JP2020172792A - 作業機械および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費を改善できる作業機械および制御方法を提供する。【解決手段】ＨＳＴ回路１０は、エンジン４の駆動力を油のエネルギーに変換する油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２により変換された油のエネルギーを駆動エネルギーに変換する油圧モータ３とを有している。圧力センサ１１ａ、１１ｂは、ＨＳＴ回路１０内の油の圧力を検知する。可変チャージポンプ１は、ＨＳＴ回路１０に油を補充する。コントローラ６は、圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力に基づいて可変チャージポンプ１の容量を制御する。【選択図】図２

Description

本開示は、作業機械および制御方法に関するものである。

従来から変速機の１種として静油圧式無段変速機（ＨＳＴ：Hydraulic Static Transmission）が知られている。ＨＳＴは、エンジンで油圧ポンプを駆動することにより発生させた圧油を油圧モータで再び回転力に変換する方式の変速機である。ＨＳＴは、上記油圧ポンプと油圧モータとを有する閉回路（ＨＳＴ回路）を有している。

米国特許出願公開第２００８／０２３８１８７号明細書（特許文献１）は、静油圧駆動部を含む油圧システムを加圧するためのチャージポンプを開示する。このチャージポンプは、無負荷状況での第１所定圧力および最大負荷状況での第２の所定圧力の２段階で動作するよう設定される。

米国特許出願公開第２００８／０２３８１８７号明細書

特許文献１に記載のチャージポンプでは、ＨＳＴ回路からの漏れ量に応じて適切に流体を補充することができない。このため馬力のロスが生じて、燃費低減が十分ではない。

本開示の目的は、燃費を改善できる作業機械および制御方法を提供することである。

作業機械は、動力源と、閉回路と、圧力センサと、可変チャージポンプと、コントローラとを備えている。閉回路は、動力源の駆動力を流体のエネルギーに変換するポンプと、ポンプにより変換された流体のエネルギーを駆動エネルギーに変換するモータとを有している。圧力センサは、閉回路内の流体の圧力を検知する。可変チャージポンプは、閉回路に流体を補充する。コントローラは、圧力センサにより検知された閉回路内の流体の圧力に基づいて可変チャージポンプの容量を制御する。

本開示によれば、燃費を改善できる作業機械および制御方法を実現することができる。

一実施の形態における作業機械の例としてブルドーザの構成を示す側面図である。 図１の作業機械に含まれる油圧駆動部の構成を示す図である。 図２に示されるコントローラの機能ブロックを示す図である。 作業機械の例としてのブルドーザが下り坂において掘削対象物に突っ込む前の様子を示す図である。 図１の作業機械の制御方法を示すフロー図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。

＜作業機械の構成＞
まず、本開示の一実施の形態における作業機械の例としてブルドーザの構成について図１を用いて説明する。なお本開示はブルドーザに限定されず、油圧ショベル、ホイールローダ、モータグレーダなどのＨＳＴ回路を有する作業機械であれば適用可能である。

図１は、一実施の形態における作業機械の例としてブルドーザの構成を示す概略側面図である。図１に示されるように、本実施の形態の作業機械２０としてのブルドーザは、履帯式走行装置２３と、車体２１と、作業機２２とを主に有している。車体２１と作業機２２とにより作業機械本体が構成されている。

車体２１は、キャブ（運転室）２８と、エンジン室２９とを有している。キャブ２８は車体２１の後上部に配置され、エンジン室２９はキャブ２８の前方に配置されている。エンジン室２９内には、エンジン４（動力源）が配置されている。

作業機２２は、ブレード２２ａ（作業具）と、フレーム２４と、チルトシリンダ２５と、昇降シリンダ２６とを主に有している。ブレード２２ａは、車体２１の前方に配置されている。ブレード２２ａは、左右両側でフレーム２４により支持されている。フレーム２４の一端はブレード２２ａの背面に回転自在の支持部により取り付けられている。フレーム２４の他端は車体２１の側面に回転自在に支持されている。

ブレード２２ａは、チルトシリンダ２５および昇降シリンダ２６によって駆動される。
チルトシリンダ２５の一端はブレード２２ａの背面に回転自在に支持されている。チルトシリンダ２５の他端はフレーム２４に回転自在に支持されている。チルトシリンダ２５の油圧による伸縮によって、ブレード２２ａはフレーム２４による支持部を中心に回動する。

昇降シリンダ２６の一端はフレーム２４の上面に回転自在に支持されている。昇降シリンダ２６の中間部は車体２１の側面に回転自在に支持されている。昇降シリンダ２６の油圧による伸縮によって、ブレード２２ａはフレーム２４の他端を中心にして上下方向に移動する。

履帯式走行装置２３は、左右１対の履帯装置を有している。左右１対の履帯装置の各々は、駆動輪（スプロケット）２３ａと、遊動輪（アイドラ）２３ｂと、履帯２３ｃと、トラックフレーム２３ｄとを主に有している。

駆動輪２３ａおよびトラックフレーム２３ｄの各々は、車体２１の側部に取り付けられている。駆動輪２３ａはトラックフレーム２３ｄの後方に回転駆動可能に配置されている。トラックフレーム２３ｄには、遊動輪２３ｂが取り付けられている。遊動輪２３ｂはトラックフレーム２３ｄのたとえば前端部に回転可能に配置されている。

履帯２３ｃは、環状（無端状）に構成されており、駆動輪２３ａおよび遊動輪２３ｂに巻きかけられている。履帯２３ｃは駆動輪２３ａに噛み合わされており、駆動輪２３ａの回転駆動により回転可能に構成されている。履帯２３ｃの回転によって、遊動輪２３ｂは履帯２３ｃに噛み合って従動回転可能である。

車体２１と作業機２２とから構成される作業機械本体は、履帯式走行装置２３により走行可能に支持されている。

駆動輪２３ａには、ＨＳＴ回路に含まれる油圧モータ３が接続されている。ＨＳＴ回路に含まれる油圧ポンプ２はエンジン室２９内に配置されている。ＨＳＴ回路に流体（たとえば油）を補充する可変チャージポンプ１はエンジン室２９内に配置されている。

＜油圧駆動部の構成＞
次に、本実施の形態における作業機械２０に含まれる油圧駆動部の構成について図２を用いて説明する。

図２は、図１の作業機械に含まれる油圧駆動部の構成を示す図である。図２に示されるように、油圧駆動部ＨＤは、エンジン４からの駆動力を変速して駆動輪２３ａに伝達する。油圧駆動部ＨＤは、可変チャージポンプ１と、油圧ポンプ２と、油圧モータ３とを主に有している。

油圧駆動部ＨＤは、ＨＳＴ回路１０を有している。ＨＳＴ回路１０は、油圧ポンプ２と油圧モータ３とを有する閉油圧回路（閉回路）である。具体的にはＨＳＴ回路１０は、油圧ポンプ２と、油圧モータ３と、第１油路（第１流路）１０ａと、第２油路（第２流路）１０ｂとにより構成されている。

第１油路１０ａは、油圧ポンプ２と油圧モータ３とを繋いでいる。第１油路１０ａは、油圧ポンプ２から吐出された油を油圧モータ３へ供給することができる。第２油路１０ｂは、第１油路１０ａとは異なる流路であり、油圧ポンプ２と油圧モータ３とを繋いでいる。第２油路１０ｂは、油圧ポンプ２から吐出された油を油圧モータ３へ供給することができる。

油圧ポンプ２は、たとえば斜板式アキシャル型のポンプであり、可変斜板２ａを有している。油圧ポンプ２の駆動軸はエンジン４の出力軸５ａに接続されている。可変斜板２ａの角度は、アクチュエータ２ｂにより無段階で連続的に制御される。アクチュエータ２ｂは、たとえばソレノイドである。

油圧ポンプ２の駆動軸は、エンジン４の駆動により回転する。これにより油圧ポンプ２は、ＨＳＴ回路１０内の油を加圧して第１油路１０ａおよび第２油路１０ｂのいずれか一方に油を吐出する。このように油圧ポンプ２は、エンジン４の駆動力を油（流体）のエネルギーに変換する。この油のエネルギーは第１油路１０ａまたは第２油路１０ｂを通じて油圧モータ３へ伝達される。

油圧モータ３は、たとえば斜板式アキシャル型のモータであり、可変斜板３ａを有している。油圧モータ３の駆動軸は駆動輪２３ａの入力軸５ｂに接続されている。可変斜板３ａの角度は、アクチュエータ３ｂにより無段階で連続的に制御される。アクチュエータ３ｂは、たとえばソレノイドである。

上述の油圧ポンプ２により変換された油のエネルギーが油圧モータ３に伝達されることにより油圧モータ３の駆動軸が回転する。油圧モータ３の駆動軸が回転することにより駆動輪２３ａの入力軸５ｂが回転する。このように油圧モータ３は、油のエネルギーを入力軸５ｂの回転エネルギー（駆動エネルギー）に変換する。この入力軸５ｂの回転により駆動輪２３ａが回転する。

ＨＳＴ回路１０では、油圧ポンプ２の可変斜板２ａと油圧モータ３の可変斜板３ａの角度を任意に変化させることにより無段変速が可能となる。

油圧駆動部ＨＤにおいては、ＨＳＴ回路１０の動作によりＨＳＴ回路１０内の油に発熱、汚れなどが生じる。このためＨＳＴ回路１０内の油を冷却、清掃などする必要がある。

具体的には、たとえば油圧モータ３からＨＳＴ回路１０内の油がＨＳＴ回路１０外へ取り出される。ＨＳＴ回路１０外に取り出された油は、オイルクーラ７により冷却された後にタンク１８へ流入する。タンク１８内の油は、可変チャージポンプ１により汲み上げられてＨＳＴ回路１０内へ補充される。可変チャージポンプ１からＨＳＴ回路１０内へ補充される際に、油はフィルタ８により清掃される。このようにしてＨＳＴ回路１０内の油は冷却、清掃などされる。

可変チャージポンプ１は、たとえば斜板式アキシャル型のポンプであり、可変斜板１ａを有している。可変チャージポンプ１の駆動軸は、エンジン４の出力軸５ａに接続されている。可変斜板１ａの角度は、アクチュエータ１ｂにより無段階で連続的に制御される。アクチュエータ１ｂは、たとえばソレノイドである。可変チャージポンプ１においては、可変斜板１ａの角度を変更することにより、可変チャージポンプ１の容量を増減することができる。

可変チャージポンプ１の駆動軸は、エンジン４の駆動により回転する。これにより可変チャージポンプ１は、タンク１８から油を汲み上げてＨＳＴ回路１０に油を供給する。具体的には可変チャージポンプ１は、タンク１８から汲み上げた油を第１油路１０ａおよび第２油路１０ｂの各々へ補充する。

ＨＳＴ回路１０には、可変チャージポンプ１から第１油路１０ａに油を補充する流路にバルブ９ａが配置されている。また可変チャージポンプ１から第２油路１０ｂに油を補充する流路にバルブ９ｂが配置されている。バルブ９ａ、９ｂの各々は、ＨＳＴ回路１０を閉回路にするためのチェックバルブであってもよく、またＨＳＴ回路１０の圧力上昇を制限するリリーフバルブであってもよく、また上記チェックバルブおよびリリーフバルブの双方であってもよい。

ＨＳＴ回路１０には、ＨＳＴ回路１０内の油の圧力を検知する圧力センサ１１ａ、１１ｂが設けられている。圧力センサ１１ａ、１１ｂは、第１圧力センサ１１ａと、第２圧力センサ１１ｂとを有している。第１圧力センサ１１ａは第１油路１０ａに配置されている。第１圧力センサ１１ａは第１油路１０ａの油の圧力を検知する。第２圧力センサ１１ｂは第２油路１０ｂに配置されている。第２圧力センサ１１ｂは第２油路１０ｂの油の圧力を検知する。

第１圧力センサ１１ａおよび第２圧力センサ１１ｂの各々は、コントローラ６に電気的に接続されている。これにより第１圧力センサ１１ａにより検知された第１流路１０ａにおける油圧の検知信号はコントローラ６に入力される。また第２圧力センサ１１ｂにより検知された第２流路１０ｂにおける油圧の検知信号は、コントローラ６に入力される。

ＨＳＴ回路１０には、エンジン４の回転数を検知する回転センサ１４が設けられている。回転センサ１４は、出力軸５ａの回転数を検知する回転センサ１４であってもよく、可変チャージポンプ１の駆動軸の回転数を検知する回転センサであってもよい。また回転センサ１４は、油圧ポンプ２の駆動軸の回転数を検知する回転センサであってもよい。

上記回転センサ１４は、コントローラ６に電気的に接続されている。これにより回転センサ１４により検知された出力軸５ａにおける回転数の検知信号は、コントローラ６に入力される。

油圧駆動部ＨＤには、ＨＳＴ回路１０内の油の温度を検知する温度センサ１３が設けられている。温度センサ１３は、たとえばタンク１８と可変チャージポンプ１とを接続する油路に配置されている。上記温度センサ１３は、コントローラ６に電気的に接続されている。これにより温度センサ１３により検知される上記油路における温度の検知信号は、コントローラ６に入力される。

また可変チャージポンプ１は、アクチュエータ（チルトシリンダ２５、昇降シリンダ２６）の駆動回路にパイロット圧を与えるように接続されていてもよい。この場合、アクチュエータ２５、２６の駆動を制御する方向制御弁４１に可変チャージポンプ１が接続される。

油圧駆動部ＨＤには、上記方向制御弁４１に与えられるパイロット圧を検知するパイロット圧センサ１２が設けられている。パイロット圧センサ１２は、可変チャージポンプ１と方向制御弁４１とを接続する油路に配置されている。パイロット圧センサ１２は、コントローラ６に電気的に接続されている。これによりパイロット圧センサ１２により検知されたパイロット圧の検知信号は、コントローラ６に入力される。

また可変チャージポンプ１から吐出される油の流路には、リリーフバルブ９ｃが配置されている。リリーフバルブ９ｃにより、可変チャージポンプ１から方向制御弁４１に与えられるパイロット圧が設定圧以上にならないように調整されている。

また作業機械２０（図１）には、傾斜角度センサ１７が取り付けられている。傾斜角度センサ１７は、水平面に対する作業機械２０の傾斜角度を検知する。傾斜角度センサ１７は、コントローラ６に電気的に接続されている。これにより傾斜角度センサ１７により検知された作業機械２０における傾斜角度の検知信号は、コントローラ６に入力される。

また作業機械２０のキャブ２８（図１）内には、走行レバー１６が配置されている。走行レバー１６は、オペレータによる操作を受け付ける。走行レバー１６は、たとえば走行における前進、後進、中立のいずれかの状態を選択できるように構成されている。

走行レバー１６は、コントローラ６に電気的に接続されている。これにより走行レバー１６により選択された前進、後進、中立のいずれかの状態を示す検知信号は、コントローラ６に入力される。

＜コントローラ６の機能ブロック＞
次に、図２に示すコントローラ６の機能ブロックについて図３および図４を用いて説明する。

図３は、図２に示されるコントローラの機能ブロックを示す図である。図４は、作業機械の例としてのブルドーザが下り坂において掘削対象物に突っ込む前の様子を示す図である。

図３に示されるように、コントローラ６は、漏れ量推定部３１と、供給量計算部３２と、チャージポンプ容量計算部３３と、チャージポンプ容量決定部３４と、チャージポンプ容量指令部３５と、チャージポンプ効率計算部３６と、最低チャージポンプ容量設定部３７と、記憶部３８とを有している。

漏れ量推定部３１は、ＨＳＴ回路１０内における油の冷却および／または清掃のためにＨＳＴ回路１０から取り出す油の量（以下、「漏れ量」と称する）を推定する。漏れ量推定部３１は、圧力センサ１１ａ、１１ｂから圧力信号を受け取ると、記憶部３８内の情報を参照する。

記憶部３８には、ＨＳＴ回路１０内の油の圧力と漏れ量との関係を示すＨＳＴ圧−漏れ量テーブルが記憶されている。漏れ量推定部３１は、記憶部３８のＨＳＴ圧−漏れ量テーブルを参照して、圧力センサ１１ａ、１１ｂから受け取った圧力信号に基づいて漏れ量を推定する。漏れ量推定部３１により推定された漏れ量は、供給量計算部３２へ出力される。

供給量計算部３２は、ＨＳＴ回路１０へ供給（補充）する油の量を計算する。供給量計算部３２は、漏れ量推定部３１から漏れ量の情報を受け取ると、記憶部３８の情報を参照する。

記憶部３８には、油圧ポンプ２（図２）の応答遅れを考慮した安全率が記憶されている。安全率は、走行レバー１６が前進、後進、中立の各々の状態において設定されている。

供給量計算部３２は、漏れ量推定部３１から受け取った漏れ量の情報に安全率を乗じることにより供給量を計算する（供給量＝漏れ量×安全率）。供給量計算部３２により計算された供給量は、チャージポンプ容量計算部３３へ出力される。

回転センサ１４により検知されたエンジン４の回転数は、チャージポンプ容量計算部３３へ出力される。このエンジン４の回転数は、上記のとおり出力軸５ａの回転数、可変チャージポンプ１の駆動軸の回転数であってもよい。またエンジン４の回転数は、油圧ポンプ２の駆動軸の回転数であってもよい。

また、回転センサ１４により検知されたエンジン４の回転数は、チャージポンプ効率計算部３６へ出力される。チャージポンプ効率計算部３６は、回転センサ１４からエンジン４の回転数の情報を受け取ると、記憶部３８を参照する。

記憶部３８には、エンジン４の回転数と可変チャージポンプ１の容積効率との関係を示す回転数−容積効率テーブルが記憶されている。チャージポンプ効率計算部３６は、記憶部３８の回転数−容積効率テーブルを参照して、回転センサ１４から受け取ったエンジン回転数の情報に基づいて可変チャージポンプ１の容積効率を計算する。チャージポンプ効率計算部３６により計算された可変チャージポンプ１の容積効率は、チャージポンプ容量計算部３３へ出力される。

チャージポンプ容量計算部３３は、可変チャージポンプ１の容量を計算する。チャージポンプ容量計算部３３は、供給量計算部３２から受け取った供給量を回転センサ１４から受け取ったエンジン４の回転数で除すことにより可変チャージポンプ１の容量を計算する（可変チャージポンプ１の容量＝供給量÷エンジン回転数）。

この可変チャージポンプ１の容量を計算する際、可変チャージポンプ１の容積効率が考慮される。可変チャージポンプ１の容積効率は、可変チャージポンプ１の実吐出量（実際の吐出量）を理論吐出量で除したものである（容積効率％＝実吐出量÷理論吐出量×１００）。

可変チャージポンプ１の実吐出量として上記計算により得られた可変チャージポンプ１の容量を得るためには、可変チャージポンプ１が理論吐出量となる容量で動作する必要がある。可変チャージポンプ１が理論吐出量となる容量は、上記により計算された可変チャージポンプ１の容量（＝供給量÷エンジン回転数）を容積効率で除すことにより得られる（理論吐出量となる容量＝供給量÷エンジン回転数÷容積効率）。

チャージポンプ容量計算部３３で計算された可変チャージポンプ１が理論吐出量となる容量は、チャージポンプ容量決定部３４へ出力される。

チャージポンプ容量決定部３４は、可変チャージポンプ１へ出力する可変チャージポンプ１の容量を決定する。チャージポンプ容量決定部３４は、可変チャージポンプ１の容量を決定するに際し、最低チャージポンプ容量設定部３７からの情報を考慮する。最低チャージポンプ容量設定部３７は、可変チャージポンプ１の最低容量を設定する。

最低チャージポンプ容量設定部３７は、たとえばＨＳＴ回路１０に急負荷が作用する状況で、可変チャージポンプ１の最低容量が増加するように設定する。また最低チャージポンプ容量設定部３７は、ＨＳＴ回路１０内の油がオーバーヒートする状況で、可変チャージポンプ１の容量が増加するように設定する。これにより、急負荷が作用する場合に可変チャージポンプ１の容量増加の遅れを抑制でき、またＨＳＴ回路１０内の油がオーバーヒートすることを抑制できる。

たとえば図４に示されるように、作業機械２０が下り坂でオーバーランをしている状態では、油圧ポンプ２の回転数が高くなり、エンジン４の回転数が高くなる。エンジン４の回転数が高くなると、可変チャージポンプ１の容量が絞られて小さくなる。

この状態から作業機械２０のブレード２２ａが掘削対象物１００に突っ込むと、ＨＳＴ回路１０に急負荷が作用し、ＨＳＴ回路１０内の油圧が急激に上昇する。ＨＳＴ回路１０内の油圧が急激に上昇すると、それに応じてＨＳＴ回路１０からの油の漏れ量も急激に増加する。このため可変チャージポンプ１によるＨＳＴ回路１０内への油の補充が遅れる。

そこで可変チャージポンプ１によるＨＳＴ回路１０内への油の補充が遅れないように、ＨＳＴ回路１０に急負荷が作用する状況では最低チャージポンプ容量設定部３７は可変チャージポンプ１の最低容量が増加するように設定する。

またＨＳＴ回路１０内の油がオーバーヒートする状況では最低チャージポンプ容量設定部３７は可変チャージポンプ１の容量が増加するように設定する。

最低チャージポンプ容量設定部３７には、圧力センサ１１ａ、１１ｂから出力された圧力信号が入力される。圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油圧に基づいて作業機械２０の牽引力を算出することができる。最低チャージポンプ容量設定部３７は、牽引力が第１の値より小さくなるときには、可変チャージポンプ１の最低容量が所定値である第２の値を維持するように設定する。これにより作業機械２０の牽引力が小さくなることで急負荷が生じる場合においても、可変チャージポンプ１によるＨＳＴ回路１０内への油の補充遅れを抑制することができる。

最低チャージポンプ容量設定部３７には、パイロット圧センサ１２により出力されたパイロット圧の信号が入力される。最低チャージポンプ容量設定部３７は、パイロット圧が第３の値より小さくなるときには、パイロット圧が第３の値以上のときよりも可変チャージポンプ１の最低容量が増加するように設定する。たとえば最低チャージポンプ容量設定部３７は、パイロット圧が第３の値より小さくなるときには、可変チャージポンプ１の容量が最大値となるように設定する。これによりＨＳＴ回路１０に急負荷が生じた場合に、可変チャージポンプ１の容量を絞りすぎることが防止され、パイロット圧の最低値を補償することができる。

最低チャージポンプ容量設定部３７には、走行レバー１６により選択された前進、後進、中立のいずれかの走行状態を表す信号が入力される。最低チャージポンプ容量設定部３７は、前進、後進、中立の各々の場合における可変チャージポンプ１の最低容量を設定する。これにより前進、後進、中立の走行状態に応じてＨＳＴ回路１０に急負荷が生じている場合に、可変チャージポンプ１の容量を絞りすぎることが防止される。このため可変チャージポンプ１の容量を絞りすぎた状態で急負荷が作用することにより生じる、可変チャージポンプ１の容量増加遅れを抑制することができる。

最低チャージポンプ容量設定部３７には、傾斜角度センサ１７から出力された作業機械２０の傾斜角度信号が入力される。最低チャージポンプ容量設定部３７は、傾斜角度センサ１７により検知される作業機械２０の傾斜角度が第４の値以上のときには、可変チャージポンプ１の最低容量が所定値である第５の値を維持するように設定する。これにより作業機械２０が急勾配にてオーバーランすることで急負荷が生じる場合においても、可変チャージポンプ１によるＨＳＴ回路１０内への油の補充遅れを抑制することができる。

最低チャージポンプ容量設定部３７には、温度センサ１３から出力された温度信号が入力される。最低チャージポンプ容量設定部３７は、温度センサ１３により検知される温度が第６の値以上のときには、その温度が第６の値未満のときよりも可変チャージポンプ１の容量が増加するように設定する。これにより温度センサ１３により検知される温度が高くなることでＨＳＴ回路１０内の油がオーバーヒートする場合においても、可変チャージポンプ１によるＨＳＴ回路１０内への油の補充遅れを抑制することができる。

チャージポンプ容量決定部３４は、急負荷が作用すると判定する場合またはＨＳＴ回路１０の油がオーバーヒートすると判定する場合には最低チャージポンプ容量設定部３７で設定された容量を可変チャージポンプ１の容量として決定する。

またチャージポンプ容量決定部３４は、急負荷が作用しないと判定する場合またはＨＳＴ回路１０の油がオーバーヒートしないと判定する場合にはチャージポンプ容量計算部３３で計算された容量を可変チャージポンプ１の容量として決定する。

チャージポンプ容量決定部３４により決定された可変チャージポンプの容量がチャージポンプ容量指令部３５へ出力される。チャージポンプ容量指令部３５は、チャージポンプ容量決定部３４により決定された可変チャージポンプの容量に基づいて、アクチュエータ１ｂに可変チャージポンプ１の可変斜板１ａの角度を変更する指令を発する。これにより可変チャージポンプ１の可変斜板１ａの角度が変更され、可変チャージポンプ１の容量が制御される。

以上説明したようにコントローラ６は、圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力に基づいて可変チャージポンプ１の容量を制御する。コントローラ６は、圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力に基づいて可変チャージポンプ１の容量を無段階で連続的に変化するように制御する。

またコントローラ６は、圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力が第１圧力であるときには可変チャージポンプ１の容量を第１容量とする。またコントローラ６は、圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力が第１圧力より小さい第２圧力であるときには可変チャージポンプ１の容量を第１容量よりも少ない第２容量とする。つまりコントローラ６は、ＨＳＴ回路１０内の油の圧力が高くなるほど、可変チャージポンプ１によるＨＳＴ回路１０内への油の供給（補充）量を多くするよう可変チャージポンプ１を制御する。

またコントローラ６は、回転センサ１４により検知されたエンジン４の回転数と圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力とに基づいて可変チャージポンプ１の容量を制御する。

またコントローラ６は、作業機械２０の牽引力に基づいて可変チャージポンプ１の最低容量を設定する。コントローラ６は、傾斜角度センサ１７により検知された作業機械２０の傾斜角度に基づいて可変チャージポンプ１の最低容量を設定する。コントローラ６は、走行レバー１６の選択状態に基づいて可変チャージポンプ１の最低容量を設定する。コントローラ６は、パイロット圧センサ１２により検知されたパイロット圧に基づいて可変チャージポンプ１の最低容量を設定する。

＜作業機械の制御方法＞
次に、本実施の形態における作業機械２０の制御方法について図３および図５を用いて説明する。

図５は、図１の作業機械の制御方法を示すフロー図である。
図３および図５に示されるように、まず圧力センサ１１ａ、１１ｂによりＨＳＴ回路１０内の油圧が検知される（ステップＳ１：図５）。コントローラ６の漏れ量推定部３１は、圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油圧に基づいて、ＨＳＴ回路１０からの油の漏れ量を推定する（ステップＳ２：図５）。具体的には、上記のように漏れ量推定部３１が、記憶部３８に記憶されたＨＳＴ圧−漏れ量テーブルを参照して、圧力センサ１１ａ、１１ｂから受け取った圧力信号に基づいて漏れ量を推定する。

コントローラ６の供給量計算部３２は、漏れ量推定部３１により推定されたＨＳＴ回路１０からの油の漏れ量に基づいて、ＨＳＴ回路１０への油の供給（補充）量を計算する（ステップＳ３：図５）。具体的には、上記のように供給量計算部３２が、漏れ量推定部３１により推定された漏れ量に、記憶部３８に記憶された安全率を乗じることにより供給量を計算する（供給量＝漏れ量×安全率）。

回転センサ１４によりエンジン４の回転数が検知される（ステップＳ９：図５）。コントローラ６のチャージポンプ効率計算部３６は、回転センサ１４により検知されたエンジン４の回転数に基づいて、可変チャージポンプ１のチャージポンプ効率を計算する（ステップＳ１０：図５）。具体的には、上記のようにチャージポンプ効率計算部３６が、記憶部３８の回転数−容積効率テーブルを参照して、回転センサ１４から受け取ったエンジン回転数の情報に基づいて可変チャージポンプ１の容積効率を計算する。

コントローラ６のチャージポンプ容量計算部３３は、供給量計算部３２により計算された供給量と回転センサ１４により検知されたエンジン４の回転数とに基づいて、可変チャージポンプ１の容量を計算する（ステップＳ４：図５）。具体的には、上記のようにチャージポンプ容量計算部３３が、供給量計算部３２から受け取った供給量を回転センサ１４から受け取ったエンジン回転数で除すことにより可変チャージポンプ１の容量を計算する（可変チャージポンプ１の容量＝供給量÷エンジン回転数）。

コントローラ６のチャージポンプ容量計算部３３は、この可変チャージポンプ１の容量計算時に、チャージポンプ効率計算部３６により計算されたチャージポンプ効率を考慮して可変チャージポンプ１の容量を計算する。具体的には、上記のようにチャージポンプ容量計算部３３が、上記計算により得られた可変チャージポンプ１の容量（＝供給量÷エンジン回転数）を容積効率で除すことにより可変チャージポンプ１の容量を計算する（理論吐出量となる容量＝供給量÷エンジン回転数÷容積効率）。

この後、ＨＳＴ回路１０に急負荷が作用するか否かが判定される（ステップＳ５：図５）。急負荷が作用すると判定された場合には、可変チャージポンプ１の設定された最小容量が選択される（ステップＳ６：図５）。

具体的には、圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されるＨＳＴ回路１０内の油圧に基づいて算出される牽引力に基づいて可変チャージポンプ１の最低容量が設定される。最低チャージポンプ容量設定部３７は、牽引力が第１の値より小さくなるときには、可変チャージポンプ１の最低容量が所定値となるように設定する。

また最低チャージポンプ容量設定部３７は、パイロット圧センサ１２により検知されるパイロット圧が第３の値より小さくなるときには、パイロット圧が第３の値以上のときよりも可変チャージポンプ１の最低容量が増加するように設定する。たとえば最低チャージポンプ容量設定部３７は、パイロット圧が第３の値より小さくなるときには、可変チャージポンプ１の容量が最大値となるように設定する。

また最低チャージポンプ容量設定部３７は、走行レバー１６により選択された前進、後進、中立の各々の場合における可変チャージポンプ１の最低容量を設定する。

また最低チャージポンプ容量設定部３７は、傾斜角度センサ１７により検知される作業機械２０の傾斜角度が第４の値以上のときには、可変チャージポンプ１の最低容量が所定値である第５の値を維持するように設定する。

また急負荷が作用したか否かの判定（ステップＳ５：図５）に代えて、ＨＳＴ回路１０の油がオーバーヒートするか否かが判定されてもよい。最低チャージポンプ容量設定部３７は、オーバーヒートすると判定する場合には、可変チャージポンプ１の設定された容量が選択される（ステップＳ６：図５）。

具体的には最低チャージポンプ容量設定部３７は、温度センサ１３により検知される温度が第６の値以上のときには、その温度が第６の値未満のときよりも可変チャージポンプ１の容量が増加するように設定する。

急負荷が作用すると判定された場合またはＨＳＴ回路１０の油がオーバーヒートすると判定された場合には上記の設定された最小容量が可変チャージポンプの容量として決定される（ステップＳ７：図５）。

また急負荷が作用しないと判定された場合またはＨＳＴ回路１０の油がオーバーヒートしないと判定された場合にはチャージポンプ容量計算部３３で計算された容量が可変チャージポンプの容量として決定される（ステップＳ７：図５）。

この決定された可変チャージポンプ１の容量に基づいて、可変チャージポンプ１の容量が制御される（ステップＳ８：図５）。

＜効果＞
本実施の形態によれば図３に示されるように、コントローラ６は、圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力に基づいて可変チャージポンプ１の容量を制御する。これによりＨＳＴ回路１０からの漏れ量に応じて可変チャージポンプ１によって適切に油を補充することができる。このため馬力のロスが少なくなり、燃費を改善することが可能となる。

上記の実施の形態においては、コントローラ６は、圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力に基づいて可変チャージポンプ１の容量を無段階で変化するように制御する。これによりＨＳＴ回路１０からの漏れ量に応じて可変チャージポンプ１によって適切に油を補充することができる。このため馬力のロスが少なくなり、燃費を改善することが可能となる。

上記の実施の形態においては、コントローラ６は、圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力が第１圧力であるときには可変チャージポンプ１の容量を第１容量とし、圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力が第１圧力より小さい第２圧力であるときには可変チャージポンプ１の容量を第１容量よりも少ない第２容量とするように制御する。ＨＳＴ回路１０内の油の圧力が高くなるほど、ＨＳＴ回路１０内からの油の漏れ量は多くなる。このためＨＳＴ回路１０内の油の圧力が高くなるほど、可変チャージポンプ１によるＨＳＴ回路１０内への油の供給（補充）量を多くすることで、ＨＳＴ回路１０内に適切に油を補充することができる。よって馬力のロスが少なくなり、燃費を改善することが可能となる。

上記の実施の形態においては図に示されるように、コントローラ６は、回転センサ１４により検知されたエンジン４の回転数と圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力とに基づいて可変チャージポンプ１の容量を制御する。上記エンジン４の回転数とＨＳＴ回路１０内の油の圧力とに基づいてＨＳＴ回路１０内への油の供給（補充）量を計算することができる。このためＨＳＴ回路１０内に適切に油を補充することができる。

上記の実施の形態においては図３に示されるように、コントローラ６は、作業機械２０の牽引力に基づいて可変チャージポンプ１の最低容量を設定する。具体的には圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知されたＨＳＴ回路１０内の油の圧力に基づいて作業機械２０の牽引力を算出することができ、その牽引力に基づいて可変チャージポンプ１の最低容量が設定される。これによりたとえば下り坂でオーバーランしているときに、可変チャージポンプ１の容量を絞りすぎることが防止される。このため可変チャージポンプ１の容量を絞りすぎた状態で急負荷が作用することにより生じる、可変チャージポンプ１の容量増加遅れを抑制することができる。

上記の実施の形態においては図２に示されるように、圧力センサ１１ａ、１１ｂは、ＨＳＴ回路１０の第１流路１０ａにおける油の第１圧力を検知する第１圧力センサ１１ａと、ＨＳＴ回路１０の第２流路１０ｂにおける油の第２圧力を検知する第２圧力センサ１１ｂとを含む。これにより前進走行および後進走行のいずれの場合にもＨＳＴ回路１０内の油の圧力を測定することができる。

上記の実施の形態においては図３に示されるように、コントローラ６は、傾斜角度センサ１７により検知された作業機械２０の傾斜角度に基づいて可変チャージポンプ１の最低容量を設定する。作業機械２０の傾斜角度から作業機械２０が下り坂をオーバーランしていることを検知することができる。

上記の実施の形態においては図３に示されるように、コントローラ６は、走行レバー１６の選択状態に基づいて可変チャージポンプ１の最低容量を設定する。これにより前進、後進、中立の走行状態に応じてＨＳＴ回路１０に急負荷が生じている場合に、可変チャージポンプ１の容量を絞りすぎることが防止される。このため可変チャージポンプ１の容量を絞りすぎた状態で急負荷が作用することにより生じる、可変チャージポンプ１の容量増加遅れを抑制することができる。

上記の実施の形態においては図２に示されるように、可変チャージポンプ１は、作業機２２のアクチュエータ（チルトシリンダ２５、昇降シリンダ２６）の駆動回路にパイロット圧を与えるよう接続されている。これにより上記アクチュエータ２５、２６の駆動回路にパイロット圧を与える個別のポンプを省略することができ、構成を簡略化することができる。

上記の実施の形態においては図３に示されるように、コントローラ６は、パイロット圧センサ１２により検知されたパイロット圧に基づいて可変チャージポンプ１の最低容量を設定する。これによりＨＳＴ回路１０に急負荷が生じた場合に、可変チャージポンプ１の容量を絞りすぎることが防止され、パイロット圧の最低値を補償することができる。

なお本実施の形態においては、ＨＳＴ回路１０内の流体として油を用いた場合について説明したが、ＨＳＴ回路１０内の流体は油以外の流体であってもよい。また動力源としてエンジン４について説明したが、駆動力を与えることができるものであればエンジン４以外の動力源であってもよい。また本実施の形態においては図２に示される油圧ポンプ２および油圧モータ３の各々は固定容量型であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 可変チャージポンプ、１ａ，２ａ，３ａ 可変斜板、１ｂ，２ｂ，３ｂ アクチュエータ、２ 油圧ポンプ、３ 油圧モータ、４ エンジン、５ａ 出力軸、５ｂ 入力軸、６ コントローラ、７ オイルクーラ、８ フィルタ、９ａ，９ｂ バルブ、９ｃ リリーフバルブ、１０ ＨＳＴ回路、１０ａ 第１油路、１０ｂ 第２油路、１１ａ 第１圧力センサ、１１ｂ 第２圧力センサ、１２ パイロット圧センサ、１３ 温度センサ、１４ 回転センサ、１６ 走行レバー、１７ 傾斜角度センサ、１８ タンク、２０ 作業機械、２１ 車体、２２ 作業機、２２ａ ブレード、２２Ｕ 上端、２３ 履帯式走行装置、２３ａ 駆動輪、２３ｂ 遊動輪、２３ｃ 履帯、２３ｄ トラックフレーム、２４ フレーム、２５ チルトシリンダ、２６ 昇降シリンダ、２８ キャブ、２９ エンジン室、３１ 漏れ量推定部、３２ 供給量計算部、３３ チャージポンプ容量計算部、３４ チャージポンプ容量決定部、３５ チャージポンプ容量指令部、３６ チャージポンプ効率計算部、３７ 最低チャージポンプ容量設定部、３８ 記憶部、４１ 方向制御弁、１００ 掘削対象物、ＨＤ 油圧駆動部。

Claims (19)

1. 動力源と、
   前記動力源の駆動力を流体のエネルギーに変換するポンプと、前記ポンプにより変換された流体のエネルギーを駆動エネルギーに変換するモータとを有する閉回路と、
   前記閉回路内の流体の圧力を検知する圧力センサと、
   前記閉回路に流体を補充する可変チャージポンプと、
   前記圧力センサにより検知された前記閉回路内の流体の前記圧力に基づいて前記可変チャージポンプの容量を制御するコントローラとを備えた、作業機械。
2. 前記コントローラは、前記圧力センサにより検知された流体の前記圧力に基づいて前記可変チャージポンプの容量を無段階で変化するように制御する、請求項１に記載の作業機械。
3. 前記コントローラは、前記圧力センサにより検知された流体の前記圧力が第１圧力であるときには前記可変チャージポンプの容量を第１容量とし、前記圧力センサにより検知された流体の前記圧力が前記第１圧力より小さい第２圧力であるときには前記可変チャージポンプの容量を前記第１容量よりも少ない第２容量とするように制御する、請求項１または請求項２に記載の作業機械。
4. 前記動力源の回転数を検知する回転センサをさらに備え、
   前記コントローラは、前記回転センサにより検知された前記動力源の前記回転数と前記圧力センサにより検知された流体の前記圧力とに基づいて前記可変チャージポンプの容量を制御する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械。
5. 前記コントローラは、前記作業機械の牽引力に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の作業機械。
6. 前記閉回路は、前記ポンプと前記モータとを繋ぐ第１流路と、前記ポンプと前記モータとを繋ぎかつ前記第１流路と異なる第２流路とを有し、
   前記圧力センサは、前記第１流路における流体の圧力を検知する第１圧力センサと、前記第２流路における流体の圧力を検知する第２圧力センサとを含む、請求項５に記載の作業機械。
7. 前記作業機械の傾斜角度を検知する傾斜角度センサをさらに備え、
   前記コントローラは、前記傾斜角度センサにより検知された前記作業機械の前記傾斜角度に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の作業機械。
8. 前記作業機械の走行における前進、後進および中立のいずれかの状態を選択する走行レバーをさらに備え、
   前記コントローラは、前記走行レバーの選択状態に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の作業機械。
9. 作業具と、
   前記作業具を駆動するアクチュエータとをさらに備え、
   前記可変チャージポンプは、前記アクチュエータの駆動回路にパイロット圧を与えるよう接続されている、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の作業機械。
10. 前記パイロット圧を検知するパイロット圧センサをさらに備え、
    前記コントローラは、前記パイロット圧センサにより検知された前記パイロット圧に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項９に記載の作業機械。
11. 動力源と、前記動力源の駆動力を流体のエネルギーに変換するポンプおよび前記ポンプに変換された流体のエネルギーを駆動エネルギーに変換するモータを有する閉回路とを有する作業機械の制御方法であって、
    前記閉回路内の流体の圧力を検知する工程と、
    前記閉回路に流体を補充する可変チャージポンプの容量を、検知された前記閉回路内の流体の前記圧力に基づいて制御する工程とを備えた、作業機械の制御方法。
12. 前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された流体の前記圧力に基づいて前記可変チャージポンプの容量を無段階で変化するように制御する、請求項１１に記載の作業機械の制御方法。
13. 前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された流体の前記圧力が第１圧力であるときには前記可変チャージポンプの容量を第１容量とし、検知された流体の前記圧力が前記第１圧力より小さい第２圧力であるときには前記可変チャージポンプの容量を前記第１容量よりも少ない第２容量とするように制御する、請求項１１または請求項１２に記載の作業機械の制御方法。
14. 前記動力源の回転数を検知する工程をさらに備え、
    前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された前記動力源の前記回転数と検知された流体の前記圧力とに基づいて前記可変チャージポンプの容量を制御する、請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の作業機械の制御方法。
15. 前記作業機械の牽引力を検知する工程をさらに備え、
    前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された前記作業機械の前記牽引力に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の作業機械の制御方法。
16. 前記閉回路は、前記ポンプと前記モータとを繋ぐ第１流路と、前記ポンプと前記モータとを繋ぎかつ前記第１流路と異なる第２流路とを有し、
    前記閉回路内の流体の前記圧力を検知する工程は、前記第１流路における流体の圧力と前記第２流路における流体の圧力との少なくとも一方を検知する工程を含む、請求項１５に記載の作業機械の制御方法。
17. 前記作業機械の傾斜角度を検知する工程をさらに備え、
    前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された前記作業機械の前記傾斜角度に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の作業機械の制御方法。
18. 前記作業機械の走行における前進、後進およびニュートラルのいずれかの走行状態を検知する工程をさらに備え、
    前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された前記走行状態に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項１１から請求項１７のいずれか１項に記載の作業機械の制御方法。
19. 前記作業機械は、作業具と、前記作業具を駆動するアクチュエータとをさらに有し、
    前記可変チャージポンプは、前記アクチュエータの駆動回路にパイロット圧を与えるよう接続されており、
    前記パイロット圧を検知する工程をさらに備え、
    前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された前記パイロット圧に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項１１から請求項１８のいずれか１項に記載の作業機械の制御方法。