JP4414704B2

JP4414704B2 - 油圧作業機械の油圧制御装置

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Publication number: JP4414704B2
Application number: JP2003324882A
Authority: JP
Inventors: 恵一郎中村; 陽一古渡; 康荒井; 英男柄澤; 英樹小松
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: JP2005090354A

Description

本発明は、エンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプに対してカットオフ制御を行う油圧作業機の油圧制御装置に係り、特にカットオフ制御時におけるエンジン回転数の制御を改善したものに関する。

建設機械の油圧制御装置は、エンジンと、このエンジンにより駆動する可変容量型油圧ポンプと、この可変容量型油圧ポンプの最大吐出圧を規定するメインリリーフ弁と、可変容量型油圧ポンプから供給される圧油によって駆動する油圧アクチュエータとを備えている。

この建設機械の油圧制御装置では、可変容量型油圧ポンプの入力トルク（以下「ポンプ入力トルク」ともいう）をエンジンの出力トルク（以下「エンジン出力トルク」ともいう）以下に制限する馬力制御が行なわれる。そして、馬力制御が行われているときに、油圧アクチュエータに作用する負荷によって可変容量型油圧ポンプの吐出圧（以下「ポンプ吐出圧」ともいう）が上昇し、メインリリーフ弁により規定された最大吐出圧に達すると、可変容量型油圧ポンプから吐出される圧油が作動油タンクにリリーフされる。つまり、可変容量型油圧ポンプを含めた回路全体に過剰な負荷が作用することを、メインリリーフ弁によって防止している。

しかし、このように圧油がリリーフされると、可変容量型油圧ポンプが出力するエネルギーが無駄になるという問題があった。

そこで、従来から、建設機械の油圧制御装置では、ポンプ吐出圧が最大吐出圧よりも小さい予め設定されたカットオフ設定圧力以上になる傾向にあるとき、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力に保持できる最小吐出流量を下限として可変容量型油圧ポンプの吐出流量（以下「ポンプ吐出流量」ともいう）を減少させるカットオフ制御を行ない、メインリリーフ弁によりリリーフされる圧油の流量を抑えるようになっている。
特開昭５９−０２３１０３号公報

従来の建設機械の油圧制御装置では、カットオフ制御が行われている間、ポンプ吐出流量に関係なく、エンジンを定格回転数に従って駆動させていた。つまり、カットオフ制御では、ポンプ吐出流量の減少に伴って実質的に必要なポンプ入力トルクが小さくなっているのにも関わらず、エンジンは定格回転数で駆動しているために、ポンプ入力トルクに対してエンジン出力トルクが過剰になり、エンジンの出力するエネルギーが無駄になっていた。

また、従来の建設機械の油圧制御装置には、ダイヤル操作などの手動操作により定格回転数よりも低い目標回転数を指示して、この目標回転数に従ってエンジンの回転数を制御するものもあるが、この場合でも、上述のように定格回転数に従ってエンジンの回転数を制御するものに比べれば、ポンプ入力トルクに対するエンジン出力トルクの過剰の程度が小さいものの、エンジンの出力するエネルギーが無駄になっていた。

本発明は、上述の実情を考慮してなされたもので、その目的は、エンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプのカットオフ制御時において、エンジンの過剰な回転を抑えることにより、エンジン出力トルクを、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力に保持するのに実質的に必要なポンプ入力トルクの大きさに近づけることができる油圧作業機械の油圧制御装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンにより駆動する可変容量型油圧ポンプと、この可変容量型油圧ポンプの最大吐出圧を規定するメインリリーフ弁と、前記可変容量型油圧ポンプから供給される圧油により駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに作用する負荷により、前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧が前記最大吐出圧よりも小さい予め設定されたカットオフ設定圧力以上になる傾向にあるとき、可変容量型油圧ポンプの吐出圧をカットオフ設定圧力に保持できる最小吐出流量を下限として可変容量型油圧ポンプの吐出流量を減少させるカットオフ制御を行なうカットオフ制御手段とを備える油圧作業機械の油圧制御装置において、カットオフ制御時に、前記エンジンの出力トルクが前記可変容量型油圧ポンプの入力トルクよりも大きくなるエンジン回転数の範囲内において予め設定された低回転数に、エンジン回転数を低下させる低回転制御手段を備え、前記低回転制御手段は、カットオフ制御が開始されて前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量が予め設定された小吐出流量まで減少したときに、予め設定した勾配に従って、エンジン回転数を前記低回転数に低下させることを特徴とする。なお、前記小吐出流量は、予め設定された低回転数により駆動するエンジン出力トルクよりもポンプ入力トルクが小さくなるポンプ吐出流量であって、前記最小吐出流量や、この最小吐出流量よりも大きい流量に設定されるものである。

このように構成した本発明では、油圧アクチュエータに作用する負荷により、ポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力以上になる傾向になると、カットオフ制御手段が作動して、カットオフ設定圧力を保持できる最小吐出流量を下限としてポンプ吐出流量を減少させるカットオフ制御が行なわれる。

そして、このようにカットオフ制御が行われたとき、低回転制御手段が作動し、これにより、エンジン回転数が予め設定された低回転数に低下する。つまり、カットオフ制御時において、エンジンをストールさせない範囲でエンジンの過剰な回転を抑えることにより、エンジン出力トルクを、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力に保持するのに実質的に必要なポンプ入力トルクの大きさに近づけることができる。

また、予め設定された低回転数により駆動した場合のエンジン出力トルクよりもポンプ入力トルクが確実に小さくなった状態で、エンジン回転数を低回転数に低下させることができる。

また、カットオフ制御時にエンジン回転数を低下させる際、エンジン回転数の急激な低下を防止できる。

また、本発明は、前記カットオフ制御を実行不可能な状態にして、前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧が前記カットオフ設定圧力を超えることを許容する昇圧制御を行うことが可能な昇圧制御手段を備えることを特徴とする。

このように構成した本発明では、昇圧制御手段が作動すると、カットオフ制御が実行されない状態になり、ポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力を超えることが許容される。つまり、昇圧制御手段を作動させることによって、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力以上の状態に保持できるようになるので、ポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力以上になる大きな負荷が作用する動作を油圧アクチュエータに行わせることが可能になる。

また、本発明は、前記昇圧制御手段が、前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧が前記カットオフ設定圧力以上になる所定の動作を前記油圧アクチュエータが行うかどうかを判定する動作判定手段と、この動作判定手段によって前記油圧アクチュエータが前記所定の動作を行うと判定されたときに、前記カットオフ制御を実行可能な状態から前記昇圧制御を実行可能な状態に切り換える制御切換手段とを有することを特徴とする。

このように構成した本発明では、動作判定手段によって油圧アクチュエータが所定の動作を行うと判定されると、制御切換手段によってカットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態に切り換えられるので、ポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力以上なる所定の動作を油圧アクチュエータに行わせる場合に、自動的に、カットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態に切換えることができる。

また、本発明は、前記昇圧制御手段が、前記カットオフ制御を実行可能な状態から前記昇圧制御を実行可能な状態への切換えを、手動操作により指示する手動切換指示手段と、この手動切換指示手段からの指示により作動し、前記カットオフ制御を実行可能な状態から前記昇圧制御を実行可能な状態に切り換える制御切換手段とを有することを特徴とする。

このように構成した本発明では、オペレータが手動切換指示手段を手動操作すると、制御切換手段により、カットオフ制御を実行可能な状態から前記昇圧制御を実行可能な状態に切り換えられる。つまり、ポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力以上なる所定の動作を、オペレータが油圧アクチュエータに行わせる場合に、カットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態への切換えを、手動により、行うことができる。

また、本発明は、前記昇圧制御手段が、前記手動切換指示手段が操作された時点からの経過時間が、予め設定された時間に達したかどうかを判定する時間判定手段を有するとともに、前記制御切換手段が、前記時間判定手段によって前記経過時間が予め設定された時間に達したと判定されたときに、前記昇圧制御を実行可能な状態から前記カットオフ制御を実行可能な状態に戻すにようにしたことを特徴とする。

このように構成した本発明では、手動切換指示手段が操作され、時間判定手段によって手動切換指示手段が操作された時点からの経過時間が予め設定された時間に達したと判定されると、制御切換手段によって、昇圧制御を実行可能な状態からカットオフ制御を実行可能な状態に戻される。つまり、カットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態への切換えを、手動により行った後、昇圧制御を実行可能な状態からカットオフ制御を実行可能な状態に、自動的に、戻すことができる。

以上説明したように、本発明によれば次の効果を奏する。

カットオフ制御時において、エンジンの過剰な回転数を抑えて、エンジン出力トルクを、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力に保持するのに実質的に必要なポンプ入力トルクの大きさに近づけることができるので、エンジンから出力される過剰なエネルギーを低減することができる。

以下に本発明の油圧作業機械の油圧制御装置の実施形態について説明する。

[第１の実施形態]
第１の実施形態について図１〜３を用いて説明する。

図１は、第１の実施形態の基本構成を示す図、図２は、第１の実施形態に備えられるコントローラを示すブロック図、図３は、第１の実施形態により制御されるエンジン出力トルクとポンプ入力トルクとの関係を示す図である。

第１の実施形態は、油圧作業機械、例えば油圧ショベルに搭載されており、エンジン１と、このエンジン１により駆動される可変容量型油圧ポンプ４およびパイロットポンプ１８と、可変容量型油圧ポンプ４の最大吐出圧を規定するメインリリーフ弁２３と、パイロットポンプ１８の最大吐出圧を規定するリリーフ弁２４と、図示しないフロント作業機のブーム、アームを操作する操作装置１４Ａ，１４Ｂと、作動油を収容する作動油タンク８を備えている。

この可変容量型油圧ポンプ４は、斜板４ａの傾転角を変化させることにより押し退け容積を可変にする押し退け容積可変機構部を備えている。この押し退け容積可変機構部の斜板４ａは、パイロットポンプ１８からの圧油により駆動するサーボアクチュエータ６の動作に伴って駆動する。このサーボアクチュエータ６は、電磁制御弁５によって制御された圧油により駆動する。電磁制御弁５の動作は、後述するコントローラ２０により制御される。

操作装置１４Ａは、可変容量型油圧ポンプ４から油圧アクチュエータ、例えばブームシリンダ１５Ａに供給する圧油の流れを制御する方向切換弁１６Ａと、パイロットポンプ１８からの圧油を操作レバーにより操作して方向切換弁１６Ａに切換動作のための圧を与える操作レバー装置１７Ａとを備えている。

操作装置１４Ｂは、可変容量型油圧ポンプ４から油圧アクチュエータ、例えばアームシリンダ１５Ｂに供給する圧油の流れを制御する方向切換弁１６Ｂと、パイロットポンプ１８からの圧油を操作レバーにより操作して方向切換弁１６Ｂに与える操作レバー装置１７Ｂを備えている。

エンジン１は、エンジン回転数を調整する調速装置、例えば電子ガバナ２と、エンジン１の状態を検出する各種センサ（図示しない）からの検出信号に基づいて、電子ガバナ２を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２ａを備えている。

また、第１の実施形態は、ポンプ入力トルクをエンジン出力トルク以下に制限する馬力制御手段を備えている。また、フロント作業機、すなわち、ブームシリンダ１５Ａやアームシリンダ１５Ｂに作用する負荷により、ポンプ吐出圧が最大吐出圧よりも小さい予め設定されたカットオフ設定圧力以上になる傾向にあるとき、ポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力Ｐｃを保持できる最小吐出流量を下限としてポンプ吐出流量を減少させるカットオフ制御を行なうカットオフ制御手段を備えている。また、カットオフ制御時に、エンジン出力トルクがポンプ入力トルクよりも大きくなるエンジン回転数の範囲内において予め設定された低回転数に、エンジン回転数を低下させる低回転制御手段を備えている。

馬力制御手段は、可変容量型油圧ポンプ４の吐出圧を検出する吐出圧センサ２０ｇと、この吐出圧センサ２０ｇにより検出されたポンプ吐出圧とテーブルＡとに基づいて、エンジン出力トルク以下にポンプ入力トルクを制限するための目標ポンプ傾転角を算出する目標ポンプ傾転角演算部２０ａと、前記電磁制御弁５とから構成してある。なお、目標ポンプ傾転角演算部２０ａのテーブルＡは、ポンプ吐出圧の上昇に従って目標ポンプ傾転角が小さくなるように設定されたポンプ入力トルクの制限特性である。

カットオフ制御手段は、吐出圧センサ２０ｇにより検出されたポンプ吐出圧からカットオフ設定圧力Ｐｃを減算して圧力偏差を算出する第１減算部２０ｃと、圧力偏差とテーブルＢとに基づいて目標ポンプ傾転角の補正量（以下「傾転角補正量」という）を算出する傾転角補正量演算部２０ｂと、目標ポンプ傾転角から傾転角補正量を減算して、カットオフ制御を行うための目標ポンプ傾転角を算出する第２減算部２０ｄと、前記電磁制御弁５とから構成してある。

テーブルＢは、ポンプ吐出圧とカットオフ設定圧力Ｐｃとの圧力偏差が予め設定された第１の値以上になると、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力に保持できる最小吐出流量に対応するポンプ傾転角補正量が得られるように設定してある。また、このテーブルＢは、ポンプ吐出圧が低下して、圧力偏差が第１の値よりも小さい予め設定された第２の値になったときに、傾転角補正量が０になるように、ヒステリシスを設定してある。

なお、メインリリーフ弁２３により規定される最大吐出圧は、作動油温度の上昇に伴って低下する温度特性を有する。したがって、例えば、実作業時の平均作動油温度が５０℃であるとすると、作動油温度５０℃で最大吐出圧が例えば３５０ｋｇ／ｃｍ^２（セット圧）となるようにメインリリーフ弁２３を予め設定する。このため、作動油温度が５０℃付近にあるときに最大吐出圧はセット圧にほぼ一致するが、作動油温度が上昇すると、最大吐出圧は３５０ｋｇ／ｃｍ^２よりも低くなる。

そこで、カットオフ制御手段には、作動油の温度に応じてカットオフ設定圧力Ｐｃを補正するカットオフ設定圧力補正手段を付加してある。このカットオフ設定圧力補正手段は、作動油の温度を検出する作動油温度センサ２０ｈと、この作動油温度センサ２０ｈにより検出された作動油の温度とテーブルＣとに基づいて補正圧を算出する温度補正圧演算部２０ｅと、補正圧とカットオフ設定圧力Ｐｃを加算してカットオフ設定圧力Ｐｃを補正する加算部２０ｆとから構成してある。温度補正圧演算部２０ｅのテーブルＣは、例えば、作動油温度が５０℃以下で補正圧が０となり、作動油温度が５０℃を超えると３５０ｋｇ／ｃｍ^２を基準とした最大吐出圧の低下量に相当する補正圧が得られるように設定してある。

低回転数制御手段は、カットオフ制御手段の第１減算部２０ｃにより算出された圧力偏差と、テーブルＤとに基づいて、カットオフ制御が開始されることを検知し、カットオフ制御時におけるエンジン１の目標回転数として予め設定された低回転数を算出する低回転数演算部２１ａを備えている。テーブルＤは、カットオフ制御手段の第１減算部２０ｃにより算出された圧力偏差が前記予め設定された第１の値以上になると、予め設定された低回転数が得られるように設定してある。

また、低回転制御手段は、低回転数演算部２１ａにより算出された低回転数、および、アクセルダイヤル３の手動操作により設定された目標回転数のいずれか小さい方を選択する選択部２１ｂを備えている。また、低回転制御手段は、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力Ｐｃに保持できる最小吐出流量に達したかどうかを判定するポンプ吐出流量判定手段、すなわち、斜板４ａの傾転角がポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力Ｐｃに保持できる最小吐出流量に対応する傾転角に達したことを検知するリミットスイッチ２１ｃを備えている。また、低回転制御手段は、リミットスイッチ２１ｃからの検知信号により作動し、低回転数演算部２１ａにより算出された低回転数を選択部２１ｂに与えることを許可するスイッチ部２１ｄを備えている。

なお、馬力制御手段の目標ポンプ傾転角演算部２０ａ、カットオフ制御手段の傾転角補正量演算部２０ｂ、第１減算部２０ｃおよび第２減算部２０ｄ、カットオフ設定圧力補正手段の温度補正圧演算部２０ｅおよび加算部２０ｆ、低回転数手段の低回転数演算部２１ａ、スイッチ部２１ｄおよび選択部２１ｂは、コントローラ２０に内蔵してある。また、テーブルＡ〜Ｄおよびカットオフ設定圧力Ｐｃは、予めコントローラ２０に記憶させてある。

このように構成した第１の実施形態は、次のように動作する。

＜馬力制御＞
オペレータは、操作レバー装置１７Ａや１７Ｂにより、パイロットポンプ１８からの圧油を操作して方向切換弁１６Ａや１６Ｂにパイロット圧を与え、これにより、可変容量型油圧ポンプ４からブームシリンダ１５Ａやアームシリンダ１５Ｂに供給する圧油の流れを制御して、フロント作業機を動作させる。

フロント作業機の動作中、馬力制御手段によって、ポンプ入力トルクをエンジン出力トルク以下に制限する馬力制御が行われる。つまり、吐出圧センサ２０ｇによりポンプ吐出圧が検出される度毎に、コントローラ２０内の目標ポンプ傾転角演算部２０ａによって、そのときのポンプ吐出圧に応じてエンジン出力トルク以下にポンプ入力トルクを制限するための目標ポンプ傾転角が算出される。そして、この目標ポンプ傾転角に対応する目標ポンプ傾転角指令信号が、コントローラ２０から電磁制御弁５に出力され、電磁制御弁５が駆動する。

これにより、電磁制御弁５が、図１に示す状態からばね５ａに対抗して右側に切り換わると、パイロットポンプ１８からの圧油がサーボアクチュエータ６に供給され、このサーボアクチュエータ６のピストンロッド６ａがばね６ｂに対抗して右側に移動し、斜板４ａが左側に回転して可変容量型油圧ポンプ４の押し退け容積、すなわち、ポンプ吐出流量が減少する。また、電磁制御弁５に与えられる目標ポンプ傾転角信号が小さくなると、電磁制御弁５が、ばね５ａによって左側に押し戻され、これに伴い、サーボアクチュエータ６のピストンロッド６ａが、ばね６ｂにより左側に押し戻されて、斜板４ａが右側に回転してポンプ吐出流量が増加する。これにより、ポンプ吐出流量が、吐出圧センサ２０ｇにより検出されたポンプ吐出圧を保持でき、かつ、ポンプ入力トルクがエンジン出力トルク以下となるように制御される。

つまり、馬力制御が行われることによって、図３に示すように、ポンプ入力トルク５０がエンジン出力トルク３０以下に制限される。

＜カットオフ制御＞
また、このように馬力制御が行われている間、カットオフ制御手段では、吐出圧センサ２０ｇによりポンプ吐出圧が検出される度毎に、コントローラ２０内の第１減算部２０ｃによって、そのときのポンプ吐出圧と予め記憶されたカットオフ設定圧力Ｐｃとの圧力偏差が算出される。そして、傾転角補正量演算部２０ｂによって、圧力偏差に対応するポンプ傾転角補正量が算出される。

このとき、ポンプ吐出圧とカットオフ設定圧力Ｐｃとの圧力偏差が予め設定された第１の値以上であると、すなわち、ポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力Ｐｃ以上になる傾向にあると、傾転角補正量演算部２０ｂによって、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力Ｐｃに保持できる最小吐出流量に対応するポンプ傾転角補正量が算出される。

次に、第２減算部２０ｄによって、目標ポンプ傾転角演算部２０ａにより算出された目標ポンプ傾転角からポンプ傾転補正量が減算されて、カットオフ制御を行うための目標ポンプ傾転角が算出される。そして、この目標ポンプ傾転角に対応する目標ポンプ傾転角指令信号が、コントローラ２０から電磁制御弁５に出力される。

これにより、電磁制御弁５が、ばね５ａに対抗して右側に切り換わる。そして、パイロットポンプ１８からの圧油がサーボアクチュエータ６に供給され、このサーボアクチュエータ６のピストンロッド６ａがばね６ｂに対抗して右側に移動し、斜板４ａが左側に回転して、ポンプ吐出流量が、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力に保持できる最小吐出流量に設定される。すなわち、カットオフ制御が行われる。

つまり、図３に示すように、ポンプ吐出圧Ｐがカットオフ設定圧力Ｐｃ以上になる傾向になったとき、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力Ｐｃに保持するためのポンプ吐出流量が、馬力制御を行っているだけでは目標ポンプ傾転角演算部２０ａのテーブルＡに従ってｑ１に設定されるが、カットオフ制御を行うことによって、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力Ｐｃに保持できる最小吐出流量ｑｍｉｎまで下げることができる。

また、このようにしてカットオフ制御が行われた後、ポンプ吐出圧が低下し、圧力偏差が第１の値よりも小さい第２の値になると、すなわち、ポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力Ｐｃ以上になる傾向でなくなると、傾転角補正量演算部２０ｂでは、ポンプ傾転角補正量として０が算出されて、第２減算部２０ｄによる目標ポンプ傾転角の補正は行われなくなり、カットオフ制御が終了する。これにより、ポンプ吐出流量の制御は、図３に示すように、ｑｍｉｎからｑ１に復帰する。

＜低回転制御＞
また、低回転制御手段では、第１減算部２０ｃにより算出された圧力偏差が予め設定された第１の値以上になると、コントローラ２０内の低回転数演算部２１ａによって、予め設定された低回転数が算出される。

そして、上述のようにしてカットオフ制御が行われたことにより、可変容量型油圧ポンプ４の斜板４ａが、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力Ｐｃに保持できる最小吐出流量に対応する傾転角に達すると、リミットスイッチ２１ｃが作動して検知信号がコントローラ２０内のスイッチ部２１ｃに出力され、このスイッチ部２１ｄによって、低回転数演算部２１ａにより算出された低回転数を選択部２１ｂに与えることが許可される。

選択部２１ｂでは、低回転数演算部２１ａにより算出された低回転数、および、アクセルダイヤル３の手動操作により設定された目標回転数のいずれか小さい方が選択され、選択された目標回転数に対応する目標回転数指令信号が、電子制御装置２ａに出力される。そして、電子制御装置２ａによって、電子ガバナ２が制御される。すなわち、エンジン１の低回転制御が行われる。

つまり、エンジン１が予め設定された低回転数よりも高い回転数、例えば定格回転数で駆動していた場合、カットオフ制御に伴って低回転制御が行われると、エンジン回転数が定格回転数から低回転数に下がる。これにより、図３に示すように、エンジン出力トルクは定格回転数に対応するエンジン出力トルク３０で駆動する状態から、定格回転数よりも低い予め設定した低回転数に対応するエンジン出力トルク４０で駆動する状態に移行する。

なお、カットオフ制御が終了し、ポンプ吐出流量がｑｍｉｎからｑ１に増加し始めたときは、可変容量型油圧ポンプ４の斜板４ａはリミットスイッチ２１ｃから離れており、リミットスイッチ２１ｃからスイッチ部２１ｄに検知信号が出力されない。また、低回転数演算部２１ａにより低回転数が算出されない。このため、低回転数制御も終了する。この結果、エンジン回転数は、予め設定された低回転数から定格回転数に戻る。すなわち、エンジン出力トルクは、低回転数に対応するエンジン出力トルク４０で駆動する状態から、定格回転数に対応するエンジン出力トルク３０に従って駆動する状態に戻る。

第１の実施形態によれば、次の効果を奏する。

カットオフ制御時において、エンジン１の過剰な回転数を抑えて、エンジン出力トルクを、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力に保持するのに実質的に必要なポンプ入力トルクの大きさに近づけることができるので、エンジンから出力される過剰なエネルギーを低減することができる。

また、エンジン１の過剰な回転数を抑えることができるので、騒音を低減することができる。

[第２の実施形態]
次に、第２の実施形態について図４〜６を用いて説明する。

図４は、第２の実施形態の基本構成を示す図、図５は、第２の実施形態に備えられるコントローラを示すブロック図、図６は、第２の実施形態により制御されるエンジン出力トルクとポンプ入力トルクとの関係を示す図である。

第２の実施形態は、低回転制御手段が、可変容量型油圧ポンプ４の吐出量が予め設定されたポンプ吐出流量ｑ２に達したかどうかを判定するポンプ吐出流量判定手段を備えてい点で第１の実施形態とは構成が異なっており、その他の点は、第１の実施形態と同様の構成である。

吐出流量判定手段は、可変容量型油圧ポンプ４の斜板４ａの傾転角を検出する傾転角センサ２１ｅ（図４参照）と、この傾転角センサ２１ｅにより検出された傾転角に基づいてポンプ吐出流量が予め設定したポンプ吐出流量ｑ２（図６参照）に達したかどうかを判定して、ポンプ吐出流量ｑ２（図６参照）に達したと判定したときにスイッチ部２１ｄを作動させる流量判定部２１ｆ（図５参照）とを備えている。ポンプ吐出流量ｑ２とは、図６に示すように、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力Ｐｃに保持できる最小吐出流量ｑｍｉｎよりも大きく、馬力制御においてカットオフ設定圧力Ｐｃに対応して設定されるポンプ吐出流量ｑ１よりも小さい予め設定されたポンプ吐出流量である。

このように構成した第２の実施形態は、次のように動作する。なお、馬力制御およびカットオフ制御を行うための動作については第１の実施形態と同じなので省略し、低回転制御を行うための動作についてのみ説明する。

低回転制御手段では、カットオフ制御手段の第１減算部２０ｃによって算出された圧力偏差が予め設定された第１の値以上になると、すなわち、ポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力Ｐｃ以上になる傾向になると、コントローラ２０内の低回転数演算部２１ａによって、予め設定された低回転数が算出される。

また、カットオフ制御が行われたことにより、可変容量型油圧ポンプ４の斜板４ａの傾転角がポンプ吐出流量ｑ２に対応する大きさになると、この傾転角が傾転角センサ２１ｅによって検出され、流量判定部２１ｆによってポンプ吐出流量がｑ２であると判定される。そして、この判定結果を受けたスイッチ部２１ｄにより、低回転数演算部２１ａにより算出された低回転数が選択部２１ｂに与えることが許可され、選択部２１ｂによって、低回転数、および、アクセルダイヤル３の手動操作により設定された目標回転数のいずれか小さい方が選択され、選択された目標回転数に対応する目標回転数指令信号が、電子制御装置２ａに出力される。そして、電子制御部２ａにより、目標回転数指令信号に基づいて電子ガバナ２が制御される。すなわち、エンジン１の低回転制御が行われる。

つまり、エンジン１が予め設定された低回転数よりも高い回転数、例えば定格回転数で駆動していた場合、カットオフ制御に伴って低回転制御が行われると、エンジン回転数が定格回転数から低回転数に下がる。これにより、図３に示すように、エンジン出力トルクは定格回転数に対応するエンジン出力トルク３０で駆動する状態から、定格回転数よりも低い予め設定された低回転数に対応するエンジン出力トルク４０に従って駆動する状態に移行する。

なお、カットオフ制御が終了し、ポンプ吐出流量がｑ２からｑ１に増加し始めたときは、流量判定部２１ｆによりポンプ吐出流量がｑ２であるという判定はされない。また、低回転数演算部２１ａにより低回転数が算出されない。このため、低回転数制御も終了する。この結果、エンジン回転数は、低回転数から定格回転数に戻る。すなわち、エンジン出力トルクは、予め設定された低回転数に対応するエンジン出力トルク４０で駆動する状態から、定格回転数に対応するエンジン出力トルク３０に従って駆動する状態に戻る。

第２の実施形態によれば、次の効果を奏する。

第１の実施形態と同様に、カットオフ制御時において、エンジン１の過剰な回転数を抑えて、エンジン出力トルクを、ポンプ吐出圧をカットオフ設定圧力に保持するのに実質的に必要なポンプ入力トルクの大きさに近づけることができるので、エンジンから出力される過剰なエネルギーを低減することができる。

また特に、第２の実施形態によれば、ポンプ吐出流量が最小吐出流量ｑｍｉｎよりも大きなｑ２に達したときに、エンジン回転数を予め設定された低回転数に低下させることができるので、第１の実施形態よりも早期にエンジン１の過剰な回転数を抑えることができる。

なお、第１の実施形態および第２の実施形態では、第１減算部２０ｃにより算出される圧力偏差が予め設定された第１の値に達すると、低回転数演算部２１ａによりテーブルＤに従って予め設定された低回転数を算出するようにしてあるが、本発明はこれに限るものではない。つまり、図７に示すように、テーブルＤ１に従って、すなわち、予め設定された低回転数を下限とする予め設定された勾配に従ってエンジン回転数を算出するようにしてもよい。このように構成したものによれば、カットオフ制御時にエンジン回転数を低下させる際、エンジン回転数の急激な低下を防止できるので、ポンプ吐出圧の急激な低下を防止でき、したがって、ポンプ吐出圧の急激な低下に伴うフロント作業機の操作性の悪化を防止することができる。

[第３の実施形態]
次に、第３の実施形態について図８，９を用いて説明する。

図８は、第３の実施形態の基本構成を示す図、図９は、第３の実施形態に備えられるコントローラを示すブロック図である。

第３の実施形態は、カットオフ制御を実行不可能な状態にしてポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力を超えることを許容する昇圧制御を行うことが可能な昇圧制御手段を、第１の実施形態に付加したものである。

第３の実施形態は、昇圧制御手段として、カットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態への切換えを自動で行う自動切換手段と、手動で行う手動切換手段との２種類を備えている。

自動切換手段は、フロント作業機がポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力Ｐｃ以上になる所定の動作、例えば重掘削動作を行うかどうかを判定する動作判定手段を備えている。この動作判定手段は、図８，９に示すように、前記吐出圧センサ２０ｇと、方向切換弁１６Ａ，１６Ｂに与えられるパイロット圧を検出するパイロット圧センサ２２ｆ，２２ｇと、コントローラ２０内に設けられる圧力判定部２２ａとから構成してある。圧力判定部２２ａでは、パイロット圧センサ２２ｆ，２２ｇにより検出されたパイロット圧、および、吐出圧センサ２０ｇにより検出されたポンプ吐出圧のすべてが、重掘削動作を行うための圧力かどうかを判定するようにしてある。

圧力判定部２２ａでは、フロント作業機が重掘削動作を行うかかどうかを判定するために、方向切換弁１６Ａに与えられるパイロット圧がブームシリンダ１５Ａを伸ばす方向であって最大パイロット圧の半分以上の大きさであることと、方向切換弁１６Ｂに与えられるパイロット圧がアームシリンダ１５Ｂを伸ばす方向であって最大パイロット圧の半分以上の大きさであることと、さらに、ポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力Ｐｃ以上であるというこれらの条件をすべて満たすかどうかを判定するようにしてある。

また、自動切換手段は、圧力判定部２２ａによってパイロット圧およびポンプ吐出圧が重掘削動作を行うための圧力であると判定されたときに、カットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態に切り換える制御切換手段を備えている。この制御切換手段は、図９に示すように、カットオフ制御手段の傾転角補正量演算部２０ｂにより算出される傾転角補正量が、第２減算部２０ｄに与えられるのを禁止あるいは許容する切換スイッチ部２２ｅと、圧力判定部２２ａによって各パイロット圧およびポンプ吐出圧がすべて重掘削動作を行うための圧力であると判定されたときに、切換スイッチ部２２ｅに対して傾転角補正量を第２減算部２０ｄに与えるのを禁止する指令を与える切換指令部２２ｂとから構成してある。

手動切換手段は、昇圧制御手段が、カットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態への切換えを、手動操作により指示する手動切換指示手段と、この手動切換指示手段からの指示により作動し、カットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態に切り換える制御切換手段とを備えている。

手動切換指示手段は、図１０に示すスイッチ装置２２ｈからなる。このスイッチ装置２２ｈは、例えば操作レバー装置１７Ａの操作レバーの上端に設けられる。

制御切換手段は、前記自動切換手段と同様に、切換指令部２２ｂと切換スイッチ部２２ｅとから構成してある。つまり、スイッチ装置２２ｈからの指示信号が切換指令部２２ｂに入力され、この切換指令部２２ｂから切換スイッチ部２２ｅに対して、傾転角補正量を第２減算部２０に与えるのを禁止する指令が与えられるようにしてある。

また、手動切換手段は、スイッチ装置２２ｈが操作された時点からの経過時間が予め設定された時間に達したかどうかを判定する時間判定手段を備えている。この時間判定手段は、スイッチ装置２２ｈからの指示信号により作動し、スイッチ装置２２ｈが操作された時点からの経過時間を計測するタイマ２２ｃと、このタイマ２２ｃにより計測された時間が予め設定された時間、例えば１０秒に達したかどうかを判定する時間判定部２２ｄとから構成してある。

時間判定部２２ｄは、前記経過時間が１０秒に達したと判定したときに、切換指令部２２ｂから切換スイッチ部２２ｅへの指令を停止させるように設定してある。

このように構成した第３の実施形態は、次のように動作する。

はじめに、自動切換手段の動作について説明する。

オペレータが重掘削を行なうために操作レバー装置１７Ａ，１７Ｂを操作すると、圧力判定部２２ａによって、ポンプ吐出圧センサ２０ｇおよびパイロット圧センサ２２ｆ，２２ｇにより検出された圧力のすべてが重掘削動作のための圧力であると判定される。

そして、切換指令部２２ｂから切換スイッチ部２２ｅに対して、傾転角補正量を第２減算部２０ｄに与えるのを禁止する指令が与えられ、切換スイッチ部２２ｅの作動により、図９に示すように傾転角補正量演算部２０ｂから第２減算部２０ｄに対して傾転角補正量が与えられなくなる。これにより、カットオフ制御が行われなくなる。その一方で、リミットスイッチ２１ｃからの信号も、カットオフ制御が行われないことにより、スイッチ部２１ｄに導かれないため、スイッチ部２１ｄは作動せず、選択部２１ｂへはアクセルダイヤル３からの信号のみが送られる。これにより、エンジン１の低回転制御も行われなくなる。したがって、ポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力Ｐｃを超えた状態を保持できるようになる。すなわち、操作レバー装置１７Ａ，１７Ｂの操作に応じて自動的にフロント作業機の重掘削動作が可能な状態になる。そして、フロント作業機は操作レバー装置１７Ａ，１７Ｂの操作に従って重掘削動作を行う。

重掘削が終了すると、すなわち、オペレータが操作レバー装置１７Ａ，１７Ｂを重掘削に対応する操作から別の操作に切り換えると、方向切換弁１６Ａ，１６Ｂに与えられるパイロット圧およびポンプ吐出圧が、重掘削動作のための圧力ではなくなる。これに伴い、圧力判定部２２ａでは、ポンプ吐出圧、各パイロット圧が重掘削動作のための圧力ではないと判定され、これにより、切換指令部２２ｂから切換スイッチ部２２ｅへの指令が停止する。すなわち、切換スイッチ部２２ｅを介して、傾転角補正量演算部２０ｂから第２減算部２０ｄに対して傾転角補正量が与えられるようになる。つまり、重掘削作業が終了すると、自動的に、カットオフ制御を実行可能な状態に戻る。

次に、手動切換手段の動作について説明する。

オペレータがスイッチ装置２２ｈを操作すると、スイッチ装置２２ｈから切換指令部２２ｂとタイマ２２ｃに指示信号が与えられ、これら切換指令部２２ｂとタイマ２２ｃが作動する。

これにより、切換指令部２２ｂから切換スイッチ部２２ｅに対して傾転角補正量を第２減算部２０ｄに与えるのを禁止する指令が与えられ、切換スイッチ部２２ｅの作動により、図９に示すように傾転角補正量演算部２０ｂから第２減算部２０ｄに対して傾転角補正量が与えられなくなる。これにより、カットオフ制御が行われなくなり、これに伴って、エンジン１の低回転制御も行われなくなるので、ポンプ吐出圧がカットフ設定圧Ｐｃを超えた状態を保持できるようになる。すなわち、フロント作業機の重掘削動作が可能な状態になる。

一方、この間、タイマ２２ｃでは、スイッチ装置２２ｈが操作された時点からの経過時間が計測されている。そして、タイマ２２ｃにより計測された経過時間が１０秒になると、時間判定部２２ｄによって、スイッチ装置２２ｈが操作された時点から１０秒が経過したと判定され、切換指令部２２ｂから切換スイッチ部２２ｅに対する指令が停止する。つまり、切換スイッチ部２２ｅを介して、傾転角補正量演算部２０ｂから第２減算部２０に対して傾転角補正量が与えられるようになり、これにより、カットオフ制御を実行可能な状態に戻る。

なお、昇圧制御を実行可能な状態を１０秒に設定したのは、重掘削作動作、例えば大きな岩石を掘り起こすのに要する時間が、１０秒程度で十分だからであり、特に１０秒に限定するものではない。つまり、オペレータの熟練度が高い場合には時間を短く設定し、また、重掘削動作を連続して繰り返す作業を行う場合には長く設定するなど、適当に設定すればよい。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加えて、次の効果を奏する。

省エネのための可変容量型油圧ポンプ４のカットオフ制御およびエンジン１の低回転数制御と、フロント作業機により重掘削を行わせる際の昇圧制御とを、自動またはは手動により切り換えることができるので、作業内容に応じて省エネよりも、可変容量型油圧ポンプ４の馬力を優先させることができる。

また、フロント作業機が重掘削動作を行うに際して、カットオフ制御の実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態に自動的に切り換わるので、フロント作業機の重掘削時の操作性を向上させることができる。

また、スイッチ装置２２ｈの手動操作によってカットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態に切り換えた後、自動的に、カットオフ制御を実行可能な状態に戻るので、カットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態への切換えを手動で行った場合でも、カットオフ制御および低回転制御による省エネを効果的に実行できる。

[第４の実施形態]
次に、第４の実施形態について図を用いて説明する。

図１０は、第４の実施形態の基本構成を示す図、図１１は、図１０に示す第４の実施形態に備えられるコントローラを示すブロック図である。

第４の実施形態は、カットオフ制御を実行不可能な状態にしてポンプ吐出圧がカットオフ設定圧力を超えることを許容する昇圧制御を行うことが可能な昇圧制御手段を、第２の実施形態に付加したものである。昇圧制御手段は、上述の第３の実施形態に備えられるものと同じものである。

第４の実施形態では、第２の実施形態と同様の効果に加えて、次の効果を奏する。

省エネのための可変容量型油圧ポンプ４のカットオフ制御およびエンジン１の低回転数制御と、フロント作業機により重掘削を行わせる際の昇圧制御とを、自動またはは手動により切り換えることができるので、作業内容に応じて可変容量型油圧ポンプ４の馬力を優先させることができる。

また、スイッチ装置２２ｈの手動によってカットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態に切り換えてから、予め設定された時間（１０秒）が経過した後、自動的に、カットオフ制御を実行可能な状態に戻るので、カットオフ制御を実行可能な状態から昇圧制御を実行可能な状態への切換えを手動で行った場合でも、カットオフ制御および低回転制御による省エネを効果的に実行できる。

なお、第３の実施形態および第４の実施形態では、カットオフ制御を実行可能な状態と昇圧制御を実行可能な状態とを、自動と手動の両方で切り換えられるようにしてあるが、本発明はこれに限るものでなく、いずれかのみでもよい。

また、第３の実施形態および第４の実施形態では、第１の実施形態および第２の実施形態と同様に、低回転数演算部２１ａのテーブルＤをテーブルＤ１としてもよい。

さらに、第３の実施形態および第４の実施形態では、スイッチ部２１ｄと選択部２１ｂとの間に、切換指令部２２ｂからの信号により作動して、スイッチ部２１ｄと選択部２１ｂとの間を遮断するスイッチ部を追加する構成にしてもよい。

本発明の油圧作業機械の油圧制御装置の第１の実施形態の基本構成を示す図である。第１の実施形態に備えられるコントローラを示すブロック図である。第１の実施形態により制御されるエンジン出力トルクとポンプ入力トルクとの関係を示す図である。第２の実施形態の基本構成を示す図である。第２の実施形態に備えられるコントローラを示すブロック図である。第２の実施形態により制御されるエンジン出力トルクとポンプ入力トルクとの関係を示す図である。図２，５に示す低回転数演算部の別の例を示す図である。第３の実施形態の基本構成を示す図である。第３の実施形態に備えられるコントローラを示すブロック図である。第４の実施形態の基本構成を示す図である。第４の実施形態に備えられるコントローラを示すブロック図である。

符号の説明

１エンジン
２電子ガバナ
２ａ電子制御装置
４可変容量型油圧ポンプ
１５Ａブームシリンダ
１５Ｂアームシリンダ
１６Ａ第１方向切換弁
１６Ｂ第２方向切換弁
１７Ａ操作レバー装置
１７Ｂ操作レバー装置
１８パイロットポンプ
２０コントローラ
２０ａ目標ポンプ傾転角演算部
２０ｂ傾転角補正量演算部
２０ｃ第１減算部
２０ｄ第２減算部
２０ｇ吐出圧センサ
２１ａ低回転数演算部
２１ｂ選択部
２１ｃリミットスイッチ
２１ｄスイッチ部
２１ｆ流量判定部
２１ｅ傾転角センサ
２２ａ圧力判定部
２２ｂ切換指令部
２２ｃタイマ
２２ｄ時間判定部
２２ｅ切換スイッチ部
２２ｆパイロット圧センサ
２２ｇパイロット圧センサ
２２ｈスイッチ装置

Claims

エンジンと、
このエンジンにより駆動する可変容量型油圧ポンプと、
この可変容量型油圧ポンプの最大吐出圧を規定するメインリリーフ弁と、
前記可変容量型油圧ポンプから供給される圧油により駆動する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに作用する負荷により、前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧が前記最大吐出圧よりも小さい予め設定されたカットオフ設定圧力以上になる傾向にあるとき、可変容量型油圧ポンプの吐出圧をカットオフ設定圧力に保持できる最小吐出流量を下限として可変容量型油圧ポンプの吐出流量を減少させるカットオフ制御を行なうカットオフ制御手段とを備える油圧作業機械の油圧制御装置において、
カットオフ制御時に、前記エンジンの出力トルクが前記可変容量型油圧ポンプの入力トルクよりも大きくなるエンジン回転数の範囲内において予め設定された低回転数に、エンジン回転数を低下させる低回転制御手段を備え、
前記低回転制御手段は、カットオフ制御が開始されて前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量が予め設定された小吐出流量まで減少したときに、予め設定した勾配に従って、エンジン回転数を前記低回転数に低下させる
ことを特徴とする油圧作業機械の油圧制御装置。
前記カットオフ制御を実行不可能な状態にして、前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧が前記カットオフ設定圧力を超えることを許容する昇圧制御を行うことが可能な昇圧制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の油圧作業機械の油圧制御装置。
前記昇圧制御手段が、前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧が前記カットオフ設定圧力以上になる所定の動作を前記油圧アクチュエータが行うかどうかを判定する動作判定手段と、
この動作判定手段によって前記油圧アクチュエータが前記所定の動作を行うと判定されたときに、前記カットオフ制御を実行可能な状態から前記昇圧制御を実行可能な状態に切り換える制御切換手段とを有する
ことを特徴とする請求項２記載の油圧作業機械の油圧制御装置。
前記昇圧制御手段が、前記カットオフ制御を実行可能な状態から前記昇圧制御を実行可能な状態への切換えを、手動操作により指示する手動切換指示手段と、
この手動切換指示手段からの指示により作動し、前記カットオフ制御を実行可能な状態から前記昇圧制御を実行可能な状態に切り換える制御切換手段とを有する
ことを特徴とする請求項２記載の油圧作業機械の油圧制御装置。
前記昇圧制御手段が、前記手動切換指示手段が操作された時点からの経過時間が、予め設定された時間に達したかどうかを判定する時間判定手段を有するとともに、
前記制御切換手段が、前記時間判定手段によって前記経過時間が予め設定された時間に達したと判定されたときに、前記昇圧制御を実行可能な状態から前記カットオフ制御を実行可能な状態に戻す
ことを特徴とする請求項４記載の油圧作業機械の油圧制御装置。