JP2805478B2 - 建設機械の動力制御装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、搭載する１台のエンジンを高速の走行用
動力と作業装置作動用動力とに併用する建設機械におけ
る動力の制御方法に関するものである。

従来の技術 本体に作業装置を備え、自走する形式の建設機械にお
いては、一般的に、作業装置作動用動力源として、その
動力の配分、制御が容易で確実なことから、エンジンで
駆動される油圧ポンプの吐出圧油を油圧切換弁その他の
制御用油圧機器を介して作業装置用アクチュエータに適
宜配分する方法が、また、走行動力源としては、エンジ
ンの回転力をクラッチ、変速機、減速機などを介して直
接機械的に、或いは、作業装置のときと同様、油圧ポン
プの吐出油圧を走行用アクチュエータに供給する方法が
採用される。

しかしながら、例えば走行装置の形式がクローラタイ
プであったり、大形の建設機械であったりする場合にお
いては、その走行速度は諸種のニーズ、制約などの関係
から極低速度であるが、中形機械以下で、特に、ホィー
ルタイプのものでは自走による回走、作業現場間の移動
が頻繁に要求され、これらを含めた全体の作業能率を向
上させる目的で、その自走速度は毎時数10Kmが要求され
る。従って、走行用の動力は、その機械の作業装置作動
用の動力よりも一段と大きい動力が必要となるので、こ
の様な建設機械に搭載するエンジンは、走行用動力を十
分にまかなえる出力を発揮するものを選定し、作業装置
を作動させるときには、そのアクチュエータに必要な油
量となるようエンジンの回転速度、出力を運転者がアク
セルレバの加減操作を、その都度、行っている。

この種の建設機械の１例として、第５図の油圧走行式
ホィールタイプ油圧ショベルの運転操作について説明す
ると、この図において、１は下部走行体で、前車輪７、
後車輪８を含む車軸上に支持され、２はエンジン３、該
エンジン３で駆動される油圧ポンプ４、運転席、各種制
御機器などを搭載し、前方には、図示を省略したが油圧
のアクチュエータで作動する作業装置を枢支した上部旋
回体であり、該上部旋回体は旋回ベアリングを介して下
部走行体に旋回自在に取付けてある。

前車輪７、後車輪８はプロペラシャフトを介しトラン
スファケース６に連結され、該トランスファケース６の
入力軸に直結した走行用油圧モータ５が設けてあり、該
油圧モータ５が正逆に回転することにより、前車輪７、
後車輪８が正逆に回転して油圧ショベルを前後進させる
ようにしている。また、運転席の付近には、操向用ハン
ドル、作業装置作動用操作装置のほか、エンジン３の回
転速度、出力制御用として、ガバナレバ９をフレキシブ
ルシャフト24を介して回動させ、回転速度を増減させる
アクセルレバ22、走行用油圧モータ５へ油圧ポンプ４の
吐出圧油の配分操作をする走行ペダル25、走行用油圧モ
ータ５へ供給する油圧の方向を正逆に、または、中立の
停止位置に切換える前後進レバ23などが配置してある。

そうして、先にも述べた如く、作業装置作動中は、エ
ンジン３の回転速度，出力は、走行時のそれよりも小さ
くなければならないので、アクセルレバ22を図示のＷ位
置にしてエンジン３の回転速度，出力を中程度に絞って
使用し、作業装置用のアクチュエータに適した油量が油
圧ポンプ４から得られる様にし、走行時には、前後進レ
バ23を所望の位置に操作し、走行ペダル25を踏込み、さ
らにアクセルレバ22をＴ位置に設定することによりエン
ジン３の回転速度，出力を最大とし、増量した油圧ポン
プ４の吐出圧油で高速走行をなし、また、作業および走
行の何れも行わない、いわゆる作業待などのときは、ア
クセルレバ22をＬ位置に操作して、エンジン３を低速回
転域であるアイドリング状態にしておく。

発明が解決しようとする課題 このような従来の制御装置を備えた建設機械の運転に
当っては、運転者は、作業装置作動用の操作装置を常時
操作しなければならないのは当然であるが、同時に、作
業途中における現場移動のための走行、作業装置の作動
の都度、並びに、それらの作動速度に要求される緩急の
都度および作業待がある毎に、アクセルレバ22を頻繁に
操作する必要にせまられ、運転操作は極めて繁雑のとな
り疲労と作業能率の低下にもつながる。また、このよう
な機械に習熱すると作業能力低下を防止するため、運転
者は、作業中においてアクセルレバ22を常時Ｗ位置に設
定したまま、作業装置作動用の操作装置の操作加減のみ
で間欠的な作業をもこなしていく傾向となり、エンジン
の高速回転による周囲への騒音は大きく、また、無駄な
燃料消費にもつながる。

この発明は上記に鑑み、エンジンの回転速度、すなわ
ち、出力を従来のアクセルレバにより所望の値に設定す
ることができるのは勿論であるが、この他に、アクセル
ペダルでエンジンの回転速度を、その踏込量に応じて制
御し、しかも、走行時においてはエンジンのアイドリン
グ状態から、高速走行に必要な高速回転、高出力と、油
圧ポンプの最大吐出油量が得られ、反面、作業装置の作
動操作をするときは、走行，停車に関係なく、その作動
に適合する速度の範囲内で、エンジンはアイドリング状
態から中間回転速度、中間出力と、油圧ポンプは中間吐
出油量になるまで自由に得られ、何れの場合もアクセル
ペダルを解放するとエンジンはアイドリング状態に、油
圧ポンプは最小の容積に、または、アクセルレバで設定
した状態に、自動的に復帰するような動力制御の実現を
課題とするものである。

課題を解決するための手段 エンジンで駆動される可変容積形式の油圧ポンプの吐
出圧油により作業装置の作動ならびに高速走行をなさし
める建設機械において、走行中立時の信号を取出す中立
信号検出手段と、所望の位置に設定可能のアクセルレバ
の作動角度に比例する信号を発するアクセルレバ検出手
段と、不作動位置に自動復帰するアクセルベダルの作動
角度に比例する信号を発するアクセルペダル検出手段
と、前記アクセルレバ検出手段と前記アクセルペダル検
出手段からの信号が入力されるコントローラと、前記エ
ンジンのガバナレバを回動させるアクチュエータと、前
記油圧ポンプの油馬力を増減する信号を発する減馬力信
号発生手段とを有し、前記コントローラは、前記アクセ
ルレバ検出手段と前記アクセルペダル検出手段からの信
号に比例して前記ガバナレバと減馬力信号発信手段に出
力信号を出力するとともに、前記中立信号検出手段の信
号により走行中立状態であることが判断されたとき、前
記エンジンの最大回転速度を所定値に制限する出力信号
を前記アクチュエータに出力し、更に前記油圧ポンプの
油馬力を低減させる出力信号を前記減馬力信号発生手段
に出力するようにした。或いはまた、エンジンで駆動さ
れる可変容積形式の油圧ポンプの吐出圧油により作業装
置の作動ならびに高速走行をなさしめる建設機械におい
て、走行中立状態を検出する工程と、前記エンジンの回
転速度を任意設定するアクセルレバの操作状態を検出す
る工程と、操作量に応じて前記エンジンの回転数を随時
変更するアクセルペダルの操作状態を検出する工程と、
走行が中立状態でないことが検出されたとき、前記アク
セルレバ或いはアクセルペダルの操作量に対応して制御
される前記エンジンの回転速度の設定最大回転速度を最
大回転速度に設定するとともに、前記油圧ポンプの油馬
力を最大馬力まで出力可能とする工程と、走行が中立状
態であることが検出されたとき、前記設定最大回転速度
を前記最大回転速度より低速な中間回転速度に制限する
とともに前記油圧ポンプの油馬力を低減する工程とを有
する制御方法により制御するようにした。

作用 本発明によれば、アクセルレバ、アクセルペダル何れ
の操作時においても、機械を定置して作業装置を作動さ
せるときには、エンジンの負荷時回転速度，出力および
油圧ポンプの容積は、作業装置作動に適した値以上にな
らないよう制限を受け、走行時にはこの制限が解除さ
れ、エンジンの負荷時回転速度，出力、油圧ポンプの容
積ともに最大出力が可能となって高速走行を可能とす
る。より具体的に本願発明の装置構成に基づいて述べる
と、走行中立状態であって、アクセルレバまたはアクセ
ルペダルをエンジンアイドリング状態位置から最大回転
速度位置まで作動させていくと、その作動角度に比例し
てコントローラの出力信号はエンジンの回転速度を上昇
させるべくアクチュエータに作用するが、中立信号検出
手段からの信号が同時にコントローラに入力されている
ので、該コントローラからアクチュエータへ入力する信
号は該アクチュエータがガバナレバの回転角度の最大値
を制限し、エンジンは中間回転速度、中間出力でもって
運転を続けることと、減馬力信号発生手段はコントロー
ラからの信号により、油圧ポンプの流量調整弁に減馬力
信号を供給し油馬力を低減させることと相まって、油圧
ポンプは作業装置作動用アクチュエータの作動に適した
吐出油量の範囲内で、アクセルレバ、アクセルペダルの
作動角度に応じた油量を吐出する。

走行を開始するべく走行中立状態から前進または後進
状態に変化させると、コントローラは、中立信号検出手
段から信号が入力されないので何ら制限を受けることな
く、アクセルレバ検出手段またはアクセルペダル検出手
段からの信号に比例した出力信号をアクチュエータに作
用させる結果、エンジンは最高回転速度、最高出力を発
揮し、油圧ポンプの流量調整弁に作用する減馬力信号発
生手段からの信号は、該油圧ポンプの油馬力を増大さ
せ、高速走行に必要な動力と圧油を得る。

以上何れの場合においても、アクセルレバをアイドリ
ング位置に設定し、アクセルペダルでエンジンの制御を
する場合、アクセルペダルを解放するとエンジンはアイ
ドリング状態に復帰し、アクセルレバをアイドリング位
置以外の位置に設定しておくと、アクセルペダルを解放
したとき、エンジンはアクセルレバの設定位置に応じた
回転速度で運動を続ける。

実施例 この発明の実施例を第１図に基づいて説明する。図に
おいて、４はエンジン３で駆動され、走行用、作業装置
作動用の油圧源となる油圧ポンプ、９はエンジン３の回
転速度、すなわち、出力を増減させるガバナレバで、矢
印Ａ方向に回動するにつれ最大回転速度、最大出力とな
る迄増速し、矢印Ｂ方向に回動するとアイドリング状態
まで減速するようになっており、アクチュエータ17によ
り回動される。

10は図示のL,W,T各位置間の所望の位置に設定し、そ
の位置を保持すつことのできるアクセルレバで、その設
定位置に連動して、ポテンショメータなどから構成され
るアクセルレバ検出手段14を作動させ、該アクセルレバ
検出手段14はアクセルレバ10の作動角度に応じた信号を
出力する。11は走行中立、前進、後進を選択的に指令す
る前後進指令発信手段で、その位置が図示のＯ位置では
走行中立で機体は停止、Ｆ位置では前進走行、Ｒ位置で
は後進走行の指令信号を発信する。13は上記前後進指令
発信手段11の信号を受け、走行中立、すなわち、Ｏ位置
のときのみ信号を出力する中立信号検出手段であり、12
は自動復帰式となったアクセルペダルで、これに連動
し、ポテンショメータなどで構成されるアクセル検出手
段15は、アクセルペダル12の踏込作動角度に応じた信号
を出力する。また、16はコントローラであり、信号回路
18,19,20を介して、それぞれ、中立信号検出手段13、ア
クセルレバ検出手段14、アクセルペダル検出手段15の信
号を受け、アクセルレバ検出手段14、アクセルペダル検
出手段15の大きい側の信号、すなわち、アクセルレバ1
0、アクセルペダル12の何れか大きい作動角度信号に正
比例し、中立信号検出手段13の信号が入力されると上限
を制限される信号を、信号回路21を介してアクチュエー
タ17に通じ、該アクチュエータ17は、その出力信号に比
例してガバナレバ９をＡ方向に回動させ、更に、信号回
路27を介してアクセルレバ10、アクセルペダル12の何れ
か大きい作動角度信号に逆比例し、中立信号検出手段13
の信号が入力されると最大となる信号を減馬力信号発生
手段26の受信部に供給する。この減馬力信号発生手段26
は、この実施例においては図示の如く、各種操作系の油
圧源用のパイロットポンプ30の圧油を油圧源とし、受信
部に作用する信号に比例した圧油を二次側に発生させる
電磁比例弁であり、二次側の圧力信号は信号回路28を介
して後述の流量調整弁31の受信部ｂに導いてあり、二次
側の圧油の圧力が高い程、油圧ポンプ４を減馬力して運
転させる。

なお、アクセルレバ10の回動位置を示すL,M,Tの各位
置は、それぞれ、アクセルレバ10を単独に作動させたと
き、アクセルレバ検出手段14の信号がコントローラ16、
アクチュエータ17、ガバナレバ９の作用により、エンジ
ン回転速度が、アイドリングのとき、作業時に適した回
転速度のとき、高速走行に必要な回転速度のときの操作
位置を示しており、このことを第２図のエンジンの回転
速度Ｎとそのときの出力PSの関係を示す線図により説明
する。

係を示す線図により説明する。

アクセルペダル12は解放状態、アクセルレバ10はＬ位
置のとき、エンジン３の回転速度はN₀なる、いわゆる、
アイドリング状態でエンジン騒音は低い。アクセルレバ
10をＷ位置に設定すると、ガバナレバ９は矢印Ａ方向に
回動し、エンジン３は、負荷状態で、回転速度N₁、出力
PS₁となり、これに結合した油圧ポンプ４は、その回転
速N₁に比例して駆動され、吐出圧油の量もこの回転速度
N₁ととともに増量する。さらにアクセルレバ10をＴ位置
まで回動させて設定すると、エンジン３は負荷状態で、
回転速度N₂、出力PS₂と、より高回転速度、高出力とな
り、油圧ポンプ４の吐出油量も比例的に増量する。

一方、31は油圧ポンプ４の１回転当りの容積を増減さ
せる流量調整弁で、受信部ａと、減馬力手段を構成する
ｂなる受信部とを有しており、ａは吐出圧力に比例して
１回転当りの容積を減少させることにより、吐出油量と
吐出圧力の相乗積から求められる油馬力を一定とする等
馬力運転用の受信部であり、ｂは外部からの信号に比例
し、吐出圧力には関係なく、１回転当りの容積を漸減さ
せるための受信部である。

この減馬力手段の機能を第３図の吐出圧力と容積の関
係を示す線図で説明すると、受信部ａに作用する吐出圧
力Ｐが図のＯからP₂の間は油圧ポンプ４の容積は最大の
qmであるが、吐出圧力がPmに近づくに従い容積はqmから
q₂になり、各圧力Ｐに対する容積ｑはＰ・ｑの相乗積が
一定となる点線で示す等馬力曲線Ｃ上の値となるように
してあり、実用の油圧ポンプでは、この等馬力曲線Ｃに
沿った折線Ｄの状態で運転される。

また、受信部ｂに信号が作用すると、同一吐出圧力Ｐ
のもとにおいても、折線Ｄ上の容積ｑよりも少ない容積
となる等馬力曲線Ｅ（実用の油圧ポンプにおいては折線
Ｇ）に沿って運転されるようになっている。例えば、図
の吐出圧力がP₂のとき折線Ｄ上の容積はqmであるのに対
し、折線Ｇ上の容積はq₃と減少する。従って、第３図の
等馬力曲線ＣおよびＥ上の各条件で油圧ポンプ４を回転
速度Ｎで運転したときの油馬力が、それぞれ、第２図の
PS₁およびPS₂に近く、それ以下であれば、油圧ポンプ４
はエンジン３で効率よく、円滑に駆動されることとな
る。

以上の構成からなるこの発明の作用について説明す
る。

機械を定置してエンジン３を或る所望の回転速度の下
で作業装置を作動させるときは、従来技術におけると同
様、アクセルレバ10を任意の位置に設定すればよいので
あるが、このとき、前後進指令発信手段は走行中立のＯ
位置にあるので、中立信号発信手段13の信号はコントロ
ーラ16に作用し、アクセルレバ10が、たとえ、Ｗ位置を
越えて設定されても、コントローラ16からアクチュエー
タ17に入力する信号はエンジン３を第２図の回転速度
N₁,出力PS₁またはそれ以下の、さらに、コントローラ16
から減馬力信号発生手段26に入力する信号は流量調整弁
31の減馬力手段である受信部ｂへ圧力信号を発生させ、
油圧ポンプ４を第３図の等馬力曲線Ｅまたはそれ以下の
等馬力曲線Ｉなどの運転状態にさせる。従って、油圧ポ
ンプ４の吐出油量は作業装置の作動に許容される安全で
適した範囲で、しかも、エンジン３の負荷も過不足なく
経済的な運転となる。

次に、作業装置の作動速度に緩急変化が要求されると
き、間欠作業のときは、アクセルレバ10はＬ位置でエン
ジン３の回転速度をアイドリング状態であるNoにしてお
き、アクセルペダル12を加減しながら作業装置用の操作
レバを操作すれば所望の速度が得られ、また、間欠作業
における作業待の時には、アクセルペダル12から足を離
し解放するとエンジン３の回転速度は直ちにNoになるの
で騒音の発生は少ない。このように、アクセルペダル12
を操作しながら作業する場合においても、上記と同様、
アクセルペダル12の踏込作動角度に比例して、エンジン
３の回転速度はNoから負荷時回転速度N₁へと上昇し、油
圧ポンプ４は等馬力曲線ＩからＥへと次第に能力を増大
していくが、踏込作動角度の如何にかからわずエンジン
３の回転速度はN₁を越えることはなく、油圧ポンプ４の
能力は等馬力曲線Ｅを越えることはない。

次に、高速走行をするときは、前にも述べたように、
エンジン３は高回転速度、高出力とならねばならない
が、このときは、前後進指令発信手段11はＦまたはＲ位
置にあり、中立信号検出手段13はコントローラ16に信号
を入力しないので、アクセルペダル12の踏込作動角度に
応じた信号がアクセルペダル検出手段15からコントロー
ラ16に入力され、最大の踏込作動角度のとき、該コント
ローラ16からアクチュエータ17への信号は最大となり、
該アクチュエータ17はガバナレバ９を矢印Ａ方向へと最
大に回動させ、減馬力信号発生手段26への信号は最小と
なり、該減馬力信号発生手段26は減馬力手段の受信部ｂ
に圧力信号を作用させないので、エンジン３は負荷時回
転速度N₂、出力PS₂、また、油圧ポンプ４は等馬力曲線
Ｃ近くで運転を続けることとなり、高速走行を満足する
油量が得られることのほか、アクセルペダル12の踏込加
減により走行速度を加減することもできる。また、車速
を変動させる必要がなく、定速走行が安全であるとき
は、アクセルレバ10を所望の位置に設定して走行するこ
とも勿論可能である。

以下の実施例においては、アクチュエータ17、減馬力
信号発生手段26へコントローラ16からの電気信号を直接
作用させる如くしたが、このほか、コントローラ16の信
号を油圧、空気圧などに変換して使用することも可能
で、組合わせる機器によって選択すればよい。

第４図は、この発明の第２実施例を示す要部の電気油
圧系統図であるが、この実施例においてはコントローラ
16から減馬力信号発生手段26への信号回路27の途中、ま
たは、コントローラ16に内蔵せしめて、例えば可変抵抗
器などの如き信号可変手段29を設け、アクセルレバ10、
アクセルペダル12の作動角度に応じて、油圧ポンプ４の
特性を、第３図における等馬力曲線H,I、または、これ
らの曲線と交わる不等馬力曲線Ｊなどの如く、信号可変
手段29で予め設定しておくことにより、走行・作業が混
在するとき、高速走行を除外するとき、大油量を必要と
する特殊作業工具を使用するときなど有効である。

発明の効果 この発明の動力制御装置及び方法においては、アクセ
ルレバ、アクセルペダル何れの操作時においても、機械
を定置して始業装置を作動させるときには、エンジンの
負荷時回転速度，出力および油圧ポンプの容積は、作業
装置作動に適した値以上にならないよう制限を受け、走
行時にはこの制限が解除され、エンジンの負荷時回転速
度，出力、油圧ポンプの容積ともに最大出力が可能とな
って高速走行を可能としている。従って、作業，走行の
都度、また、作業速度、走行速度の緩急の都度、アクセ
ルレバを操作することなく、アクセルペダルの操作のみ
で所望の作業装置の作業速度、走行速度がそれぞれ安全
な範囲で、しかも、経済的な運転状態の下で得られ、運
転者の疲労も、それだけ少なく作業能率は向上するう
え、間欠的な作業等において、作業装置の作動を中断し
たり、停車をするときに、アクセルペダルから足を離せ
ば、エンジンに直ちにアイドリング状態となるので無駄
な燃料消費はなく、騒音も少なくてすむ。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す動力制御方法を示す模
式図、第２図はエンジンの回転速度と出力との関係を示
す線図、第３図は油圧ポンプの特性を示す線図、第４図
はこの発明の他の実施例を示す要部の電気・油圧系統
図、第５図は油圧走行式ホィールタイプ油圧ショベルに
おける従来の動力制御装置の１例を示す側面図である。 ９……ガバナレバ 10……アクセルペダル 11……前後進指令発信手段 12……アクセルペダル 13……中立信号検出手段 14……アクセルレバ検出手段 15……アクセルペダル検出手段 16……コントローラ 17……アクチュエータ 26……減馬力信号発生手段 29……信号可変手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−72840（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−149544（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−32089（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−156136（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−47339（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−34338（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 11/10 F02D 29/04 F02D 41/04 E02F 9/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンで駆動される可変容積形式の油圧
   ポンプの吐出油圧により作業装置の作動ならびに高速走
   行をなさしめる建設機械において、走行中立時の信号を
   取出す中立信号検出手段と、所望の位置に設定可能のア
   クセルレバの作動角度に比例する信号を発するアクセル
   レバ検出手段と、不作動位置に自動復帰するアクセルペ
   ダルの作動角度に比例する信号を発するアクセルペダル
   検出手段と、前記アクセルレバ検出手段と前記アクセル
   ペダル検出手段からの信号が入力されるコントローラ
   と、前記エンジンのガバナレバを回動させるアクチュエ
   ータと、前記油圧ポンプの油馬力を増減する信号を発す
   る減馬力信号発生手段とを有し、前記コントローラは、
   前記アクセルレバ検出手段と前記アクセルペダル検出手
   段からの信号に比例して前記ガバナレバと減馬力信号発
   信手段に出力信号を出力するとともに、前記中立信号検
   出手段の信号により走行中立状態であることが判断され
   たとき、前記エンジンの最大回転速度を所定値に制限す
   る出力信号を前記アクチュエータに出力し、更に前記油
   圧ポンプの油馬力を低減させる出力信号を前記減馬力信
   号発生手段に出力することを特徴とする建設機械の動力
   制御装置。
2. 【請求項２】エンジンで駆動される可変容積形式の油圧
   ポンプの吐出圧油により作業装置の作動ならびに高速走
   行をなさしめる建設機械において、走行中立状態を検出
   する工程と、前記エンジンの回転速度を任意設定するア
   クセルレバの操作状態を検出する工程と、操作量に応じ
   て前記エンジンの回転数を随時変更するアクセルペダル
   の操作状態を検出する工程と、走行が中立状態でないこ
   とが検出されたとき、前記アクセルレバ或いはアクセル
   ペダルの操作量に対応して制御される前記エンジンの回
   転速度の設定最大回転速度を最大回転速度に設定すると
   ともに、前記油圧ポンプの油馬力を最大馬力まで出力可
   能とする工程と、走行が中立状態であることが検出され
   たとき、前記設定最大回転速度を前記最大回転速度より
   低速な中間回転速度に制限するとともに、前記油圧ポン
   プの油馬力を低減する工程とを有することを特徴とする
   建設機械の動力制御方法。