JP2019178582A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業速度の低下を抑制しつつ燃料消費量を抑制することができる作業機械を提供すること。【解決手段】油圧ショベル１００の動作状態ごとの動作割合を算出し、動作割合に基づいて操作レバー装置５０の操作量ごとに目標燃費低減係数を算出し、予め入力された目標燃費低減率と目標燃費低減係数とに基づいて、動作状態ごとにポンプ出力低減率を算出し、動作状態に応じて複数のポンプ出力低減率のうちの１つを選択的に設定し、設定したポンプ出力低減率に基づいて油圧ポンプ４１の制御に用いられるポンプトルク指令値を補正する。【選択図】 図４

Description

本発明は、作業機械に関する。

作業機械の一種である油圧ショベルは様々な場面で用いられており、例えば、掘削作業やダンプへの積み込み作業、整地作業など種々の作業に用いられている。そして、近年では、環境問題やランニングコストの面から作業機械においても省燃費化が求められている。

そこで、このような作業機械の省燃費化に係る技術として、例えば、特許文献１には、燃料タンク内の燃料残量を検出する燃料残量センサと、この燃料残量センサによって検出された燃料値に基づき、過去のある時点から現時点に至るまでに実際に消費した燃料量を算出し、単位時間あたりの燃料消費量としての実燃費を算出する燃費算出部と、この燃費算出部によって求められた実燃費と、予め記憶されている目標燃費とを比較する比較部と、実燃費が目標燃費を下回るときにエンジン回転数を制御して建設機械を省エネ運転に切り換える運転制御部とを備える建設機械の省エネ運転装置が開示されている。

特開２００２−２８５８９０号公報

ところで、作業機械が稼働する現場では、予め定められた工期内での作業完が求められるため、作業機械による作業の進捗に大きく影響する作業速度、所謂、最大作業速度を一定以上確保する必要がある。しかしながら、上記従来技術においては、エンジン回転数を制限することで実燃費を目標燃費に近づけようとしているため、最大作業速度を大きく低下させてしまうことが考えられ、作業工程を大きく遅らせてしまうことが懸念されるほか、作業時間が長くなることで結果的に作業完了までに要する燃料消費量が変わらないということも考えられる。また、作業機械では、ショベルの力や速度が必要とされる場面もさまざまであり、その作業内容やオペレータの操作方法によって燃料消費量が大きく変わるため、エンジン回転数の一律な制限だけでは燃費低減の効果が十分に得られないことが懸念される。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、作業速度の低下を抑制しつつ燃料消費量を抑制することができる作業機械を提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、原動機と、前記原動機により駆動される１つ以上の可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記複数のアクチュエータをそれぞれ操作するための複数の操作装置と、前記複数の操作装置から出力される操作信号に基づいて前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量をそれぞれ制御する流量制御弁と、前記操作装置から出力される操作信号を検出する操作量検出装置と、前記油圧ポンプの動作を前記油圧ポンプの吸収馬力が所定の値になるように前記油圧ポンプにおける吐出圧と吐出流量の関係を示した特生線に従って制御するためのポンプトルク指令値を出力する車体コントローラとを備えた作業機械において、前記車体コントローラは、前記複数の操作装置のそれぞれの操作の有無や操作量に基づいて定められる前記作業機械の動作状態の割合である動作割合を算出する動作割合算出部と、前記動作割合算出部で算出された前記動作割合に基づいて、前記複数の操作装置の操作量ごとに目標燃費低減係数を算出する目標燃費低減係数算出部と、予め入力された目標燃費低減率と前記目標燃費低減係数算出部で算出された前記目標燃費低減係数とに基づいて、前記複数の操作装置の操作量ごとにポンプ出力低減率を算出するポンプ出力低減率算出部と、前記操作量検出装置で検出された前記操作装置の操作信号に基づいて、前記複数の油圧アクチュエータの動作状態をそれぞれ判定する動作条件判定部と、前記動作条件判定部の判定結果に基づいて、前記ポンプ出力低減率算出部で算出された前記複数のポンプ出力低減率のうちの１つを選択的に設定し、設定した前記ポンプ出力低減率に基づいて前記ポンプトルク指令値を補正するポンプトルク制御指令補正部とを有するものとする。

本発明によれば、作業速度の低下を抑制しつつ燃料消費量を抑制することができる。

作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図である。 油圧回路システムの要部を本発明の関連構成とともに抜き出して模式的に示す図である。 車体コントローラを示す機能ブロック図である。 ポンプトルク制御指令補正部の処理内容を示す図である。 動作割合の一例である動作割合１を示す図である。 動作割合の一例である動作割合２を示す図である。 動作割合の一例である動作割合３を示す図である。 目標燃費低減係数と燃費低減度合との関係の一例及び各目標燃費低減係数の関係の一例を示す図である。 目標燃費低減係数算出テーブルの一例を示す図である。 目標燃費低減係数算出部における目標燃費低減係数算出処理を示すフローチャートである。 ポンプ出力低減率基本値算出テーブルの一例を示す図である。 ポンプ出力低減率算出テーブルの一例を示す図である。 省燃費モードの有効又は無効の設定処理を示すフローチャートである。 省燃費モードにおける油圧ポンプのＰ−Ｑ等馬力曲線の変化の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、作業機械の一例として、フロント装置の先端に作業具としてバケットを備える油圧ショベルを例示して説明するが、ブレーカやマグネットなどのバケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルに本発明を適用することも可能である。また、クレーン車のように作業アームを備えた、油圧ショベル以外の作業機械（作業機械を含む）に本発明を適用することも可能である。

図１は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図である。また、図２は、本実施の形態に係る油圧回路システムの要部を本発明の関連構成とともに抜き出して模式的に示す図である。

図１において、油圧ショベル１００は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム３１、アーム３３、バケット（作業具）３５）を連結して構成された多関節型のフロント装置３０と、車体を構成する上部旋回体２０及び下部走行体１０とを備えており、上部旋回体２０は下部走行体１０に対して旋回可能に設けられている。上部旋回体２０は、基部となる旋回フレーム２１上に各部材を配置して構成されており、上部旋回体２０を構成する旋回フレーム２１が下部走行体１０に対して旋回可能となっている。また、フロント装置３０のブーム３１の基端は上部旋回体２０の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム３３の一端はブーム３１の基端とは異なる端部（先端）に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム３３の他端にはバケット３５が垂直方向に回動可能に支持されている。

ブーム３１、アーム３３、バケット３５、上部旋回体２０、及び下部走行体１０は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６、旋回モータ２３、及び左右の走行モータ１１（ただし、一方の走行モータのみ図示）によりそれぞれ駆動される。上部旋回体２０を構成する旋回フレーム２１上には、原動機であるエンジン２２とともに、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６、旋回モータ２３及び左右の走行モータ１１などの各油圧アクチュエータ１１，２３，３２，３４，３６を駆動するための油圧回路システム４０が搭載されている。

図２において、油圧回路システム４０は、油圧ショベル１００の全体の動作を制御する車体コントローラ４９から信号路２５ａを介して入力される制御信号に基づいて制御されるエンジンコントローラ２５と、エンジン２２の動作を制御するエンジンコントローラ２５から信号路２２ａを介してガバナ２４に入力される制御信号に基づいて動作するエンジン２２と、エンジン２２によって駆動される１つ以上（本実施の形態では１つの場合を例示する）の可変容量型の油圧ポンプ４１と、エンジン２２によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ４４と、パイロットポンプ４４からトルク制御電磁弁４５を介して入力されるパイロット圧（制御信号）に基づいて、油圧ポンプ４１の傾転角（吐出流量）を制御するレギュレータ４６と、油圧ショベル１００全体の動作を制御する車体コントローラ４９から信号路４５ａを介して入力される制御信号（ポンプトルク制御指令）に基づいて、レギュレータ４６に入力される制御信号（パイロット圧）を制御するトルク制御電磁弁４５と、エンジン２２によって駆動される油圧ポンプ４１から各油圧アクチュエータ１１，２３，３２，３４，３６に供給される作動油の方向及び流量を制御するコントロールバルブ（流量制御弁）４２とを備えている。なお、図２においては図示及び説明の簡単のため、油圧アクチュエータ１１，２３，３２，３４，３６を油圧アクチュエータ４３ａ，４３ｂで代表して表現する。すなわち、油圧アクチュエータ４３ａ，４３ｂは油圧アクチュエータ１１，２３，３２，３４，３６の何れかに該当する。

オペレータが搭乗する運転室（キャブ）５７には、油圧アクチュエータ２３，３２，３４，３６を操作するための操作信号を出力する複数の操作レバー装置（操作装置）５０（本実施の形態では１つのみを代表して図示する）が設けられている。コントロールバルブ４２は、エンジン２２によって駆動されるパイロットポンプ４４から吐出され図示しない油路から操作レバー装置５０を介して出力される操作信号（パイロット圧）により行われる。図示はしないが複数の操作レバー装置５０はそれぞれ前後左右に傾倒可能であり、それぞれオペレータにより操作される操作レバー装置５０の操作方向及び操作量に応じたパイロット圧（操作信号）に基づいてコントロールバルブ４２を制御することにより、各油圧アクチュエータ２３，３２，３４，３６の動作が制御される。つまり、操作レバー装置５０の前後方向または左右方向に、油圧アクチュエータ２３，３２，３４，３６の操作がそれぞれ割り当てられている。操作レバー装置５０からコントロールバルブ４２に出力される操作信号の信号路には、操作信号としてのパイロット圧（すなわち、操作レバー装置５０の操作量）を検出する圧力センサ（操作量検出装置）５３ａ，５３ｂが設けられており、検出結果はそれぞれ信号路５３ｆ，５３ｇを介して車体コントローラ４９に入力される。

なお、操作レバー装置５０は電気信号方式であってもよく、オペレータにより操作される操作レバー装置５０の操作信号であるレバーの傾倒量、すなわちレバー操作量を電気的に検知する検出装置を含み、検出装置が検出したレバー操作量を制御装置である車体コントローラ４９に電気配線を介して出力し、車体コントローラ４９で電磁比例弁などを制御することによって各油圧アクチュエータ２３，３２，３４，３６を駆動するように構成しても良い。

また、運転室（キャブ）５７内には、車体コントローラ４９から信号路５５ａを介して入力される制御信号に基づいて油圧ショベル１００に関する種々の情報や設定画面等を表示するためのモニタ（表示装置）５５と、モニタ５５に表示される各種設定画面を操作する制御信号を信号路５６ｅを介して車体コントローラ４９に出力する操作スイッチ５６とが配置されており、操作レバー装置５０には油圧アクチュエータ２３，３２，３４，３６の操作と並行して（すなわち、操作レバー装置５０の操作と同時に）操作できるように、操作レバー装置５０の操作信号の信号路５０ａ，５０ｂに対し別個独立した操作信号の信号路５８ａを有したレバースイッチ５８（一時解除スイッチ）が配置されている。操作スイッチ５６は、モニタ５５に表示される各種設定画面等を操作するためのものであり、例えば、モニタ５５に表示されるカーソル等の指示表示の位置を上下方向に移動させる方向指示ボタン５６ａ，５６ｂや、選択した内容を決定する決定ボタン５６ｃ、選択した内容をキャンセルしたり前の処理に戻ったりするキャンセルボタン５６ｄなどを備えている。

なお、操作スイッチ５６は、モニタ５５に表示される内容の操作を行えれば良いため、上記の構成に限られるものではなく、例えば、回転スイッチを回転および押下することにより選択や決定を行うよう構成を採用しても良い。

車体コントローラ４９は、油圧ショベル１００全体の動作を制御するものであり、油圧ポンプ４１の吸収馬力が所定の値になるようにＰ−Ｑ等馬力曲線（油圧ポンプ４１の吐出圧と吐出流量の関係を示す特性線）に従ってエンジン２２の回転数や油圧ポンプ４１の吐出流量を制御する。

図３は、車体コントローラを示す機能ブロック図である。また、図４は、ポンプトルク制御指令補正部の処理内容を示す図である。

図３において、車体コントローラ４９は、動作状態判定部６１、稼動時間記憶部６２、燃料消費量記憶部６３、入出力制御部６４、期間設定部６５、動作割合算出部６６、目標燃費低減係数算出部６７、目標燃費低減率設定部６８、ポンプ出力低減率算出部６９、パラメータ記憶部７０、モード設定部７１、ポンプトルク制御指令補正部７２、及び、ポンプトルク指令生成部７３を有している。

動作状態判定部６１は、圧力センサ（操作量検出装置）５３ａ，５３ｂで検出される操作レバー装置５０の操作量に基づいて、油圧ショベル１００の動作状態を判定し、判定結果をポンプトルク制御指令補正部７２に出力する。油圧ショベル１００の動作状態は、操作レバー装置５０のそれぞれの操作の有無や操作量に基づいて定められる。すなわち、より具体的には、油圧ショベル１００の動作状態は、アイドル状態や、フロント装置３０による掘削等の動作（フロント動作）、旋回動作、走行動作などの作業内容と、操作レバー装置５０の操作量とにより定義されており、本実施の形態においては、各動作状態が動作状態Ａ、動作状態Ｂ、動作状態Ｃ、及び、その他の動作状態の４つのグループに分けられて定義されている（後の図４等参照）。例えば、動作状態Ａとしては、走行操作がなされた状態（走行動作）と、フロント動作又は旋回動作のレバー操作がなされた状態であって、レバー操作量が予め定めたレバー操作量大閾値以上である動作状態（以降、旋回動作と併せてフロント動作レバー操作量大と称する）とが定義されている。同様に、動作状態Ｂとしては、フロント動作又は旋回動作のレバー操作がなされた状態であって、レバー操作量が予め定めたレバー操作量大閾値未満で、かつ、レバー操作量が予め定めたレバー操作量小閾値よりも大きい動作状態（以降、旋回動作と併せてフロント動作レバー操作量中と称する）が定義され、動作状態Ｃとしては、フロント動作又は旋回動作のレバー操作がなされた状態であって、レバー操作量が予め定めたレバー操作量小閾値以下である動作状態（以降、旋回動作と併せてフロント動作レバー操作量小と称する）が定義されている。また、その他の動作状態としては、走行動作やフロント動作、旋回動作のレバー操作がなされていないアイドル状態などが定義される。

稼動時間記憶部６２は、動作状態判定部６１で判定された各動作状態の稼動時間を記憶するものであり、車体コントローラ４９に内蔵された時計機能（図示せず）による各時刻における動作状態を記憶する。稼動時間記憶部６２に記憶された各時刻における動作状態の情報は、動作割合算出部６６に出力される。

燃料消費量記憶部６３は、エンジンコントローラ２５で制御されるエンジン２２の燃料消費量を記憶するものであり、車体コントローラ４９に内蔵された時計機能（図示せず）による各時刻における燃料消費量を記憶する。燃料消費量記憶部６３に記憶された各時刻における燃料消費量の情報は、動作割合算出部６６に出力される。

入出力制御部６４は、モニタ５５への各種設定画面の表示や、操作スイッチ５６やレバースイッチ５８からの入力信号に基づくモニタ５５の表示の変更、操作スイッチ５６やレバースイッチ５８により入力される各種設定情報の出力等を行うものであり、入力装置である操作スイッチ５６やレバースイッチ５８、表示装置であるモニタ５５などと共に、オペレータへの情報の提示やオペレータからの入力を制御するＧＵＩ（Graphical User Interface）を構成している。なお、本実施の形態においては、モニタ５５と操作スイッチ５６とを別体とする場合を例示したが、これらの機能をタッチパネルで構成しても良い。

動作割合算出部６６は、稼動時間記憶部６２からの各時刻における動作状態の情報と燃料消費量記憶部６３からの各時刻における燃料消費量の情報とに基づいて、期間設定部６５で設定された期間（設定期間）における、動作状態判定部６１で判定された動作状態ごとのエンジン２２による燃料消費量の割合、すなわち、動作状態ごとの単位時間当たりの燃料消費量である動作割合を算出するものである。期間設定部６５では、オペレータにより操作スイッチ５６で任意に入力された過去の一定の期間を設定期間として設定される。なお、期間設定部６５への設定期間の設定が成されない場合には、過去の直近の１日間（２４時間）や、過去の直近の１週間などの期間が設定期間として設定される。動作割合算出部６６では、期間設定部６５で設定された設定期間について、動作状態ごとの燃料消費量を積算することによって動作割合を算出し、目標燃費低減係数算出部６７に出力する。また、動作割合算出部６６で算出された動作割合は、入出力制御部６４を介してモニタ５５に表示され、オペレータは設定期間に応じてどのような動作割合が算出されたかを確認することができる。

図５〜図７は、動作割合の例を示す図であり、図５は動作割合１を、図６は動作割合２を、図７は動作割合３をそれぞれ例示する図である。

図５において、動作割合１は、期間設定部６５で設定された設定期間において、アイドル状態、走行動作、フロント動作レバー操作量大、フロント動作レバー操作量中、及び、フロント動作レバー操作量小の各動作（状態）の偏りが比較的少ない動作割合を示している。また、図６において、動作割合２は、動作割合１と比較して設定期間におけるアイドル状態における燃料消費量の割合が多く、また、フロント動作レバー操作量大の動作の割合が少ない動作割合を示している。すなわち、動作割合２のような動作割合を示す場合は、設定期間において負荷の小さい作業を少量行うような比較的作業負荷の軽い作業を行った場合であるといえる。また、図７において、動作割合３は、動作割合２と比較して設定期間におけるフロント動作レバー操作量中の動作の割合が少なく、また、フロント動作レバー操作量大の動作の割合が大きい動作割合を示している。すなわち、動作割合３のような動作割合を示す場合は、設定期間においてフロント動作による掘削や旋回動作による積み込みなどの負荷の大きい作業（動作状態がフロント動作レバー操作量大である作業）を多く行うような比較的作業負荷の重い作業を行った場合であるといえる。

目標燃費低減係数算出部６７は、動作割合算出部６６で算出された動作割合に基づき、予め経験的に設定されてパラメータ記憶部７０に記憶された目標燃費低減係数算出テーブルを用いて、目標燃費低減係数を算出する。

図８Ａは、目標燃費低減係数と燃費低減度合との関係の一例及び各目標燃費低減係数の関係の一例を示す図であり、図８Ｂは目標燃費低減係数算出テーブルの一例を示す図である。また、図９は、目標燃費低減係数算出部における目標燃費低減係数算出処理を示すフローチャートである。

図８Ｂに示すように、目標燃費低減係数算出テーブルは、各動作状態に対する目標燃費低減係数を動作割合ごとに定めたものである。例えば、図８Ｂにおいて、動作割合１の場合には、動作状態が走行動作の目標燃費低減係数はＡとなり、動作状態がフロント動作レバー操作量大の目標燃費低減係数はＡとなり、動作状態がフロント動作レバー操作量中の目標燃費低減係数はＢとなり、動作状態がフロント動作レバー操作量小の目標燃費低減係数はＣとなる。同様に、図８Ｂにおいて、動作割合２の場合には、動作状態が走行動作の目標燃費低減係数はＡとなり、動作状態がフロント動作レバー操作量大の目標燃費低減係数はＡとなり、動作状態がフロント動作レバー操作量中の目標燃費低減係数はＢ’となり、動作状態がフロント動作レバー操作量小の目標燃費低減係数はＣ’となる。また、図８Ｂにおいて、動作割合３の場合には、動作状態が走行動作の目標燃費低減係数はＡとなり、動作状態がフロント動作レバー操作量大の目標燃費低減係数はＡ’となり、動作状態がフロント動作レバー操作量中の目標燃費低減係数はＢ’となり、動作状態がフロント動作レバー操作量小の目標燃費低減係数はＣ’となる。

図８Ｂに示した各目標燃費係数Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’，Ｃ，Ｃ’は、例えば、図８Ａに示すような関係、すなわち、Ａ＜Ａ’＜Ｂ＜Ｂ’＜Ｃ＜Ｃ’の関係が成り立つように設定される。後述するように、最終的な燃費低減度合は、目標燃費係数が大きくなるに応じて大きくなる。また、目標燃費係数Ａの場合の燃費低減度合と目標燃費係数Ａ’の場合の燃費低減度合の差の大きさをΔＡ、目標燃費係数Ｂの場合の燃費低減度合と目標燃費係数Ｂ’の場合の燃費低減度合の差の大きさをΔＢ、目標燃費係数Ｃの場合の燃費低減度合と目標燃費係数Ｃ’の場合の燃費低減度合の差の大きさをΔＣとすると、ΔＡ＜ΔＢ＜ΔＣの関係が成り立つように各目標燃費係数Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’，Ｃ，Ｃ’は設定される。

例えば、フロント動作レバー操作量大の動作状態については燃費を低減させることに伴う作業速度の低下への影響が大きいので、このことをオペレータが鑑みた場合には、オペレータは（例えば、動作割合１に対して）、フロント動作レバー操作量小、又は、フロント動作レバー操作量中における燃費低減割合（すなわち、目標燃費低減係数）を増加させるため、動作割合算出部６６において動作割合２が出力されるような設定期間を設定すれば良い。

なお、動作割合３においては、アイドル状態とフロント動作レバー操作量大の動作状態が占める割合が大きい分、フロント動作レバー操作量小やフロント動作レバー操作量中が占める割合が小さくなり、フロント動作レバー操作量小やフロント動作レバー操作量中の動作状態で燃料を低減しただけでは燃費低減の効果としては不十分である可能性があるので、フロント動作レバー操作量大の動作状態においても燃費低減割合（すなわち、目標燃費低減係数）を動作割合１，２より増加させている。ただし、図８Ａに示したように、フロント動作レバー操作量大の動作状態においては燃費を低減させることに伴う作業速度の低下への影響が大きいので、フロント動作レバー操作量小やフロント動作レバー操作量中の動作状態の燃費低減割合（すなわち、目標燃費低減係数）よりもフロント動作レバー操作量大の動作状態の燃費低減割合（すなわち、目標燃費低減係数）を小さく設定している。

また、走行動作もフロント動作レバー操作量大の動作状態と同様に、燃費を低減させることに伴う作業速度の低下への影響が大きいので、上述した実施例におけるフロント動作レバー操作量大のときと同様の目標燃費低減係数を設定することが考えられる。

図９において、目標燃費低減係数算出部６７は、まず、動作割合算出部６６で算出された動作割合について、アイドル状態の動作割合が動作割合全体の３０％以上であるかどうかを判定し（ステップＳ１００）、判定結果がＹＥＳの場合には、フロント動作レバー操作量大の動作割合が動作割合全体の３０％以上であるかどうかを判定する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０での判定結果がＹＥＳの場合には、動作割合算出部６６で算出された動作割合が動作割合１から動作割合３のうち最も近いのは動作割合３であると判定し、目標燃費低減係数算出テーブルの動作割合３に対応する目標燃費低減係数をポンプ出力低減率算出部６９に出力する（ステップＳ１１１）。また、ステップＳ１１０での判定結果がＮＯの場合には、動作割合算出部６６で算出された動作割合が動作割合１から動作割合３のうち最も近いのは動作割合２であると判定し、目標燃費低減係数算出テーブルの動作割合２に対応する目標燃費低減係数をポンプ出力低減率算出部６９に出力する（ステップＳ１１２）。

また、ステップＳ１００での判定結果がＮＯの場合、すなわち、動作割合算出部６６で算出された動作割合のアイドル状態の動作割合が動作割合全体の３０％未満である場合には、動作割合算出部６６で算出された動作割合が動作割合１から動作割合３のうち最も近いのは動作割合１であると判定し、目標燃費低減係数算出テーブルの動作割合１に対応する目標燃費低減係数をポンプ出力低減率算出部６９に出力する（ステップＳ１０１）。

ポンプ出力低減率算出部６９は、目標燃費低減係数算出部６７で算出された目標燃費低減係数に基づき、予め定められてパラメータ記憶部７０に記憶されたポンプ出力低減率基本値算出テーブル（図１０参照）、ポンプ出力低減率算出テーブル（図１１参照）、及び、燃費低減率下限値Ｚと、目標燃費低減率設定部６８で設定された目標燃費低減率Ｙとを用いてポンプトルク低減率を算出し、ポンプトルク制御指令補正部７２に出力する。目標燃費低減率設定部６８では、オペレータにより操作スイッチ５６で任意に入力された目標燃費が目標燃費低減率として設定される。

図１０は、ポンプ出力低減率基本値算出テーブルの一例を示す図である。また、図１１は、ポンプ出力低減率算出テーブルの一例を示す図である。なお、図１１においては、目標燃費低減係数算出部６７で図８Ｂにおける動作割合１の目標燃費低減係数が算出された場合を例示している。

ポンプ出力低減率算出部６９では、まず、図１０に示したポンプ出力低減率基本値算出テーブルにより、目標燃費低減係数算出部６７で算出された目標燃費低減係数に基づいて、ポンプ出力低減率基本値を算出する。このとき、ポンプ出力低減率基本値算出テーブルの傾きＸが、図１１のポンプ出力低減率算出テーブルの目標燃費低減係数−ポンプ出力低減率基本値比率Ｘとなる。

続いて、ポンプ出力低減率算出部６９では、図１１に示したポンプ出力低減率算出テーブルのように、動作状態ごとにポンプ出力低減係数を算出し、ポンプ出力低減係数の値に応じてポンプ出力低減率を算出する。すなわち、目標燃費低減係数に目標燃費低減率を燃費低減率下限値で除したものを乗じてポンプ出力低減係数を算出し、ポンプ出力低減係数が１未満である場合には、ポンプ出力低減率に目標燃費低減係数−ポンプ出力低減率基本値比率を乗じてポンプ出力低減率を算出し、ポンプ出力低減係数が１以上である場合にはポンプ出力低減率を１とする。

具体的には、図１１に例示した走行動作、フロント動作レバー操作量大、フロント動作レバー操作量中、フロント動作レバー操作量小の各動作状態に応じてポンプ出力低減率を以下のように算出する。
＜動作状態：走行動作＞
Ａ×Ｙ÷Ｚ＜１の場合：Ａ１＝Ａ×Ｙ÷Ｚ×Ｘ
Ａ×Ｙ÷Ｚ≧１の場合：Ａ１＝１
＜動作状態：フロント動作レバー操作量大＞
Ａ×Ｙ÷Ｚ＜１の場合：Ａ１＝Ａ×Ｙ÷Ｚ×Ｘ
Ａ×Ｙ÷Ｚ≧１の場合：Ａ１＝１
＜動作状態：フロント動作レバー操作量中＞
Ｂ×Ｙ÷Ｚ＜１の場合：Ｂ１＝Ｂ×Ｙ÷Ｚ×Ｘ
Ｂ×Ｙ÷Ｚ≧１の場合：Ｂ１＝１
＜動作状態：フロント動作レバー操作量小＞
Ｃ×Ｙ÷Ｚ＜１の場合：Ｃ１＝Ｃ×Ｙ÷Ｚ×Ｘ
Ｃ×Ｙ÷Ｚ≧１の場合：Ｃ１＝１
ポンプトルク制御指令補正部７２は、ポンプ出力低減率算出部６９で動作状態ごとに算出されたポンプ出力低減率（本実施の形態では、Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）と、動作状態判定部６１で判定された動作状態（本実施の形態では、走行動作、フロント動作レバー操作量大、フロント動作レバー操作量中、フロント動作レバー操作量小）と、モード設定部７１で設定された省燃費モードの有効又は無効の設定とに基づいて、ポンプトルク指令生成部７３からトルク制御電磁弁４５に出力されるポンプトルク指令値を補正する。

モード設定部７１では、オペレータにより操作スイッチ５６で入力された省燃費モードの有効又は無効の設定、或いは、省燃費モードの一時解除スイッチであるレバースイッチ５８で入力された省燃費モードの無効の設定が省燃費モードの状態として設定される。

図１２は、省燃費モードの有効（ＯＮ）又は無効（ＯＦＦ）の設定処理を示すフローチャートである。

図１２において、モード設定部７１では、モニタ５５に表示される設定画面（図示せず）等を参照してオペレータが操作スイッチ５６により省燃費モードの有効の設定を入力したかどうかを判定し（ステップＳ２００）、判定結果がＮＯの場合には、省燃費モードを無効（ＯＦＦ）に設定してポンプトルク制御指令補正部７２に出力する（ステップＳ２０１）。また、ステップＳ２００での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、省燃費モードの有効の設定が入力された場合には、一時解除スイッチであるレバースイッチ５８が操作されたかどうかを判定し（ステップＳ２１０）、判定結果がＮＯの場合には、省燃費モードを有効（ＯＮ）に設定してポンプトルク制御指令補正部７２に出力する（ステップＳ２１１）また、ステップＳ２１０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、レバースイッチ５８が操作されたと判定された場合には、レバースイッチ５８が操作されてから所定の期間（例えば、１０秒）が経過したかどうかを判定し（ステップＳ２２０）、判定結果がＮＯの場合には、判定結果がＹＥＳになるまで、すなわち、レバースイッチ５８が操作されてから所定時間（例えば、１０秒）が経過するまで省燃費モードを無効（ＯＦＦ）に設定してポンプトルク制御指令補正部７２に出力する（ステップＳ２２１）。また、ステップＳ２２０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、レバースイッチ５８が操作されてから所定時間（例えば、１０秒）が経過した場合には、省燃費モードを吸光（ＯＮ）に設定してポンプトルク制御指令補正部７２に出力する（ステップＳ２１１）。

図４において、ポンプトルク制御指令補正部７２は、動作状態選択機能部７２ａと、省燃費モード選択機能部７２ｂと、ポンプ出力低減率積算機能部７２ｃとを有している。

動作状態選択機能部７２ａは、ポンプ出力低減率算出部６９で動作状態ごとに算出された複数のポンプ出力低減率のうち、何れのポンプ出力低減率を用いるかを動作状態判定部６１の判定結果に基づいて選択する。すなわち、動作状態選択機能部７２ａは、例えば、動作状態判定部６１の判定結果が動作状態Ａである場合にはポンプ出力低減率算出部６９で動作状態Ａに対して算出されたポンプ出力低減率Ａ１を選択する。同様に、動作状態判定部６１の判定結果が動作状態Ｂである場合にはポンプ出力低減率算出部６９で動作状態Ｂに対して算出されたポンプ出力低減率Ｂ１を、動作状態判定部６１の判定結果が動作状態Ｃである場合にはポンプ出力低減率算出部６９で動作状態Ｃに対して算出されたポンプ出力低減率Ｃ１をそれぞれ選択する。なお、動作状態判定部６１の判定結果がその他の動作状態である場合には、予め定めて定数記憶部７２ｄに記憶したポンプ出力低減率「１」を選択する。

省燃費モード選択機能部７２ｂは、動作状態選択機能部７２ａで選択されたポンプ出力低減率を有効とするかどうかをモード設定部７１の設定に基づいて選択する。すなわち、省燃費モード選択機能部７２ｂは、例えば、モード設定部７１の設定が省燃費モードの有効（ＯＮ）である場合には動作状態選択機能部７２ａで選択されたポンプ出力低減率を選択し、モード設定部７１の設定が省燃費モードの無効（ＯＦＦ）である場合には予め定めて定数記憶部７２ｅに記憶したポンプ出力低減率「１」を選択する。

ポンプ出力低減率積算機能部７２ｃは、省燃費モード選択機能部７２ｂで選択されたポンプ出力低減率を、ポンプトルク指令生成部７３で生成されたポンプトルク指令値（基本値）に積算することにより補正してポンプトルク指令値（補正値）とし、トルク制御電磁弁４５に出力する。

以上のように構成した本実施の形態の作用効果を説明する。

図１３は、省燃費モードにおける油圧ポンプのＰ−Ｑ等馬力曲線の変化の一例を示す図である。

本実施の形態に係る油圧ショベル１００においては、運転室５７に設けられた操作スイッチ５６によって省燃費モードを有効（ＯＮ）にすることで、作業状態に応じて油圧ポンプ４１の吸収馬力を減少させることによって単位時間あたりの燃料消費量（所謂、燃費）を抑制する省燃費モードに移行する。このとき、図１３に示すように、油圧ポンプ４１のポンプ吐出圧力Ｐとポンプ吐出流量Ｑの積が通常運転時よりも小さな所定の一定値となる省燃費モード用のＰ−Ｑ等馬力曲線に基づいて油圧ポンプ４１を制御するので、通常運転時よりも油圧アクチュエータ２３，３２，３４，３６の出力を抑制させることがで、単位時間当たりの燃料消費量を抑制することができる。

また、省燃費モードでは、油圧ショベル１００の動作状態ごとの単位時間当たりの燃料消費量である動作割合を算出し、この動作割合を用いて目標燃費低減係数を算出し、目標燃費低減係数を用いてポンプトルク指令の補正に用いるポンプ出力低減率の算出を行い、油圧ショベル１００の動作状態に応じてポンプ出力低減率を選択して用いる。このとき、省燃費モードにおいても可能な限り作業速度を低下させたくない動作状態（例えば、走行動作やフロント動作レバー操作量大）などについては、省燃費モードにおいてもポンプ出力の低減を必要最小限にして油圧ショベル１００の作業現場における最大作業速度の低下をできるだけ抑制するようにし、他の作業状態（例えば、フロント動作レバー操作量中やフロント動作レバー操作量小）でポンプ出力の低減を行うようにすることができる。すなわち、動作状態に応じて燃料消費量の抑制と最大作業速度の低減とのバランスを考慮して省燃費モードでのポンプ出力低減率の算出を行うことができるので、作業効率の低下を抑制しつつ省燃費モードにおいて燃費を抑制することができる。

また、オペレータにより操作スイッチ５６で任意に入力された過去の一定の期間を設定期間として設定し、この設定期間に基づいて動作割合を算出するので、油圧ショベル１００の現在の作業内容に近い、より適切な動作割合を算出することができるので、省燃費モードにおける燃費の抑制をより精度良く行うことができる。

また、省燃費モードにおいて、オペレータにより省燃費モードの一時解除スイッチであるレバースイッチ５８で省燃費モードの無効の設定が入力された場合には、所定の時間（例えば、１０秒）だけ省燃費モードを無効とするので、通常運転時の最大作業速度が必要な場面では、レバースイッチ５８の操作によって一時的に省燃費モードを解除することができ、作業の利便性を出来るだけ損なうことなく、また、作業効率の低下をより精度良く抑制しつつ、省燃費モードにおける燃費の抑制をより精度良く行うことができる。

次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。

（１）上記の実施の形態では、原動機（例えば、エンジン２２）と、前記原動機により駆動される１つ以上の可変容量型の油圧ポンプ４１と、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６、旋回モータ２３、及び、左右の走行モータ１１）と、前記複数のアクチュエータをそれぞれ操作するための複数の操作装置（例えば、操作レバー装置５０）と、前記複数の操作装置から出力される操作信号に基づいて前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量をそれぞれ制御する流量制御弁（例えば、コントロールバルブ４２）と、前記操作装置から出力される操作信号を検出する操作量検出装置（例えば、圧力センサ５３ａ，５３ｂ）と、前記油圧ポンプの動作を前記油圧ポンプの吸収馬力が所定の値になるように前記油圧ポンプにおける吐出圧と吐出流量の関係を示した特生線に従って制御するためのポンプトルク指令値を出力する車体コントローラ４９とを備えた作業機械において、前記車体コントローラは、前記複数の操作装置のそれぞれの操作の有無や操作量に基づいて定められる前記作業機械の動作状態の割合である動作割合を算出する動作割合算出部６６と、前記動作割合算出部で算出された前記動作割合に基づいて、前記複数の操作装置の操作量ごとに目標燃費低減係数を算出する目標燃費低減係数算出部６７と、予め入力された目標燃費低減率と前記目標燃費低減係数算出部で算出された前記目標燃費低減係数とに基づいて、前記複数の操作装置の操作量ごとにポンプ出力低減率を算出するポンプ出力低減率算出部６９と、前記操作量検出装置で検出された前記操作装置の操作信号に基づいて、前記複数の油圧アクチュエータの動作状態をそれぞれ判定する動作状態判定部６１と、前記動作条件判定部の判定結果に基づいて、前記ポンプ出力低減率算出部で算出された前記複数のポンプ出力低減率のうちの１つを選択的に設定し、設定した前記ポンプ出力低減率に基づいて前記ポンプトルク指令値を補正するポンプトルク制御指令補正部７２とを有するものとした。

これにより、作業速度の低下を抑制しつつ燃料消費量を抑制することができる。

（２）また、上記の実施の形態では、（１）の作業機械において、オペレータによる入力装置（例えば、操作スイッチ５６）の操作に基づいて、過去の一定の期間を設定する期間設定部６５を備え、前記車体コントローラ４９の動作割合算出部６６は、前記期間設定部で設定された期間に基づいて前記動作割合を算出するものとした。

これにより、より適切な動作割合を算出することができ、省燃費モードにおける燃費の抑制をより精度良く行うことができる。

（３）また、上記の実施の形態では、（１）の作業機械において、前記操作装置（例えば、操作レバー装置５０）と並行しての操作が可能な一時解除スイッチ（例えば、レバースイッチ５８）を備え、前記車体コントローラ４９のポンプトルク制御指令補正部７２は、前記一時解除スイッチが操作された場合に前記ポンプトルク指令補正部による前記ポンプトルク指令値の補正を無効にするものとした。

これにより、作業の利便性を出来るだけ損なうことなく、また、作業効率の低下をより精度良く抑制しつつ、省燃費モードにおける燃費の抑制をより精度良く行うことができる。

＜付記＞
なお、上記の実施の形態においては、エンジン等の原動機で油圧ポンプを駆動する一般的な油圧ショベルを例に挙げて説明したが、油圧ポンプをエンジン及びモータで駆動するハイブリッド式の油圧ショベルや、油圧ポンプをモータのみで駆動する電動式の油圧ショベル等にも本発明が適用可能であることは言うまでもない。

また、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

１０…下部走行体、１１…走行モータ、１１…油圧アクチュエータ、２０…上部旋回体、２１…旋回フレーム、２２…エンジン、２２ａ，２５ａ，４５ａ，５０ａ，５０ｂ，５３ｆ，５３ｇ，５５ａ，５６ｅ，５８ａ…信号路、２３…旋回モータ、２４…ガバナ、２５…エンジンコントローラ、３０…フロント装置、３１…ブーム、３２…ブームシリンダ、３３…アーム、３４…アームシリンダ、３５…バケット、３６…バケットシリンダ、４０…油圧回路システム、４１…油圧ポンプ、４２…コントロールバルブ（流量制御弁）、４３ａ，４３ｂ…油圧アクチュエータ、４４…パイロットポンプ、４５…トルク制御電磁弁、４６…レギュレータ、４９…車体コントローラ、５０…操作レバー装置（操作装置）、５３ａ，５３ｂ…圧力センサ（操作量検出装置）、５５…モニタ（表示装置）、５６…操作スイッチ、５６ａ…方向指示ボタン、５６ｂ…方向指示ボタン、５６ｃ…決定ボタン、５６ｄ…キャンセルボタン、５７…運転室（キャブ）、５８…レバースイッチ（一時解除スイッチ）、６１…動作状態判定部、６２…稼動時間記憶部、６３…燃料消費量記憶部、６４…入出力制御部、６５…期間設定部、６６…動作割合算出部、６７…目標燃費低減係数算出部、６８…目標燃費低減率設定部、６９…ポンプ出力低減率算出部、７０…パラメータ記憶部、７１…モード設定部、７２…ポンプトルク制御指令補正部、７２ａ…動作状態選択機能部、７２ｂ…省燃費モード選択機能部、７２ｃ…ポンプ出力低減率積算機能部、７２ｄ…定数記憶部、７２ｅ…定数記憶部、７３…ポンプトルク指令生成部、１００…油圧ショベル

Claims (3)

1. 原動機と、
   前記原動機により駆動される１つ以上の可変容量型の油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、
   前記複数のアクチュエータをそれぞれ操作するための複数の操作装置と、
   前記複数の操作装置から出力される操作信号に基づいて前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量をそれぞれ制御する流量制御弁と、
   前記操作装置から出力される操作信号を検出する操作量検出装置と、
   前記油圧ポンプの動作を前記油圧ポンプの吸収馬力が所定の値になるように前記油圧ポンプにおける吐出圧と吐出流量の関係を示した特生線に従って制御するためのポンプトルク指令値を出力する車体コントローラとを備えた作業機械において、
   前記車体コントローラは、
   前記複数の操作装置のそれぞれの操作の有無や操作量に基づいて定められる前記作業機械の動作状態の割合である動作割合を算出する動作割合算出部と、
   前記動作割合算出部で算出された前記動作割合に基づいて、前記複数の操作装置の操作量ごとに目標燃費低減係数を算出する目標燃費低減係数算出部と、
   予め入力された目標燃費低減率と前記目標燃費低減係数算出部で算出された前記目標燃費低減係数とに基づいて、前記複数の操作装置の操作量ごとにポンプ出力低減率を算出するポンプ出力低減率算出部と、
   前記操作量検出装置で検出された前記操作装置の操作信号に基づいて、前記複数の油圧アクチュエータの動作状態をそれぞれ判定する動作条件判定部と、
   前記動作条件判定部の判定結果に基づいて、前記ポンプ出力低減率算出部で算出された前記複数のポンプ出力低減率のうちの１つを選択的に設定し、設定した前記ポンプ出力低減率に基づいて前記ポンプトルク指令値を補正するポンプトルク制御指令補正部と
   を有することを特徴とする作業機械。
2. 請求項１記載の作業機械において、
   オペレータによる入力装置の操作に基づいて、過去の一定の期間を設定する期間設定部を備え、
   前記車体コントローラの動作割合算出部は、前記期間設定部で設定された期間に基づいて前記動作割合を算出することを特徴とする作業機械。
3. 請求項１記載の作業機械において、
   前記操作装置と並行しての操作が可能な一時解除スイッチを備え、
   前記車体コントローラのポンプトルク制御指令補正部は、前記一時解除スイッチが操作された場合に前記ポンプトルク指令値の補正を無効にすることを特徴とする作業機械。

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