JP2557240Y2 - 油圧式建設機械の原動機回転数制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本考案は、油圧式建設機械の原動機回転数制御装置に
関する。

B.従来の技術 油圧式建設機械は、エンジンにより駆動される油圧ポ
ンプの吐出油によって複数の油圧アクチュエータを駆動
するもので、各油圧アクチュエータは、操作レバーや操
作ペダルに代表される操作部材（操作手段）によって単
独にあるいは同時に駆動される。

特公昭60−38561号公報には、この種の油圧式建設機
械の燃費改善，騒音低減などを目的とした次のようなエ
ンジン回転数の制御方法が開示されている。すなわち、
上述した全ての操作部材が中立状態となってから所定時
間（遅延時間）の計時を開始し、計時中に全ての操作部
材が操作されなければこの遅延時間経過後に、設定され
たエンジン回転数（以下、設定エンジン回転数と呼ぶ）
で回転しているエンジンを予め定められた低回転数に下
げて運転する。本明細書中、このエンジン回転数制御を
低速運転制御と呼ぶ。なお、設定エンジン回転数は、運
転席内の燃料レバーなどからなる設定回転数指令操作部
材で設定される。これによれば、作業の小休止等、全て
の操作部材が中立状態となるときにはエンジンの回転数
が自動的に低下し、燃費改善や騒音低減が図られる。

C.考案が解決しようとする課題 ところで、このような低速運転制御においては、燃
費，騒音などの点からはエンジン回転数をできるだけ低
い回転数まで下げるのが好ましい。しかし、上記設定エ
ンジン回転数が比較的高い場合には、上記操作部材の中
立状態検出から所定時間後に十分に低い回転数まで急に
下げ、その後、操作部材を操作すると次のような問題が
ある。

低回転数から設定エンジン回転数に復帰する際に黒煙
を噴き、エンジンの耐久性や排気ガス対策上好ましくな
い。

エンジン回転数の変動が大きく耳障りである。

エンジン回転数の変動が大きいと、エンジンのフライ
ホイールを加速するエネルギが損失となり、燃費が悪く
なる。

このため、特に設定エンジン回転数が比較的高い場合
には、低速回転数に達するまでの速度を遅くして急激な
エンジンの低速運転制御を避けることが望ましいが、単
にこの制御速度を遅くすると、当初の目的である燃費改
善，騒音低減などの効果が少なくなるとともに、低速回
転数に達するまでに時間がかかるという問題がある。そ
こで、上記の問題を解決し、かつ長時間を要する
ことなく低速回転制御を行うためには、低速回転数に達
するまでの速度を可変とすることが望ましい。

しかしながら、上述の従来装置ではこの速度が一定と
されているため、上記いずれかの問題点を犠牲にせざる
を得ない。

本考案の技術的課題は、上記低速回転数に達するまで
の速度を可変として上記３つの問題点を同時に解決する
ことにある。

D.課題を解決するための手段 クレーム対応図である第１図により説明すると、本考
案は、原動機100により駆動される油圧ポンプ101と、こ
の油圧ポンプ101から吐出される圧油により作動する少
なくとも一つの油圧アクチュエータ102と、油圧アクチ
ュエータ102の作動を制御するための弁手段103と、油圧
アクチュエータ102に対応して設けられ弁手段103を操作
して油圧アクチュエータ102の作動を制御する操作手段1
04と、原動機100の所望の設定回転数を指令する設定回
転数指令手段105と、この設定回転数指令手段105の指令
に基づいて、原動機100を所望の設定回転数に制御する
原動機制御手段106とを具備する油圧式建設機械に適用
される。

そして、操作手段104のそれぞれが中立位置にあるか
否かを検出する検出手段107と、検出手段107からの検出
結果に基づいて、操作手段104の少なくとも一つが操作
位置にあるか全部が中立位置にあるかを判定する判定手
段108と、判定手段108が操作手段104の全部が中立位置
にあると判定するのに応答して計時を開始する計時手段
109と、この計時手段109の計時時間に応じて、計時時間
が長くなるほど速い速度で原動機100の設定回転数を低
減させるとともに、設定回転数の高低に応じて設定回転
数の低減の程度を変える指令を原動機制御手段106に出
力する演算手段110とを備えることにより、上述の技術
的課題が達成される。

E.作用 全部の操作手段104が中立位置にあった場合には、計
時手段109による計時時間が長くなるほど速い速度で原
動機回転数が低減される。これによれば、最初は回転数
が低減する速度が遅いのでエンジン低速運転制御が急激
に行なわれることがなく、上記の問題を解決でき
る。また時間の経過とともに回転数が低減する速度が速
くなるので低速回転数に達するまでに長時間を要するこ
とがない。また、設定回転数の高低に応じて低減の程度
が変る。

F.実施例 第２図および第３図に基づいて本考案をホイール式油
圧ショベルに適用した場合の実施例を説明する。

第２図は本考案をホイール式油圧ショベルに適用した
油圧回路と制御回路を示す図である。

第２図において、エンジン（原動機）21に駆動される
油圧ポンプ１から吐出される圧油は、油圧パイロット式
制御弁（弁手段）２でその方向、流量が制御され、カウ
ンタバランス弁３を経て油圧モータ４に供給される。

パイロット式制御弁２はパイロット油圧回路からのパ
イロット圧力によってそのストローク量が制御される。
パイロット油圧回路は、パイロット用油圧ポンプ５と、
走行ペダル6aに連動するパイロット弁６（これらが操作
手段である）とを有し、パイロット弁６からの圧油によ
り制御弁２のストローク量を制御して車両の走行速度を
制御する。また、パイロット弁６に後続してパイロット
弁６への戻り油を遅延させるスローリターン弁７と、こ
のスローリターン弁７に後続し車両の前進，後進，中立
を選択する前後進切換弁８とが設けられている。

油圧ポンプ５からの吐出油は、これらのパイロット弁
6,スローリターン弁7,前後進切換弁８を介してパイロッ
ト式制御弁２のパイロットポート2aまたは2bに導かれ、
これにより制御弁２が油圧に応じたストローク量で切換
わる。制御弁２が中立位置に復帰する際には、スローリ
ターン弁７で遅延時間が与えられる。

さらに、油圧モータ４の入出力管路には、チェック弁
18a,18bを介してメークアップ管路19が接続され、パイ
ロット用油圧ポンプ５からメークアップ油が供給され、
これによりキャビテーションの防止が図られている。油
圧モータ４の駆動力は、不図示の出力軸を介してトラン
スミッションに伝達され、さらにプロペラシャフトを介
して車輪を回転せしめて車両を走行させる。

以上が走行系の構成である。

一方、走行用制御弁２の下流にタンデムに作業用のパ
イロット式制御弁11が設けられ、この制御弁11により作
業用アクチュエータ12が駆動制御される。制御弁11はパ
イロット弁13の操作レバー13aを回動操作して切換えら
れる。さらに、エンジン21により駆動される油圧ポンプ
14が設けられ、この油圧ポンプ14には、作業用パイロッ
ト式制御弁15を介して作業用アクチュエータ16が接続さ
れている。制御弁15もまたパイロット弁17の操作レバー
17aを回動操作して切換えられる。

以上の構成の装置においては、操作部材として走行用
走行ペダル6aと、作業用操作レバー13a,17aとが設けら
れ、各操作部材の操作状態が検出される。走行ペダル6a
が中立状態にあるか否かの検出は、走行用制御弁２と操
作用油圧ポンプ５との間の管路圧を検出する圧力スイッ
チ31によって行われる。作業用操作レバー13a,17aが中
立状態にあるか否かの検出は、操作レバー13a,17aに連
動し中立位置でのみオンするリミットスイッチ32,33に
よって行われる。これらのスイッチが検出手段である。

ここで、本明細書中でいう中立位置とは、走行ペダル
6aや作業用操作レバー13a,17aが全く操作されない位置
のみを示すものではなく、多少操作されても油圧モータ
４や作業用アクチュエータ12,16が駆動されない場合に
は、そのときの操作位置も中立位置に含まれる。すなわ
ち、例えばこれらの操作部材には、通常、操作されても
各アクチュエータが駆動されない範囲（遊び）が設けら
れており、この場合にはこの遊びの範囲内での操作位置
も中立位置に含まれる。そしてこのような遊びは、操作
によって駆動されるアクチュエータによって異なるの
で、各操作部材の中立位置の範囲も異なることになる。

次に、エンジン21の回転数制御装置について説明す
る。エンジン21はガバナ21aによってその回転数が制御
される。ガバナ21aはリンク機構22によってパルスモー
タ23と連結され、パルスモータ23の回転にしたがって駆
動されてエンジン回転数を制御する。パルスモータ23に
はポテンショメータ25がリンク機構24により連結され、
ポテンショメータ25によりパルスモータ23の回転位置が
後述するガバナレバー位置検出値N_rpとして検出され
る。パルスモータ23の回転は制御回路30からのモータ駆
動信号で制御される。ここで、パルスモータ23とガバナ
21aが原動機制御手段を構成する。

制御回路30は判定手段，計時手段および演算手段を含
み、マイクロコンピュータなどから成る。この制御回路
30には、運転席内の燃料レバーの操作量を検出しそれに
相応した操作量信号を出力するエンジン回転数設定器
（設定回転数指令手段）34と、低速運転制御を選択する
選択スイッチ35と、上述したポテンショメータ25と、パ
ルスモータ23とが接続されている。そして低速運転制御
が選択されている場合、後述するように所定の条件が整
うとエンジン回転数を下げるようにパルスモータ23にモ
ータ駆動信号を供給する。

さらに、低速運転制御が選択されていない場合、ある
いは選択されていても条件の成立していない場合には、
制御回路30は、回転数設定器34から入力されるガバナレ
バー位置目標値（設定回転数）N_roAとポテンショメータ
25から入力されるガバナレバー位置検出値（パルスモー
タ23によるエンジン回転数制御値であり、エンジンの実
回転数とは異なる）N_rpとに基づいてパルスモータ23の
回転方向および回転量を演算し、不図示のモータ駆動部
によりモータ駆動信号を作成してパルスモータ23へ供給
する。

次に、第３図の処理手順を参照して制御回路30による
エンジン回転数制御について説明する。

まずステップS21において、回転数設定器34からのガ
バナレバー位置目標値N_roAとポテンショメータ25から入
力されるガバナレバー位置検出値N_rpとを読み込むとと
もに、圧力スイッチ31,リミットスイッチ32,33および選
択スイッチ35の出力をそれぞれ読み込む。

次いでステップS1では、選択スイッチ35からの選択信
号により低速運転制御を行う状態か否かを判定する。否
定されるとステップS7で後述する計時時間のカウントを
クリアするとともに、ステップS8において、目標回転数
N_roをステップS21で読み込んだガバナレバー位置目標値
（設定回転数）N_roAに設定してステップS22に進む。

一方、低速運転制御が選択されている場合にはステッ
プS1が肯定されてステップS2に進み、全ての操作部材、
すなわち走行ペダル6a、作業用操作レバー13a,17aが中
立状態にあるか否かを判定する。これは、ステップS21
で読み込んだ圧力スイッチ31とリミットスイッチ32,33
からの信号に基づいて行う。ステップS2が肯定される
と、所定時間の計時を開始し、ステップS31で経過時間t
₀に応じた回転数N_roBを求める。この目標回転数N
_roBは、ステップS21で読み込んだガバナレバー位置目標
値N_roAに応じて図示のごとく最初は時間t₀の経過にとも
なって徐々に減少し、所定時間後は急激に減少して低速
回転数に達するようになっている。一方、ステップS2が
否定された場合には、ステップS7でタイマをクリアして
ステップS8に進む。

ステップS4では、目標回転数N_roを予め設定された低
速回転数N_roBに設定し、次いでステップS22に進む。

ステップS22では、N_rp−N_roの結果を回転数差Ａとし
てメモリに格納し、ステップS23において、予め定めた
基準回転数差Ｋを用いて、|A|≧Ｋか否かを判定する。
ステップS23が肯定されるとステップS24に進み、回転数
差Ａ＞０か否かを判定し、Ａ＞０ならば制御回転数が目
標回転数（設定回転数N_roAまたは低速回転数N_roB）より
も高いから、エンジン回転数が現在の値から単位回転数
ΔＮだけ下げるべくステップS25でモータ逆転を指令す
る信号をパルスモータ23に出力する。これによりパルス
モータ23が逆転しエンジン21の回転数がΔＮだけ低下す
る。

ステップS24が否定された場合には、制御回転数が目
標回転数よりも低いから、エンジン回転数を現在の値か
ら単位回転数ΔＮだけ上げるべくステップS25でモータ
正転を指令する信号をパルスモータ23に出力する。これ
によりパルスモータ23が正転しエンジン21の回転数がΔ
Ｎだけ増加する。

ステップS23が否定されるとステップS27に進んでモー
タ停止信号を出力し、これによりエンジン21の回転数が
一定値に保持される。ステップS25〜S27を実行すると始
めに戻る。

すなわち、以上説明した実施例では、回転数設定器34
でエンジン21の回転数を設定回転数N_roAに設定すると、
走行ペダル6a,操作レバー13a,17aの少なくともいずれか
１つが操作されているときには、エンジン21はその設定
回転数N_roAで運転される。また、走行ペダル6a,操作レ
バー13a,17aの全てが中立になると、中立になった時点
から直ちにエンジン回転数が低下し始める。その低下速
度の程度は、ステップS31に示される複数の特性線から
設定回転数の高低に応じていずれか一つが選択されるか
ら、設定回転数の高低に応じて変る。そして、経過時間
t₀が長くなるほど速い速度で低速回転数N_roBまで低下す
る。したがって、最初はエンジン低速運転制御が急激に
行なわれることがなく、黒煙や耳障りな音の発生頻度が
少なくなる。また、フライホイールの加速頻度も少なく
なり、燃費も向上する。また時間の経過とともに制御速
度が速くなるので低速回転数に達するまでに長時間を要
することがない。

なお、以上では油圧走行回路を備えたホイール式油圧
ショベルについて説明したが、走行ペダルを持たない覆
帯式油圧ショベル、その他の建設機械にも本考案を適用
できる。また、油圧走行駆動以外の機械式、すなわち、
エンジンの動力を機械的に車輪に伝達する車両にも適用
できる。さらに、燃料レバーを所望の位置に操作するこ
とにより原動機回転数を設定するようにしたが、デジタ
ル設定式にしたり、エンジン回転数をアップ、ダウンさ
せる釦を設けて原動機回転数を設定する方式でもよい。

さらにまた、パルスモータでガバナを駆動する方式を
示したが、これに限定されず、例えばリニアソレノイド
を用いて燃料レバーとガバナとを機械的にリンク接続
し、このリニアソレノイドにより駆動するようにしても
よく、その方式は問わない。また、弁手段である制御弁
を油圧パイロット式としたが、比例電磁式など電気式と
してもよい。さらに、中立位置にあるか否かの検出方式
も実施例に限定されないほか、油圧アクチュエータとし
ての油圧モータや油圧シリンダの数やその配置等も実施
例に限定されない。

G.考案の効果 本考案によれば、操作手段の全部が中立状態の場合に
は、計時時間が長くなるほど速い速度で原動機の回転数
を低減するようにしたので、エンジンの低速運転制御に
際して急激な低速運転が行われることがなく、黒煙の発
生が減少し、耳障りな音も低減し、かつフライホイール
の加速も少なくなり燃費が向上するとともに、低速回転
数に達するまでに長時間を要することもない。また、原
動機回転数の低減の程度は設定回転数の高低に応じて変
わるので、原動機回転数を所定の回転数まで低下させる
のに要する時間を任意に設定できる。たとえば、設定回
転数が高い場合には低い場合に比べて低減の程度を速く
することで、設定回転数にかかわらずほぼ一定の時間で
所定回転数まで低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図である。 第２図および第３図は本考案をホイール式油圧ショベル
に適用した場合の一実施例であり、第２図はその全体構
成図、第３図はその処理手順例を示すフローチャートで
ある。 1:油圧ポンプ 2,11,15:油圧パイロット式制御弁 4:油圧モータ、6:パイロット弁 6a:走行ペダル 12,16:作業用アクチュエータ 13,17:パイロット弁 13a,17a:操作レバー 14:油圧ポンプ 21:エンジン、21a:ガバナ 23:パルスモータ、25:ポテンショメータ 30:制御回路、31:圧力スイッチ 32,33:リミットスイッチ 34:エンジン回転数設定器 35:選択スイッチ 100:原動機、101:油圧ポンプ 102:油圧アクチュエータ 103:弁手段、104:操作部材 105:設定回転数指令手段 106:回転数制御手段 107:検出手段、108:判定手段 109:計時手段

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】原動機により駆動される油圧ポンプと、 この油圧ポンプから吐出される圧油により作動する少な
   くとも一つの油圧アクチュエータと、 前記油圧アクチュエータの作動を制御するための弁手段
   と、 前記油圧アクチュエータに対応して設けられ前記弁手段
   を操作して前記油圧アクチュエータの作動を制御する操
   作手段と、 前記原動機の所定の設定回転数を指令する設定回転数指
   令手段と、 この設定回転数指令手段の指令に基づいて、前記原動機
   を所定の設定回転数に制御する原動機制御手段とを具備
   する油圧式建設機械の原動機回転数制御装置において、 前記操作手段のそれぞれが中立位置にあるか否かを検出
   する検出手段と、 該検出手段からの検出結果に基づいて、前記操作手段の
   少なくとも一つが操作位置にあるか全部が中立位置にあ
   るかを判定する判定手段と、 該判定手段が前記操作手段の全部が中立位置にあると判
   定するのに応答して計時を開始する計時手段と、 この計時手段の計時時間に応じて、計時時間が長くなる
   ほど速い速度で前記原動機の設定回転数を低減させると
   ともに、前記設定回転数の高低に応じて前記設定回転数
   の低減の程度を変える指令を前記原動機制御手段に出力
   する演算手段とを備えることを特徴とする油圧式建設機
   械の原動機回転数制御装置。