JP4271194B2 - 油圧駆動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば油圧ショベルの油圧駆動系を制御する油圧駆動制御装置に関するものである。
一般に油圧ショベルは、エンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプを備え、この油圧ポンプから吐出される圧油を各種油圧アクチュエータに対し制御弁を介して給排することにより、作業機、旋回装置および走行装置をそれぞれ駆動制御するようにされている。この油圧ショベルにおいては、エンジンの出力トルク特性と油圧ポンプの吸収トルク特性とを例えばエンジンの燃費効率の高い所でマッチングさせるために、油圧ポンプの吸収馬力〔＝Ｐ（吐出圧）×Ｑ（吐出流量）〕を一定に制御する等馬力制御が行われる。
従来、この種の油圧ショベルにおいて、アームを前方に向けて回動作動させるアームダンプ動作時にアームシリンダから押し出される作動油を制御弁を介してタンクに還流させる主還流路に加えて、同作動油の一部をタンクへ直接に還流させる副還流路を設けることにより、アームダンプ動作時の戻り回路における圧力損失を抑制して作動圧を下げ、油圧ロスの低減を図るようにされた技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３３９９０４号公報
また、前記油圧ポンプを２つ連設し、一方の油圧ポンプの吐出油をアームシリンダに、他方の油圧ポンプの吐出油をバケットシリンダにそれぞれ供給する分流状態と、両油圧ポンプの吐出油を合流させてアームシリンダおよびバケットシリンダのいずれかに優先的に供給する合流状態とを切換可能に構成することにより、分流状態として油圧ロスの低減を、合流状態としてアームおよびバケットのいずれかの掘削動作の高速化をそれぞれ図るようにされた技術も知られている。
しかしながら、前記各従来技術では、油圧ポンプの出力が一定に制御されていることから、油圧ロスが低減されると油圧ポンプの吐出油量が増加して作業量が増えることになる。このように作業量が増えることで作業量当りの燃費が低減されるという好ましい効果が得られるももの、一方においてユーザはその効果を実感し難いという問題点がある。
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、油圧ロス低減効果をユーザが最も実感し易い燃費低減効果に転化することのできる油圧駆動制御装置を提供することを目的とするものである。
前記目的を達成するために、第１発明による油圧駆動制御装置は、
エンジンにより駆動される油圧ポンプから吐出される圧油を油圧アクチュエータに対し制御弁を介して給排することによりその油圧アクチュエータを駆動する駆動油圧回路と、前記油圧アクチュエータの駆動に伴いその油圧アクチュエータから排出される作動油の一部をタンクへ直接に還流させるクイックリターン回路とを備える油圧駆動制御装置において、
前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段を設け、このエンジン制御手段は、前記クイックリターン回路が開作動されているときに、前記エンジンの出力を抑制する制御を行うことを特徴とするものである。
第１発明において、前記クイックリターン回路の背圧を検出する背圧検出手段が設けられ、前記エンジン制御手段は、前記背圧検出手段により検出される背圧値に基づいて前記エンジンの出力抑制量を調整するのが好ましい（第２発明）。
第１発明または第２発明において、前記油圧アクチュエータは油圧ショベルのアームシリンダであり、前記クイックリターン回路は、アームダンプ動作時に作動されるのが好ましい（第３発明）。
第１発明においては、クイックリターン回路の開作動によって油圧ロスが低減されることにより、油圧アクチュエータを駆動する上で必要とされる作動圧が低減され、これによってエンジンに対する要求負荷が軽減される。また、クイックリターン回路の開作動時には、エンジン制御手段により、エンジンの出力が抑制される。本発明によれば、クイックリターン回路の開作動によってエンジン負荷が軽減され、これに合わせてエンジン出力が抑制されるように構成されているので、エンジン出力が落ちてもオペレータが操作する上で違和感がなく燃料消費量を低減することができる。したがって、油圧ロス低減効果をユーザが最も実感し易い燃費低減効果に転化することができる。
また、第２発明の構成を採用することにより、油圧ロス低減効果に見合う燃費低減効果を確実に得ることができる。
また、第３発明の構成を採用することにより、油圧ショベルにおいて実施される全作業内容の中でも動作占有率が比較的高いアームダンプ動作時の油圧ロスが低減され、かかる油圧ロス低減効果が燃費低減効果に転化されるので、ユーザが燃費低減効果をより実感し得る油圧ショベルを提供することができる。
図１は本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。 図２は一実施形態に係る油圧駆動制御装置の油圧回路図である。 図３はエンジン出力の抑制制御に関わる制御マップである。
符号の説明
１ 油圧ショベル
８ アーム
９ バケット
１１ アームシリンダ
１２ バケットシリンダ
１５，６０ 油圧駆動制御装置
１６ エンジン
１７ 油圧ポンプ
１７Ａ 第１の油圧ポンプ
１７Ｂ 第２の油圧ポンプ
１９ 燃料噴射装置
１９ａ 電子ガバナ
２０ コントローラ
２１ エンジン制御装置
２２ 第１方向制御弁
２５ 第２方向制御弁
３８ タンク
４０ 第１戻り回路
４１ 第２戻り回路
４２ クイックリターン回路
４３ クイックリターン弁
５７ 圧力センサ
次に、本発明による油圧駆動制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に述べる各実施形態は、油圧ショベルの油圧駆動系に本発明が適用された例である。
図１には、本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの側面図が示されている。また、図２には、本実施形態の油圧駆動制御装置に係る油圧回路図が示されている。
本実施形態に係る油圧ショベル１は、図１に示されるように、下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回装置３を介して配される上部旋回体４と、この上部旋回体４の前部左方位置に設けられる運転室５と、その上部旋回体４の前部中央位置に取着される作業機６を備えて構成されている。前記作業機６は、上部旋回体４側から順にブーム７、アーム８およびバケット９がそれぞれ回動可能に連結されてなり、これらブーム７、アーム８およびバケット９のそれぞれに対応するように油圧シリンダ（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２）が配置されている。
この油圧ショベル１に具備される油圧駆動制御装置１５は、図２に示されるように、ディーゼル式のエンジン１６と、このエンジン１６により駆動される可変容量型の油圧ポンプ１７と、前記運転室５内に設置される操作手段１８を備えている。
前記エンジン１６には、電子ガバナ１９ａを具備する燃料噴射装置１９が付設されている。かかる電子ガバナ１９ａに対しては、目標とするエンジン出力特性に対応させて設定される燃料噴射特性マップに基づく燃料噴射信号がコントローラ２０から入力されるようになっている。こうして、自由なエンジン出力特性が得られるようにされている。ここで、コントローラ２０の記憶領域には、後述するクイックリターン回路４２の働きによって得られる油圧ロス低減量と正の相関関係にあるそのクイックリターン回路４２の開作動量を、当該クイックリターン回路４２の圧力値に置き換え、この圧力値に応じたエンジン出力抑制率を設定することで得られる制御マップ（図３参照）が予め記憶されている。なお、燃料噴射装置１９およびコントローラ２０を含んでなるエンジン制御装置２１が本発明における「エンジン制御手段」に相当する。
前記油圧ポンプ１７は、３位置方向切換弁で構成される第１方向制御弁２２におけるポンプポート２３および一次側リターンポート２４に接続されるとともに、３位置方向切換弁で構成される第２方向制御弁２５におけるポンプポート２６に接続されている。
前記第１方向制御弁２２におけるシリンダポート２７およびシリンダポート２８は、それぞれアームシリンダ１１におけるボトム側Ａポート２９およびヘッド側ポート３０に接続されている。一方、前記第２方向制御弁２５におけるシリンダポート３１，３２は、アームシリンダ１１におけるボトム側Ｂポート３３に接続されている。また、第１方向制御弁２２における２次側リターンポート３４およびタンクポート３５、並びに第２方向制御弁２５におけるタンクポート３６は、それぞれオイルクーラ３７を介してタンク３８に接続されている。
この油圧駆動制御装置１５において、アームシリンダ１１におけるボトム側の戻り回路は、第１戻り回路４０と第２戻り回路４１とに二分されている。ここで、第１戻り回路４０は、ボトム側油室１１ａから排出される作動油をボトム側Ａポート２９から第１方向制御弁２２のシリンダポート２７、タンクポート３５およびオイルクーラ３７を通してタンク３８へと導く流路で構成されている。一方、第２戻り回路４１は、ボトム側油室１１ａから排出される作動油をボトム側Ｂポート３３から第２方向制御弁２５のシリンダポート３１、タンクポート３６およびオイルクーラ３７を通してタンク３８へと導く流路で構成されている。そして、前記第２戻り回路４１には、当該回路４１に流通する作動油をタンク３８へ直接に還流させるクイックリターン回路４２に切り換えるクイックリターン弁４３が設けられている。
前記クイックリターン弁４３は、アームシリンダ１１のボトム側Ｂポート３３に接続されるシリンダポート４４、第２方向制御弁２５のシリンダポート３１，３２に接続されるバルブポート４５、タンク３８に接続されるタンクポート４６、パイロット圧油入力ポート４７およびドレンポート４８をそれぞれ有してなるクイックリターン弁本体と、シリンダポート４４とタンクポート４６との間の流路を開閉する主弁４９と、この主弁４９の開閉作動を制御する制御弁５０を備え、制御弁５０が後述するパイロット弁５３からのパイロット圧油を受けてシリンダポート４４とドレンポート４８とを連通するように切換操作されると、主弁４９が開作動されてシリンダポート４４とタンクポート４６とが連通されるように構成されている。
前記操作手段１８は、操作レバー５１と、この操作レバー５１の傾倒操作にて切り換え操作されるパイロット弁５２，５３を備え、各パイロット弁５２，５３における入力ポートは、パイロット圧油を発生するパイロットポンプ５４に接続されている。前記パイロット弁５２の出力ポートは、第１方向制御弁２２の一方の操作部２２ａ、および第２方向制御弁２５の一方の操作部２５ａにそれぞれ接続されている。一方、パイロット弁５３の出力ポートは、第１方向制御弁２２の他方の操作部２２ｂ、第２方向制御弁２５の他方の操作部２５ｂおよびクイックリターン弁４３における制御弁５０の操作部５０ａにそれぞれ接続されている。
前記パイロット弁５３の出力ポートと制御弁５０の操作部５０ａとを接続するパイロット圧管路５５には、圧力スイッチ５６が設けられている。また、前記クイックリターン回路４２には、当該回路４２の背圧を検出する圧力センサ（背圧検出手段）５７が設けられている。そして、圧力スイッチ５６からのＯＮ信号、および圧力センサ５７からの背圧検出信号は、それぞれ前記コントローラ２０に入力されるようになっている。
以上に述べたように構成される本実施形態の油圧駆動制御装置１５の作動について図２を用いて以下に説明する。
操作レバー５１を図２中矢印Ｃ方向に傾動操作すると、パイロット弁５２の出力ポートからパイロット圧油が送出され、このパイロット圧油が第１方向制御弁２２における一方の操作部２２ａおよび第２方向制御弁２５における一方の操作部２５ａにそれぞれ作用して、第１方向制御弁２２および第２方向制御弁２５がそれぞれＡ位置に切り換えられる。これにより、油圧ポンプ１７から吐出される圧油は、第１方向制御弁２２を介してアームシリンダ１１のボトム側Ａポート２９に、第２方向制御弁２５を介してアームシリンダ１１のボトム側Ｂポート３３にそれぞれ導かれてアームシリンダ１１のボトム側油室１１ａに供給される。これと同時に、アームシリンダ１１のヘッド側油室１１ｂの作動油は、ヘッド側ポート３０から第１方向制御弁２２およびオイルクーラ３７を介してタンク３８に回収される。こうして、アーム８を手前に回動作動させるアーム掘削動作が行われる。
一方、操作レバー５１を図２中矢印Ｄ方向に傾動操作すると、パイロット弁５３の出力ポートからパイロット圧油が送出され、このパイロット圧油が第１方向制御弁２２における他方の操作部２２ｂおよび第２方向制御弁２５における他方の操作部２５ｂにそれぞれ作用して、第１方向制御弁２２および第２方向制御弁２５がそれぞれＢ位置に切り換えられる。これにより、油圧ポンプ１７から吐出される圧油は、第１方向制御弁２２を介してアームシリンダ１１のヘッド側ポート３０に導かれてアームシリンダ１１のヘッド側油室１１ｂに供給される。これと同時に、アームシリンダ１１のボトム側油室１１ａの作動油は、ボトム側Ａポート２９から第１方向制御弁２２およびオイルクーラ３７を介してタンク３８に回収されるとともに、ボトム側Ｂポート３３から第２方向制御弁２５およびオイルクーラ３７を介してタンク３８に回収される。こうして、アーム８を前方に向けて回動作動させるアームダンプ動作が行われる。このアームダンプ動作時においては、パイロット弁５３からのパイロット圧油がクイックリターン弁４３における制御弁５０の操作部５０ａに作用してその制御弁５０が開位置に切り換えられるため、クイックリターン弁４３における主弁４９が開いてクイックリターン回路４２が開作動される。このクイックリターン回路４２の開作動に伴い、第２戻り回路４１を流通する戻り油の大部分がタンク３８へ直接に還流され、油圧ロスが著しく削減される。
また、このようにクイックリターン回路４２が開作動されているときには、圧力スイッチ５６からのＯＮ信号がコントローラ２０に入力されるため、かかるコントローラ２０はその入力信号によってクイックリターン回路４２が開作動状態にあることを認識する。そして、コントローラ２０は、圧力センサ５７により検出されるクイックリターン回路４２の圧力値に基づいて図３に示される制御マップを参照することによりエンジン出力抑制率を求め、この求められたエンジン出力抑制率とクイックリターン回路４２が開作動される直前のエンジン出力値とから目標とするエンジン出力値を算出し、この目標エンジン出力値にエンジン出力値がなるように電子ガバナ１９ａを制御する。今、例えば、圧力センサ５７により検出される圧力値が５０ｋｇｆ／ｃｍ２で、クイックリターン回路４２が開作動される直前のエンジン出力値が２８０ＰＳであったとすると、エンジン出力抑制率は図３の制御マップから５％であり、目標エンジン出力値は２８０×０．９５＝２６６ＰＳとなる。したがって、コントローラ２０はエンジン出力値が２６６ＰＳになるように電子ガバナ１９ａを制御する。
本実施形態の油圧駆動制御装置１５によれば、クイックリターン回路４２の開作動によって油圧ロスが低減されることにより、アームシリンダ１１を収縮作動させる上で必要とされる作動圧が低減され、これによってエンジン１６に対する要求負荷が軽減される。また、クイックリターン回路４２の開作動時には、エンジン制御装置２１により、エンジン１６の出力が抑制される。このように、クイックリターン回路４２の開作動によってエンジン負荷が軽減され、これに合わせてエンジン出力が抑制されるように構成されているので、エンジン出力が落ちてもオペレータが操作する上で違和感がなく燃料消費量を低減することができる。したがって、油圧ロス低減効果をユーザが最も実感し易い燃費低減効果に転化することができる。
なお、本実施形態においては、油圧ショベル１が前記油圧駆動制御装置１５を独立に搭載する例を示したが、油圧ショベル１が油圧駆動制御装置１５を兼備するような態様であっても良く、これによって更なる低燃費化を図ることができるのは言うまでもない。
本発明に係る油圧駆動制御装置は、油圧ショベルは勿論のこと、その他、ホイールローダ等の建設機械、農業機械、産業車両などの油圧駆動制御装置として利用することができる。

Claims (3)

  1. エンジンにより駆動される油圧ポンプから吐出される圧油を油圧アクチュエータに対し制御弁を介して給排することによりその油圧アクチュエータを駆動する駆動油圧回路と、前記油圧アクチュエータの駆動に伴いその油圧アクチュエータから排出される作動油の一部をタンクへ直接に還流させるクイックリターン回路とを備える油圧駆動制御装置において、
    前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段を設け、このエンジン制御手段は、前記クイックリターン回路が開作動されているときに、前記エンジンの出力を抑制する制御を行うことを特徴とする油圧駆動制御装置。
  2. 前記クイックリターン回路の背圧を検出する背圧検出手段が設けられ、前記エンジン制御手段は、前記背圧検出手段により検出される背圧値に基づいて前記エンジンの出力抑制量を調整する請求項１に記載の油圧駆動制御装置。
  3. 前記油圧アクチュエータは油圧ショベルのアームシリンダであり、前記クイックリターン回路は、アームダンプ動作時に作動される請求項１または２に記載の油圧駆動制御装置。
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