JP2678355B2 - 建設機械の制御装置 - Google Patents

建設機械の制御装置

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JP2678355B2 JP60234442A JP23444285A JP2678355B2 JP 2678355 B2 JP2678355 B2 JP 2678355B2 JP 60234442 A JP60234442 A JP 60234442A JP 23444285 A JP23444285 A JP 23444285A JP 2678355 B2 JP2678355 B2 JP 2678355B2
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
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    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2296Systems with a variable displacement pump

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は作業機操作レバーの操作量に応じて作業に
必要な油圧流量を算出し、得られた値でエンジンの回転
数及び可変容量型油圧ポンプの斜板角を制御する建設機
械の制御装置に関する。 従来の技術 従来建設機械の作業機は、エンジンにより駆動される
可変容量型油圧ポンプの吐出圧で駆動されるようになっ
ており、作業中エンジンは高速回転で運転されている。
また可変容量型油圧ポンプを駆動するエンジンの出力カ
ーブはモード別に設定されていて、吸収トルクを制御す
ることによりエンジンの高効率点で可変容量型油圧ポン
プをマッチングさせて、高効率側で可変容量型油圧ポン
プを駆動するようにエンジンの高速回転域で可変容量型
油圧ポンプの斜板角を制御していた。 発明が解決しようとする問題点 しかし上記従来の制御装置では、軽負荷、低流量時で
はエンジンを高速回転をレギレーション域で使用するた
め、燃料効率が悪いと共に、可変容量型油圧ポンプも斜
板角の小さい領域で使用されるため、ポンプ効率も悪い
などの不具合があった。 この発明は上記不具合を改善するためになされたもの
で、可変容量型油圧ポンプが高効率で駆動でき、かつ低
燃費、低騒音で運転が可能な建設機械の制御装置を提供
することを目的とするものである。 問題点を解決するための手段及び作用 この発明は上記目的を達成するために、エンジンによ
り駆動される可変容量型油圧ポンプの吐出油圧流量を、
作業機操作レバーにより操作される操作弁を介して作業
機アクチュエータへ供給するようにした建設機械におい
て、作業内容に応じて重負荷モード、標準負荷モード、
軽負荷モードを選択する負荷モード選択手段と、エンジ
ンの最高回転領域を設定するスロットル量出力手段と、
上記作業機操作レバーの操作量を電気変換して出力する
レバー操作量出力手段とを具備し、上記負荷モード選択
手段により選択された軽負荷モード信号と、上記スロッ
トル量出力手段により設定されたエンジン最高回転領域
信号を基に、作業機操作レバーの操作量に対応した可変
容量型油圧ポンプの吐出流量を算出し、かつ予め記憶さ
れた可変容量型油圧ポンプの吐出圧と流量の関係を示す
PQマップと、エンジンの回転数とトルクの関係を示す目
標エンジンマップ及び可変容量型油圧ポンプの吐出圧と
斜板角の関係を示す目標ポンプマップから、エンジンの
効率の高い回転領域と、可変容量型油圧ポンプの効率の
高い斜板角領域でマッチングするようエンジンの回転数
及び可変容量型油圧ポンプの斜板角を制御するようにし
たもので、軽負荷モード選択時、低流量時エンジンの回
転を低く、かつ可変容量型油圧ポンプの斜板角を大きく
して、効率の高い領域で可変容量型油圧ポンプを駆動す
ることにより必要流量が得られるようになると共に、燃
料消費率の低減及び騒音の低下が図れるようになる。 実 施 例 この発明の一実施例を図面を参照して詳述する。第1
図は制御系のブロック図で、1は図示しない建設機械に
装着された作業機操作レバーを示す。該作業機操作レバ
ー1の操作量は図示しないレバー操作量出力手段により
電気信号に変換されて制御器2へ出力される。制御器2
は負荷モード選択手段3より重負荷モードH、標準負荷
モードSまたは軽負荷モードLと、アクセルペダルなど
のスロットル量出力手段4よりスロットル信号が入力さ
れている。 また制御器2内には予め可変容量型油圧ポンプの吐出
圧Pと流量Qの関係を示すPQマップと、エンジン6の回
転数NとトルクTの関係を示す目標エンジンマップ及び
可変容量型油圧ポンプ5の吐出圧Pと斜板角θの関係を
示す目標ポンプマップが予め記憶されていて、入力信号
に応じて目標エンジンマップは低回転側の高効率域に、
目標ポンプマップは高傾転角側の高効率域に設定される
ようになっている。 上記制御器2で設定された各マップは演算回路7へ出
力されて、エンジン6の目標回転数Nr、目標ラック位置
Rd及び目標斜板角θdがこれらマップより算出され、そ
れぞれ比較器8,9,10へ出力される。目標回転数Nrの入力
された比較器8にはエンジン6の出力回転Neがフィード
バックされていて、目標回転数Nrと実際の回転数Neの偏
差ΔNが算出され、この偏差ΔNはラック位置補正回路
11へ入力されて、予め設定されているマップよりラック
位置補正信号ΔRが算出され、このラック位置補正信号
ΔRは目標ラック位置Rdの入力された比較器9へ出力さ
れて、演算回路7より出力された目標ラック位置Rdに加
算されてラック位置指令信号Rcとなり、燃料噴射ポンプ
制御系12へ出力される。燃料噴射ポンプ制御系12は、入
力されたラック位置指令信号Rcに応じてエンジン6の燃
料噴射ポンプ(図示せず)を制御する。 一方回転数偏差ΔNは斜板角補正回路13にも入力され
て、予め設定されたマップより偏差ΔNに応じて斜板角
補正値Δθが算出され、演算回路7より目標斜板角θd
が入力されている比較器10へ入力される。比較器10は斜
板角補正信号Δθに目標斜板角θdを加算して斜板角指
令信号θcとなりこの信号θcは可変容量型油圧ポンプ
制御系14へ出力される。可変容量型油圧ポンプ制御系14
は、入力された斜板角指令信号θcに応じて可変容量型
油圧ポンプ5の斜板角を制御することにより、エンジン
6及び可変容量型油圧ポンプ5は所定の作動点でマッチ
ングするようになると共に、可変容量型油圧ポンプ5の
吐出圧は図示しない作業機へと供給され、一部は吐出圧
力油Piとして演算回路7へフィードバックされる。 次に作用を説明すると、いま負荷モード選択手段3に
より軽負荷モードLを選択して作業を開始すべく作業機
操作レバー1を例えば中立点より全操作ストロークの70
%の位置に操作すると、負荷モード選択手段3及びレバ
ー操作量出力手段からの信号を受けて制御器2は作業機
操作レバー1の操作量に応じた必要流量を算出し、可変
容量型油圧ポンプ5のもっとも効率の高い斜板角領域
で、かつエンジン6の低速側でもっとも効率の高い回転
領域でマッチングするよう制御信号を出力するう。 これによって中立時第2図のa点(アイドリング付
近)にあったマッチング点が70%操作時には、スロット
ル量出力手段4により設定されたエンジン最高回転領域
のb点へ移動して、この点でマッチングするようにな
る。 これに対して従来の制御装置では、中立時にもエンジ
ンの回転は高速回転領域に設定されていたマッチング点
cが第2図d点へ移動してマッチングするようになって
おり、上記従来の制御装置に比べて、中立時はエンジン
6の回転をアイドル付近まで低速にでき、また軽負荷作
業時には、従来のもの(第2図のd点)よりさらに大き
い出力トルク(第2図のb点)で可変容量型油圧ポンプ
5を駆動することができる。 これによって可変容量型油圧ポンプ5を高効率で駆動
できると共に、エンジン6の回転が低く抑えられるた
め、燃費が向上すると同時に、騒音の低減が図れるよう
になる。 一方作業機操作レバー1の中立時に可変容量型油圧ポ
ンプ5は第3図のe点で駆動されており、作業機操作レ
バー1を全ストローク量の70%の位置へ操作すると、作
動点はe点からg点へ移動してマッチングされる。これ
に対して従来のものでは同図のf点でマッチングされて
おり、斜板角の大きい位置で可変容量型油圧ポンプ5が
駆動されるためポンプ効率も従来のものに比べて改善さ
れる。 なお第4図及び第5図は電子ガバナを採用したエンジ
ンの冗長回路を示すもので、次にこれを説明する。 図中20は電子ガバナ20aを有するエンジンで、可変容
量型油圧ポンプ21を駆動しており、エンジン20の回転数
Neは制御系22へ入力されている。制御系22は前記実施例
と同様なマップが設定された制御機23が設けられてい
て、この制御器23より目標回転数Nrと、目標トルク可変
制御信号Adが比較器24,25へそれぞれ出力されている。
比較器24には上記エンジン20の回転数Neが入力されてい
て、目標回転数Nrとの偏差ΔNが算出され、この偏差Δ
Nは電流補正回路26へ入力されて、予め設定されたマッ
プより電流補正値ΔAが算出される。この電流補正値Δ
Aは比較器25へ出力されて目標トルク可変制御信号Adに
加算され、指令電流Acとなる。この指令電流Acはトルク
可変制御弁27へ出力されて、可変容量型油圧ポンプ21が
次のように制御される。 すなわちトルク可変制御弁27には吐出圧がフィードバ
ックされていて、目標回転数Nrよりエンジン20の出力回
転数が上がると、可変容量型油圧ポンプ21の斜板角が大
きくなるようサーボ機構21aへ制御圧を吐出する。これ
によって油圧負荷がエンジントルクを上まわるため、エ
ンジン20の回転数が低下する。 逆にエンジン20の出力回転数が下るとポンプ斜板角が
小さくなって油圧負荷はエンジントルクを下まわるた
め、エンジン20の回転数は上昇する。このようにして冗
長回路が切換えスイッチ(図示せず)により選択されて
いる場合でも適度のマッチングが得られるため、燃料噴
射ポンプのラック位置が固定されていても、エンジン20
のオーバーランやエンストを防止することができるよう
になる。 なおトルク可変制御弁27の代りに、可変容量型油圧ポ
ンプ21の吐出圧を検出する圧力センサを設けて、この圧
力センサの検出値により制御量をマイクロコンピュータ
により算出し、可変容量型油圧ポンプ21を制御するよう
にしてもよい。 また作業機アクチュエータ圧が低圧の場合、可変容量
型油圧ポンプ21の斜板角を最大にしても油圧負荷が小さ
くエンジン20の回転がさらに上る場合があるが、このよ
うな場合作業機操作弁の開口度を小さくして圧力損失を
発生させることにより油圧負荷が増大するため、エンジ
ン20がオーバーランするのを防止することも可能であ
る。 また上記実施例の効果としては、制御器23や電子ガバ
ナ20aのソレノイド、もしくはラック位置検出器の何れ
が故障しても、冗長回路を選択することにより、作業の
続行が可能で、しかも作業中エンストやエンジンのオー
バーランを防止することができる。 発明の効果 この発明は以上詳述したように、作業内容に応じて重
負荷モード、標準負荷モード、軽負荷モードを選択する
負荷モード選択手段と、エンジンの最高回転領域を設定
するスロットル量出力手段と、上記作業器操作レバーの
操作量を電気変換して出力するレバー操作量出力手段と
を具備し、上記負荷モード選択手段により選択された軽
負荷モード信号と、上記スロットル量出力手段により設
定されたエンジン最高回転領域信号を基に、作業機操作
レバーの操作量に対応した可変容量型油圧ポンプの吐出
流量を算出し、かつ予め記憶された可変容量型油圧ポン
プの吐出圧と流量の関係を示すPQマップと、エンジンの
回転数とトルクの関係を示す目標エンジンマップ及び可
変容量型油圧ポンプの吐出圧と斜板角の関係を示す目標
ポンプマップから、エンジンの効率の高い回転領域と、
可変容量型油圧ポンプの効率の高い斜板角領域でマッチ
ングするようエンジンの回転数及び可変容量型油圧ポン
プの斜板角を制御するようにしたもので、軽負荷モード
選択時、低流量時エンジンの回転を低く、かつ可変容量
型油圧ポンプの斜板角を大きくして、効率の高い領域で
可変容量型油圧ポンプを駆動することにより作業に必要
な流量が得られるようになるため、燃料消費率の低減及
び騒音の低減が図れるようになる。 また軽負荷モード時に可変容量型油圧ポンプの傾転角
を大きくすることによって、エンジンの回転数を低減さ
せても油圧吐出量はさほど低下しないため、従来の同様
な作業速度を確保することができ、これによって作業能
率が低下するのを防止することもできる。
【図面の簡単な説明】 図面はこの発明の一実施例を示し、第1図はブロック
図、第2図、第3図は作用説明図、第4図及び第5図は
他の実施例を示す説明図である。 1は作業機操作レバー、5は可変容量型油圧ポンプ、6
はエンジン。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.エンジン(6)により駆動される可変容量型油圧ポ
    ンプ(5)の吐出油圧流量を、作業機操作レバー(1)
    により操作される操作弁を介して作業機アクチュエータ
    へ供給するようにした建設機械において、作業内容に応
    じて重負荷モード(H)、標準負荷モード(S)、軽負
    荷モード(L)を選択する負荷モード選択手段(3)
    と、エンジン(6)の最高回転領域を設定するスロット
    ル量出力手段(4)と、上記作業機操作レバー(1)の
    操作量を電気変換して出力するレバー操作量出力手段と
    を具備し、上記負荷モード選択手段(3)により選択さ
    れた軽負荷モード(L)信号と、上記スロットル量出力
    手段(4)により設定されたエンジン最高回転領域信号
    を基に、作業機操作レバー(1)の操作量に対応した可
    変容量型油圧ポンプ(5)の吐出流量を算出し、かつ予
    め記憶された可変容量型油圧ポンプ(5)の吐出圧
    (P)と流量(Q)の関係を示すPQマップと、エンジン
    (6)の回転数(N)とトルク(T)の関係を示す目標
    エンジンマップ及び可変容量型油圧ポンプ(5)の吐出
    圧(P)と斜板角(θ)の関係を示す目標ポンプマップ
    から、エンジン(6)の効率の高い回転領域と、可変容
    量型油圧ポンプ(5)の効率の高い斜板角領域でマッチ
    ングするようエンジン(6)の回転数(N)及び可変容
    量型油圧ポンプ(5)の斜板角(θ)を制御することを
    特徴とする建設機械の制御装置。
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