出装置２３２からの指令信号を入力して、所定の演算処理を行なう。そして、第１電磁比例弁２１６及び第２電磁比例弁２２６に制御電流を出力することにより、ポンプトルク制御弁２１５、２２５を制御し、第１油圧ポンプ２０１及び第２油圧ポンプ２０２の最大吸収トルクを制御する。

また、コントローラ２３３は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部２３４と中央演算子２３５とを有し、この記憶部２３４には、第１油圧ポンプ２０１及び第２油圧ポンプ２０２の吐出容量（吐出流量）を可変に制御する処理プログラムが格納されると共に、図３に示す馬力吸収特性が格納されている。このようなポンプ制御装置による第１油圧ポンプ２０１及び第２油圧ポンプ２０２の馬力吸収特性は第１の実施例と同様である。

１４ｂ〜１７ｂ、２４ｂ〜２７ｂ 切換弁
１４ｐｂ〜１７ｐｂ、２４ｐｂ〜２７ｐｂ 油圧パイロットバルブ
１０１、２０１ 第１油圧ポンプ
１０１ａ、２０１ａ 吐出油路
２０２ 第２油圧ポンプ
２０２ａ 吐出油路
１０３、２０３ リリーフ弁
１０４、２０４ アームシリンダ
１０５、２０５ ブームシリンダ
１０６、２０６ バケットシリンダ
１０７、２０７ 旋回油圧モータ
１０８、２０８ パイロットポンプ
１０８ａ、２０８ａ 吐出油路
１１０、２１０ 第１レギュレータ
１１１、２１１、２２１ 斜板
１１２、１１２Ｒ、１１２Ｌ、１１２ａ〜１１２ｄ シャトル弁
２１２Ｒ、２１２Ｌ、２１２ａ〜２１２ｄ シャトル弁
１１３、２１３、２２３ 傾転制御アクチュエータ
１１３ａ、２１３ａ、２２３ａ 制御ピストン
１１３ｂ、２１３ｂ、２２３ｂ 受圧室
１１３ｃ、２１３ｃ、２２３ｃ 受圧室
１１４、２１４、２２４ ポンプ流量制御弁
１１４ａ、２１４ａ、２２４ａ 流量制御スプール
１１４ｂ、２１４ｂ、２２３ｂ 受圧室
１１４ｃ、２１４ｃ、２２３ｃ 受圧室
１１５、２１５、２２５ ポンプトルク制御弁
１１５ａ、２１５ａ、２２５ａ トルク制御スプール
１１５ｂ、２１５ｂ、２２５ｂ ＰＱ制御受圧室
１１５ｃ、２１５ｃ、２２５ｃ 減トルク制御受圧室
１１６、２１６ 第１電磁比例弁
２２０ 第２レギュレータ
２２６ 第２電磁比例弁
１３０、２３０ 圧力センサ
１３１、２３１ 圧力センサ
１３２、２３２ エンジン回転数検出装置
１３３、２３３ コントローラ
１３４、２３４ 記憶部
Ｅ エンジン
Ｔ タンク
Ｓ１１、Ｓ１２ バネ
Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２ バネ
Ｌ１１〜Ｌ１８、Ｌ２１〜Ｌ２８、Ｌ３１、Ｌ３４〜Ｌ３８ 油路

Claims (8)

1. 原動機で駆動される単一または複数の可変容量ポンプと、
   前記ポンプから吐出された圧油により駆動されるアーム、ブーム及びバケットの各シリンダ、前記ポンプから吐出された圧油により駆動される旋回用の油圧モータを含む各油圧アクチュエータと、
   これら各油圧アクチュエータへ圧油を供給排出するための各切換弁と、
   前記各切換弁を操作する油圧パイロットバルブとを有し、
   前記各切換弁を操作したときの前記ポンプに作用する負荷が前記原動機の出力に調和するよう負荷圧力に対応して前記ポンプの吐出容量を調整するよう構成した油圧ショベルの油圧制御装置において、
   少なくとも一つの前記ポンプの馬力吸収特性は、そのポンプに作用する負荷圧力に対して予め定めた３つの基準値を設け、前記負荷圧力が基準値１以下のときはポンプの入力馬力を略一定として吐出流量を制御し、前記負荷圧力が基準値１と基準値２の範囲にあるときはポンプの吸収馬力が前記略一定を下回る範囲で前記負荷圧力に応じて第１のレベルから漸次吐出流量を低減し、前記負荷圧力が基準値２と基準値３の範囲にあるときは供給ラインの圧力を前記負荷圧力に応じて圧力制御するようポンプの容量を調整した設定であることを特徴とする油圧ショベルの油圧制御弁装置。
2. 前記負荷圧力は、各基準値を境に高低移動する場合でも各基準値の境界でポンプ吐出量をなだらかに変化させることを特徴とする請求項１に記載の油圧ショベルの油圧制御装置。
3. 前記原動機で駆動される可変容量ポンプの数は２であって、各ポンプの前記吸収馬力特性を同じに設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の油圧ショベルの油圧制御装置。
4. 前記原動機で駆動される可変容量ポンプの数は２であって、少なくとも一方の可変容量ポンプを前記吸収馬力特性に設定するとともに、前記可変容量ポンプに接続された前記アクチュエータには旋回が含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の油圧ショベルの油圧制御装置。
5. 前記３つの基準値のうち少なくとも基準値１は外部信号により調整可能としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の油圧ショベルの油圧制御装置。
6. 前記負荷圧力が基準値１と基準値２との間にあるときは負荷圧力変化に対する吐出流量の変化を予め定めた曲線にて変化させると同時に、基準値１以下及び基準値２以上の範囲の前記曲線と各基準値での流量に対して連続的に接合したことを特徴とする請求項１乃至６に記載の油圧ショベルの油圧制御装置。
7. 基準値２と基準値３の前記負荷圧力を同値としたことを特徴とする請求項１乃至７に記載の油圧ショベルの油圧制御装置。
8. 作業条件に応じて外部信号により基準値１乃至３のレベルをシフトするよう構成したことを特徴とする請求項１乃至７に記載の油圧ショベルの油圧制御装置。