JP4493656B2 - 作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールローダなどの作業車両において、可変容量型の作業機用油圧ポンプの容量を制御する装置に関するものである。

ホイールローダでは、エンジンの出力（トルク）がＰＴＯ軸を介して、走行の負荷、作業機の負荷それぞれに分配される。すなわち、エンジンの出力（トルク）は、トルクコンバータ、変速機（油圧クラッチ）などの走行パワートレイン（動力伝達装置）を介して駆動輪に伝達される。これにより車両が走行される。

また、エンジンの出力は、作業機用油圧ポンプに伝達されて、作業機用油圧ポンプが駆動される。これにより作業機用油圧ポンプから作業機用アクチュエータ（油圧シリンダ、油圧モータ）に圧油が供給されて、作業機（ローダ等）が作動され、作業が行われる。エンジンの馬力の一部は、作業馬力（作業機用ポンプ吸収馬力）として消費される。

したがって、
エンジン馬力＝走行馬力＋作業馬力
エンジントルク＝走行トルク（走行負荷）＋作業機トルク（作業機負荷）
という関係が成立する。

ホイールローダの走行速度は、アクセルペダルの踏み込み量に応じて変化する。すなわち、アクセルペダルの踏み込み量に応じて、エンジンの回転数が変化され、それに応じて車速が変化する。

そして、ホイールローダは、走行負荷と作業機負荷の双方がかかる状況下、たとえば走行したりけん引力を得ながら、ローダを動かす状況下で作業を行う機会が、他の油圧ショベル等の作業車両に比べて多い。

ホイールローダに搭載されるエンジンは、ディーゼルエンジンであり、その出力の制御は、シリンダ内に噴射する燃料量を調整することで行われる。この調整は、エンジンの燃料噴射ポンプに付設したガバナを制御することで行われる。ガバナとしては、一般的にオールスピード制御方式のガバナが用いられ、アクセルペダルの操作量に応じた目標回転数となるように、負荷に応じてエンジン回転数と燃料噴射量とを調整する。すなわち、ガバナは目標回転数と実際のエンジン回転数との差がなくなるように燃料噴射量を制御する。

図１は、エンジン回転数ＮとエンジントルクＴとの関係、つまりエンジンパワーカーブ（最大トルク線）ＴＣを示している。エンジンパワーカーブＴＣで規定される領域がエンジンが出し得る性能を示す。ガバナは、トルクがエンジンパワーカーブ（最大トルク線）ＴＣを超えて、黒煙が外気に排出される排気煙限界外とならないように、またエンジン回転数Ｎがハイアイドル回転数（無負荷最高回転数）ＮHを超えて過回転とならないようにエンジンを制御する。エンジンは、ローアイドル回転数（無負荷最低回転数）ＮL以上で稼動される。エンジン回転数Ｎが最大トルク回転数ＮMに達したときエンジンパワーカーブＴＣ上の最大トルク点ＰMに達し、エンジンで最大トルクＴMが得られる。さらにエンジン回転数が上昇しエンジンパワーカーブＴＣ上の定格点ＰRに達すると、定格出力が得られる。

上述した式より、走行馬力（走行トルク）は、エンジン馬力（エンジントルク）から、作業馬力（作業機トルク）を差し引いたものとなる。

図１でいうと、エンジンの最大トルク線ＴＣから、作業機負荷（作業機トルク）を差し引いたトルク線ＴSに相当するトルクを、走行パワートレイン（動力伝達装置）を介して駆動輪に伝達させて車両を走行させたりけん引力を得ることが可能である。

ここで、作業機用油圧ポンプは、可変容量型の油圧ポンプが使用されることがある。

可変容量型油圧ポンプから吐出される流量の制御の方法の一つに、操作弁（流量方向制御弁）の絞りの前後差圧に基づいて可変容量型油圧ポンプの容量を制御する方式（クローズドセンタ方式）がある。

クローズドセンタ方式を採用した油圧回路には、ロードセンシング制御装置が組み込まれている。

ここで、ロードセンシング制御とは、油圧ポンプの吐出圧Ｐｐと油圧シリンダなどの油圧アクチュエータの負荷圧ＰLとの差圧ΔＰ（＝Ｐｐ−ＰL）が設定値ΔＰLSに保持されるように、油圧ポンプの容量（ｃｃ/ｒｅｖ）、具体的には斜板の傾転角を変化させる制御のことである。

ロードセンシング制御装置は、可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダに供給される圧油の流れ、流量を制御する操作弁と、油圧ポンプの容量制御手段とからなり、この容量制御手段として、油圧ポンプの斜板を駆動する斜板駆動部と、この斜板駆動部の駆動を制御するロードセンシング制御弁（ＬＳ弁）とが備えられた油圧回路構成とされている。ここで、ロードセンシング制御弁は、互いに対向する一対の駆動部を有し、これら駆動部にはそれぞれ油圧ポンプの吐出圧Ｐｐと油圧シリンダの負荷圧ＰLが導かれており、負荷圧ＰLが導かれる駆動部には、一定差圧ΔＰLSに相当するバネ力を有するバネが配置されて構成されている。

このような油圧回路構成において、油圧ポンプから圧油が吐出されると、圧油は操作弁を介して油圧シリンダに供給され、油圧シリンダが駆動され、作業機が作動される。この作業機の作動時に、ロードセンシング制御弁は、油圧ポンプの吐出圧Ｐｐと油圧シリンダの負荷圧ＰL（最大負荷圧）との差圧ΔＰに応答して動作し、斜板駆動部を駆動する。これにより差圧ΔＰが、バネによって設定された一定差圧ΔＰLSに保持されるように、油圧ポンプの容量（斜板傾転角）が制御される。

操作弁のスプールの開口面積をＡ、抵抗係数をｃとすると、油圧ポンプの吐出流量Ｑ（ｌ/ｍｉｎ）は、下記（１）式で表される。

Ｑ＝ｃ・Ａ・√（ΔＰ） …（１）
差圧ΔＰは、ロードセンシング制御弁により一定（ΔＰLS）にされるため、油圧ポンプの吐出流量Ｑは、操作弁のスプールの開口面積Ａのみによって変化する。

作業機用操作レバーを中立位置から操作すると、操作量に応じて操作弁のスプールの開口面積Ａが増加し、開口面積Ａの増加に応じてポンプ流量Ｑが増加する。このときポンプ流量Ｑは油圧シリンダの負荷の大きさには影響を受けずに作業機用操作レバーの操作量のみによって定まる。このようにロードセンシング弁を設けたことにより、ポンプ流量Ｑは負荷によって増減することなくオペレータの意思通りに（操作レバーの操作位置に応じて）変化し、ファインコントロール性、つまり中間操作領域における操作性が向上する。

作業機用操作レバーを中立位置から操作したときの作業機用油圧ポンプの容量（斜板傾転角）の変化について説明する。

作業機用操作レバーが中立位置にあり、操作弁が中立位置になっている状態では、負荷圧ＰLはほぼ零であり、油圧ポンプの容量（斜板傾転角）は最小（最小傾転角）になっている。

作業機用操作レバーが中立位置から倒され、操作弁のスプールがストロークすると、ポンプ吐出圧Ｐpが操作弁の絞りを通過して、負荷圧ＰLとして出力される。このため負荷圧ＰLSが上昇し、これに応じて差圧ΔＰが減少する。このため差圧一定値を保持するために油圧ポンプの容量（斜板傾転角）は最大（最大傾転角）になる。このため作業機用操作レバーを中立位置から操作した場合には、作業機トルク（ポンプ吸収トルク）は、大きな値をとる。

ここで図１を参照すると、上述したロードセンシング制御によって作業機トルク（ポンプ吸収トルク）が大きくなった分、車両を走行させたりけん引力を得るために使われる走行トルク（トルク線ＴＳ）は、小さなものとなる。

（特許文献にみられる従来技術）
下記特許文献１には、作業車両が掘削作業を行っている場合のエンジンのパワーロスを低減させるために、掘削作業時に作業機用油圧ポンプの吐出量を小量にするという発明が記載されている。すなわち、この特許文献１には、作業車両の作業機が掘削位置にあること、変速機が前進第１速度段位置にあること、車両走行速度が設定速度以下であることを検出して、いずれかが検出された場合には、作業車両が掘削作業中であると判断して、作業機用油圧ポンプの容量を制限して吐出量を小量にするという発明が記載されている。
米国特許第６，０７３，４４２号明細書

図１に示すように、エンジン回転数Ｎが低回転領域、つまり概ねローアイドル回転数ＮLから最大トルク回転数ＮMに至る低回転領域にあるときは、オペレータがアクセルペダルの踏み込みを開始した領域である。

作業機用操作レバーを中立位置から操作しながらアクセルペダルの踏み込みを開始するときは、作業機の迅速な作動よりもむしろエンジンの加速を優先したい状況であることが多い。たとえば作業機の掘削位置を修正しながら地山に向けて車両を発進させようとするときには、エンジンを迅速に加速させて車両を迅速に発進させるとともに迅速に大きなけん引力を得ることが望まれる。

しかし、上述したようにロードセンシング制御が行われると、作業機用操作レバーの倒し始めでは作業機用油圧ポンプの容量は最大となり作業機トルク（ポンプ吸収トルク）が大きくなる。このため図１において、車両を走行させたりけん引力を得るために使われる走行トルク（トルク線ＴＳ）は、小さなものとなる。

しかも、エンジン低回転領域は、エンジントルクが最大トルクＴMには達していない低トルク領域であり、エンジン馬力も定格点ＰMにはほど遠い低馬力領域である。

このため作業機用操作レバーを中立位置から操作しながらアクセルペダルの踏み込みを開始したとしても、エンジンが迅速に加速せず、車両を迅速に発進させたり迅速に大きなけん引力を得ることができない。またエンジン回転上昇の吹き上がりが悪いため、オペレータに不快感を与えるとともに操作性が悪いという問題も招来する。

一方で、エンジン回転数Ｎが高回転領域にあるときには、アクセルペダルの踏み込みが完了した領域である。

アクセルペダルの踏み込みが完了している状態で作業機用操作レバーが操作されているときは、作業機には大きな力が要求される。

また、一方で、作業機油圧ポンプの容量を制御するシステムを開発するにあたり、センサや制御装置の構成を簡易にして、コストを低減したいとの要請がある。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、以下のような点を解決課題とするものである。

ａ）作業機用操作レバーを中立位置から操作しながらアクセルペダルを踏み込み始めたときには、エンジンを迅速に加速させて車両を迅速に発進させるとともに迅速に大きなけん引力を得るようにする。

ｂ）アクセルペダルの踏み込みが完了している状態で作業機用操作レバーが操作されているときには、作業機で大きな力が得られるようにする。

ｃ）作業機油圧ポンプの容量を制御するシステムを開発するにあたり、センサや制御装置の構成を簡易にして、コストを低減させる。

なお、特許文献１に記載された発明は、エンジン回転数の大きさいかんにかかわらずに一定条件が成立しさえすれば、作業機用油圧ポンプの容量を制限して吐出量を小量にするというものである。

このためエンジンが高回転領域にあるときでも作業機用油圧ポンプの容量が制限されてしまう。

このため作業機の力が制限されてしまい、上述した「アクセルペダルの踏み込みが完了している状態で作業機用操作レバーが操作されているときには、作業機で大きな力が得られるようにする」という課題ｂ）を達成することはできない。

また、特許文献１に記載された発明によれば、作業機用油圧ポンプの容量を制御するにあたり、作業車両の作業機が掘削位置にあること、変速機が前進第１速度段位置にあること、車両走行速度が設定速度以下であることを検出しなければならず、センサが多数となり、制御が煩雑なものとなる。このため上述した「作業機油圧ポンプの容量を制御するシステムを開発するにあたり、センサや制御装置の構成を簡易にして、コストを低減させる」という課題ｃ）を達成することはできない。

また、特許文献１に記載された発明によれば、作業車両が掘削作業を行っている状況しか検出することができず、「アクセルペダルを踏み込み始めている状況」は、検出することができない。このため、上述した本発明の「作業機用操作レバーを中立位置から操作しながらアクセルペダルを踏み込み始めたときには、エンジンを迅速に加速させて車両を迅速に発進させるとともに迅速に大きなけん引力を得るようにする」という課題ａ）を達成することはできない。

第１発明は、
エンジンのトルクが、走行体に伝達されるとともに、可変容量型の作業機用油圧ポンプを介して作業機に伝達される作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置であって、
エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
エンジン回転数が所定回転数以下となる範囲で、エンジン回転数に対応する作業機用油圧ポンプの容量の上限値が予め設定される設定手段と、
エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が、前記所定回転数以下である場合には、現在の検出エンジン回転数に対応する容量上限値を超えないように、作業機用油圧ポンプの容量を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする。

第２発明は、
エンジンのトルクが、走行体に伝達されるとともに、可変容量型の作業機用油圧ポンプを介して作業機に伝達される作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置であって、
エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
作業機用油圧ポンプの容量を所望する大きさにするための容量制御信号を生成する容量制御信号生成手段と、
エンジン回転数が所定回転数以下となる範囲で、エンジン回転数に対応する作業機用油圧ポンプの容量の上限値が予め設定される設定手段と、
エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が、前記所定回転数以下である場合には、容量制御信号に対応する所望容量が、現在の検出エンジン回転数に対応する容量上限値を超えないように、作業機用油圧ポンプの容量を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする。

第３発明は、第２発明において、
作業機用油圧ポンプから吐出された圧油が作業機用油圧アクチュエータに供給され、供給された圧油に応じて作業機用油圧アクチュエータが駆動されて作業機が作動される作業車両であって、
容量制御信号生成手段は、
作業機用油圧ポンプの吐出圧と、作業機用油圧アクチュエータの負荷圧との差圧を所定圧にする容量制御信号を生成するものであること
を特徴とする。

第４発明は、第１発明において、
走行用操作手段の操作量に応じたエンジン回転数となるようにエンジンの回転を変化させる制御が行われる作業車両であって、
走行用操作手段の操作量が所定操作量以上となっていることを条件に、前記制御手段による作業機用油圧ポンプの容量の制御が行われること
を特徴とする。

第５発明は、第１発明において、
作業機用油圧ポンプから吐出された圧油が作業機用操作弁を介して作業機用油圧アクチュエータに供給され、供給された圧油に応じて作業機用油圧アクチュエータが駆動されて作業機が作動されるとともに、
作業機用操作手段の操作量に応じた開口面積となるように作業機用操作弁が作動される作業車両であって、
作業機用操作手段が操作されたことを条件に、前記制御手段による作業機用油圧ポンプの容量の制御が行われること
を特徴とする。

第１発明によれば、制御手段（コントローラ１８）は、エンジン回転数検出手段１ａで検出されたエンジン回転数Ｎが、所定回転数（最大トルク回転数ＮM）以下である場合には、たとえば図４（ａ）に示すように、現在の検出エンジン回転数Ｎに対応する容量上限値ｑmを超えないように、作業機用油圧ポンプ８の容量ｑを制御する。

第２発明によれば、容量制御信号生成手段（ＬＳ弁２２）で、作業機用油圧ポンプ８の容量ｑを所望する大きさにするための容量制御信号が生成される。そして、制御手段（コントローラ１８）は、エンジン回転数検出手段１ａで検出されたエンジン回転数Ｎが、所定回転数（最大トルク回転数ＮM）以下である場合には、図４（ａ）に示すように、容量制御信号生成手段（ＬＳ弁２２）から出力される容量制御信号に対応する所望容量が、現在の検出エンジン回転数Ｎに対応する容量上限値ｑmを超えないように、作業機用油圧ポンプ８の容量を制御する。

第３発明では、容量制御信号生成手段（ＬＳ弁２２）で、作業機用油圧ポンプ８の吐出圧Ｐpと、作業機用油圧アクチュエータ１４の負荷圧ＰLSとの差圧ΔＰを所定圧ΔＰLSにする容量制御信号が生成される。

第１発明、第２発明、第３発明によれば、エンジン回転数Ｎが低回転領域（最大トルク回転数ＮM以下の回転領域）にある場合には、たとえば図４（ａ）に示す容量制限信号の特性にしたがい油圧ポンプ８の容量ｑが制限される。

このため、図３に示すように、エンジン回転数Ｎが最大トルク回転数ＮM以下の範囲で、斜線に相当する分だけ作業機トルクが従来（図１）に比べて、小さくなる。このように作業機トルクが小さくなった分（斜線に相当する分）だけ、ホイールローダ１００を走行させたりけん引力を得るために使われる走行トルク（トルク線ＴＳ）が、大きなものとなる。

エンジン１の低回転領域で走行トルク（トルク線ＴＳ）が増大するため、ローダ用操作レバー７を中立位置から操作しながらアクセルペダル１７の踏み込みを開始したときに、エンジン１は迅速に加速して、ホイールローダ１００が迅速に発進し迅速に大きなけん引力が得られる。また、エンジン１の回転上昇の吹き上がりが良くなり、オペレータに不快感を与えたりすることがなくなり、操作性が向上する。

一方、第１発明、第２発明、第３発明によれば、エンジン１が高回転領域（最大トルク回転数ＮMを超えた回転領域）にあるときは、図４（ａ）に示すように、油圧ポンプ８の容量上限値ｑmは、最大容量ｑmaxであり、容量制御信号生成手段（ＬＳ弁２２）から出力される容量制御信号が制限されることはない。

このためエンジン１が高回転領域にあるときは、通常の容量制御信号生成手段による制御（ロードセンシング制御）にしたがって油圧ポンプ８の容量が制御され、作業機（ローダ）で発生する力は、制限されることなく、大きな力が得られる。

また、上述した本発明の制御を実現するにあたり、必要なセンサは、エンジン回転数検出センサ１ａの一つだけである。しかも上述した本発明の制御は、図５にて示すように、センサ１ａの検出値Ｎに対応するポンプ容量上限値ｑmを図４（ａ）に示す特性にしたがい求めてサーボ弁２０に容量制限信号として出力する（ステップ１０１、１０２、１０３）という単純で簡易な制御であるため、既存のロードセンシング制御システムに、大幅な変更を加えることなくシステムを構築することができ、装置開発のコストを抑えることができる。

第４発明によれば、走行用操作手段（アクセルペダル）１７の操作量が所定操作量以上となっていることを条件に、上述した制御手段（コントローラ１８）による作業機用油圧ポンプ８の容量の制御が行われる。すなわち、走行用操作手段（アクセルペダル１７）の操作量が所定操作量以上であるか否かを判断して、走行用操作手段（アクセルペダル１７）の操作量が所定操作量以上（アクセル開度が大）である場合にはオペレータがエンジン１を加速させる意思があるものと判断して、その場合のみに、制御手段（コントローラ１８）は、図４（ａ）に示す、エンジン回転数検出センサ１ａで検出されたエンジン回転数Ｎに応じた容量制限信号を出力する。

第５発明によれば、作業機用操作手段（ローダ用操作レバー７）が操作されたことを条件に、上述した制御手段（コントローラ１８）による作業機用油圧ポンプ８の容量の制御が行われる。

以下、図面を参照して本発明に係る作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置の実施の形態について説明する。

図２は、実施形態のホイールローダ１００の構成を、本発明に係る部分について示している。なお、実施形態では、作業機として、車体前部のローダを想定している。

同図２に示すように、ホイールローダ１００のエンジン１の出力軸は、ＰＴＯ軸６に連結されている。ＰＴＯ軸６は、トルクコンバータ２に連結されているとともに、ローダ用油圧ポンプ８に連結されている。

ローダ用油圧ポンプ８は、可変容量型油圧ポンプであり、斜板８ａの傾転角が変化されることにより、ポンプ容量ｑ（ｃｃ/ｒｅｖ）が変化される。

エンジン１の出力は、トルクコンバータ２、トランスミッション３、ディファレンシャルギア４を介して駆動輪５に伝達される。トランスミッション３は、前進用油圧クラッチ、後進用油圧クラッチ、速度段クラッチ、つまり１速用油圧クラッチ、２速用油圧クラッチ、３速用油圧クラッチ、４速用油圧クラッチからなり、車速等に応じて、前進用油圧クラッチ、後進用油圧クラッチのいずれかが選択されるとともに、速度段クラッチのいずれかのクラッチが選択されて、変速が行われる。

また、エンジン１の出力は、ローダ用油圧ポンプ８に伝達される。

ローダ用油圧ポンプ８が駆動されると、吐出圧油がローダ用操作弁１２を介してローダ用油圧シリンダ１４に供給される。

ローダ用油圧シリンダ１４は、ローダに接続されている。ローダ用油圧シリンダ１４に圧油が供給されると、ローダが作動される。つまり、ローダを構成するブームが上昇ないしは下降し、バケットがチルトする。ローダ用操作弁１２のスプールは、ローダ用操作レバー７の操作に応じて、移動され、それに応じて操作弁１２の開口面積が変化し、ローダ用油圧シリンダ１４に供給される流量が変化される。

エンジン１の出力軸には、エンジン１の実際の回転数Ｎを検出するエンジン回転数検出センサ１ａが設けられている。エンジン回転数検出センサ１ａで検出されたエンジン回転数Ｎは、コントローラ１８に入力される。

アクセルペダル１７は、オペレータによって操作され、アクセルペダル１７に設けられたストロークセンサ１７ａによって操作量（踏み込み量）が検出され、操作量を示す信号がコントローラ１８に入力される。

コントローラ１８は、ストロークセンサ１７ａの入力信号に基づいて、エンジン１の回転数が、アクセルペダル１７の操作量に応じた目標回転数となるようにエンジン１を制御する。

エンジン１はディーゼルエンジンであり、その出力の制御は、シリンダ内に噴射する燃料量を調整することで行われる。この調整はエンジン１の燃料噴射ポンプに付設したガバナを制御することで行われる。ガバナとしては、一般的にオールスピード制御方式のガバナが用いられ、アクセルペダル１７の踏み込み量に応じた目標回転数となるように、負荷に応じてエンジン回転数と燃料噴射量とを調整する。すなわちガバナは目標回転数と実際のエンジン回転数との差がなくなるよう燃料噴射量を増減する。エンジン１の出力特性は、図３で表される。図３の横軸は、エンジン回転数Ｎであり、縦軸がエンジントルクＴである。

図３は、エンジン回転数ＮとエンジントルクＴとの関係、つまりエンジンパワーカーブ（最大トルク線）ＴＣを示している。エンジンパワーカーブＴＣで規定される領域がエンジンが出し得る性能を示す。ガバナは、トルクがエンジンパワーカーブ（最大トルク線）ＴＣを超えて、黒煙が外気に排出される排気煙限界外とならないように、またエンジン回転数Ｎがハイアイドル回転数（無負荷最高回転数）ＮHを超えて過回転とならないようにエンジン１を制御する。エンジン１は、ローアイドル回転数（無負荷最低回転数）ＮL以上で稼動される。エンジン回転数Ｎが最大トルク回転数ＮMに達したときエンジンパワーカーブＴＣ上の最大トルク点ＰMに達し、エンジン１で最大トルクＴMが得られる。さらにエンジン回転数が上昇しエンジンパワーカーブＴＣ上の定格点ＰRに達すると、定格出力が得られる。

つぎに、ローダ用油圧ポンプ８をロードセンシング制御するための構成について説明する。

ＬＳ（ロードセンシング）弁２２は、油圧ポンプ８の吐出圧Ｐpと、ローダ用油圧シリンダ１４の負荷圧ＰLSとの差圧ΔＰを一定差圧ΔＰLSにするための容量制御信号を生成、出力する。

ＬＳ弁２２には、一定差圧ΔＰLSを設定するバネ１９が付与されている。ＬＳ弁２２のバネ１９側と反対側のパイロットポートには、油圧ポンプ８の吐出圧Ｐpがパイロット圧として加えられ、バネ１９側のパイロットポートには、ローダ用油圧シリンダ１４の負荷圧ＰLSがパイロット圧として加えられる。

このためＬＳ弁２２からは差圧ΔＰを一定差圧ΔＰLSにするための容量制御信号（油圧信号）がサーボ弁２０に供給される。サーボ弁２０は、供給された容量制御信号に応じた作動し、油圧ポンプ８の斜板８ａを駆動し、油圧ポンプ８の容量ｑを制御する。

ローダ用操作弁１２の開口面積をＡ、抵抗係数をｃとすると、油圧ポンプ８の吐出流量Ｑは、
Ｑ＝ｃ・Ａ・√（ΔＰ） …（１）
で表される。差圧ΔＰは、ＬＳ弁２２により一定になるのでポンプ流量Ｑは操作弁１２のスプールの開口面積Ａによってのみ変化する。

ローダ用操作レバー７を操作すると操作量に応じてローダ用操作弁１２の開口面積Ａが増加し、開口面積Ａの増加に応じてポンプ流量Ｑが増加する。このときポンプ流量Ｑは作業油圧負荷の影響を受けずローダ用操作レバー７の操作量のみによって定まる。このようにＬＳ弁２２を設けたことにより、ポンプ流量Ｑは作業油圧負荷によって増減することなくオペレータの意思通りに（ローダ用操作レバー７の操作位置に応じて）変化しファインコントロール性つまり中間操作領域における操作性が向上する。

しかし、ロードセンシング制御では、エンジン回転数Ｎの大きさいかんにかかわらず、常にローダ用油圧シリンダ１４が要求する通りの流量を供給するために、ローダ用操作レバー７が中立位置から操作されると、エンジン１が低回転域でも高回転域と変わらずに油圧ポンプ８の斜板８ａの傾転角が最大となり、大きな吐出圧となってしまい、油圧ポンプ８の吸収トルクが大きくなってしまう。

このためコントローラ１８では、エンジン１の回転数が所定回転数以下である場合には、サーボ弁２０に容量制限信号を出力することで、ＬＳ弁２２から出力される容量制御信号を制限して、油圧ポンプ８の斜板８ａの傾転角を所定レベル以下にしている。

（第１実施例）
図４（ａ）は、コントローラ１８から出力される容量制限信号の特性を示している。この特性は、関数式あるいはデータテーブル形式でコントローラ１８の内部のメモリに設定されている。同図４（ａ）の横軸は、エンジン回転数Ｎであり、縦軸は、油圧ポンプ８の容量ｑ（斜板傾転角）の上限値ｑmである。同図４（ａ）に示すように、容量制限信号は、エンジン回転数Ｎが最大トルク回転数ＮM以下となる範囲で、エンジン回転数Ｎに対応する作業機用油圧ポンプ８の容量の上限値ｑmを定めるものである。容量制限信号は、エンジン回転数Ｎがローアイドル回転数ＮLのときに油圧ポンプ８の容量ｑの上限値ｑmが最小値ｑminとなり、以後エンジン回転数Ｎの上昇に比例して油圧ポンプ８の容量ｑの上限値ｑmが上昇し、エンジン回転数Ｎが最大トルク回転数ＮMのときに油圧ポンプ８の容量ｑの上限値ｑmが最大値ｑmaxとなるような特性に定められている。

図４（ａ）に示す容量制限信号の特性は一例であり、図４（ａ）に置換して図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すような特性に容量制限信号を定めてもよい。

図４（ｂ）では、エンジン回転数Ｎと油圧ポンプ８の容量の上限値ｑmとの関係が非線形である特性を例示している。

図４（ｃ）は、エンジン回転数Ｎの変化にかかわらず油圧ポンプ８の容量の上限値ｑmが一定である特性を示している。

また、図４（ａ）では、油圧ポンプ８の容量ｑを制限する範囲を、最大トルク回転数ＮM以下の範囲としているが、図４（ｄ）に示すように、最大トルク回転数ＮMよりも低い所定回転数Ｎ1以下の範囲で油圧ポンプ８の容量ｑを制限してもよく、図４（ｅ）に示すように、最大トルク回転数ＮMよりも高い所定回転数Ｎ2以下の範囲で油圧ポンプ８の容量ｑを制限してもよい。これは図４（ｂ）、図４（ｃ）についても同様である。

図５は、本実施例のフローチャートであり、コントローラ１８で行われる処理の手順を示している。

エンジン回転数検出センサ１ａで検出されたエンジン回転数Ｎがコントローラ１８に入力される（ステップ１０１）。

入力された現在のエンジン回転数Ｎに対応する容量上限値ｑmが、図４（ａ）に示す特性にしたがい、求められる（ステップ１０２）。

求められた容量上限値ｑmを示す容量制限信号がコントローラ１８から出力されて、サーボ弁２０に加えられる（ステップ１０３）。

これによりＬＳ弁２２から出力されている容量制御信号に対応する所望容量が、コントローラ１８から出力されている容量制限信号に対応する容量上限値ｑmを超えないように、油圧ポンプ８の斜板８ａの傾転角が制御される。

ＬＳ弁２２から現在出力されている容量制御信号に対応する所望容量（たとえば最小容量ｑmin）が、コントローラ１８から現在出力されている容量制限信号に対応する容量上限値ｑm（たとえば最大容量ｑmax）以下である場合には、油圧ポンプ８の容量ｑは、ＬＳ弁２２から現在出力されている容量制御信号に対応する所望容量（最小容量ｑmin）に調整され、ロードセンシング制御が行われる。

これに対して、ＬＳ弁２２から現在出力されている容量制御信号に対応する所望容量（たとえば最大容量ｑmax）が、コントローラ１８から現在出力されている容量制限信号に対応する容量上限値ｑm（たとえば最小容量ｑmin）を超えている場合には、油圧ポンプ８の容量ｑは、コントローラ１８から現在出力されている容量制限信号に対応する容量上限値ｑm（最小容量ｑmin）に調整され、油圧ポンプ８の容量ｑが制限される。

つぎに本実施例の効果について図３を参照して説明する。

オペレータがローダ用操作レバー７を中立位置から操作しながらアクセルペダル１７の踏み込みを開始するときは、作業機であるローダの迅速な作動よりもむしろエンジン１の加速を優先したい状況であることが多い。たとえばローダの掘削位置を修正しながら地山に向けてホイールローダ１００を発進させようとするときには、エンジン１を迅速に加速させてホイールローダ１００を迅速に発進させるとともに迅速に大きなけん引力を得ることが望まれる。

ロードセンシング制御が行われると、ローダ用操作レバー７の倒し始めではローダ用油圧ポンプ８の容量ｑを最大容量ｑmaxにする容量制御信号が出力される。

しかし、本実施例では、上述したように容量制限信号によって、容量制御信号は、エンジン低回転領域（最大トルク回転数ＮM以下の回転領域）で制限される。

このため本実施例によれば、図３に示すように、エンジン回転数Ｎが最大トルク回転数ＮM以下の範囲で、斜線に相当する分だけ作業機トルクが従来（図１）に比べて、小さくなる。このように作業機トルクが小さくなった分（斜線に相当する分）だけ、ホイールローダ１００を走行させたりけん引力を得るために使われる走行トルク（トルク線ＴＳ）が、大きなものとなる。

エンジン１の低回転領域で走行トルク（トルク線ＴＳ）が増大するため、ローダ用操作レバー７を中立位置から操作しながらアクセルペダル１７の踏み込みを開始したときに、エンジン１は迅速に加速して、ホイールローダ１００が迅速に発進し迅速に大きなけん引力が得られる。また、エンジン１の回転上昇の吹き上がりが良くなり、オペレータに不快感を与えたりすることがなくなり、操作性が向上する。

一方、本実施例では、エンジン１が高回転領域（最大トルク回転数ＮMを超えた回転領域）にあるときは、油圧ポンプ８の容量上限値ｑmは、最大容量ｑmaxであり、容量制御信号が制限されることはない。

このためエンジン１が高回転領域にあるときは、ロードセンシング制御にしたがって油圧ポンプ８の容量が制御され、作業機（ローダ）で発生する力は、制限されることなく、大きな力が得られる。

また、上述した本実施例の制御を実現するにあたり、必要なセンサは、エンジン回転数検出センサ１ａの一つだけである。しかも上述した本実施例の制御は、図５に示すように、センサ１ａの検出値Ｎに対応するポンプ容量上限値ｑmを図４（ａ）に示す特性にしたがい求めてサーボ弁２０に容量制限信号として出力するという単純で簡易な制御であるため、既存のロードセンシング制御システムに、大幅な変更を加えることなくシステムを構築することができ、装置開発のコストを抑えることができる。

（第２実施例）
上述した第１実施例に対しては種々の変形が可能である。

上述した実施例では、ＬＳ弁２２からロードセンシング制御を行うための容量制御信号が出力される場合を想定して説明した。しかし、油圧ポンプ８の容量を制御する方式は、クローズドセンタ方式に限定されるわけではなく、ローダ用操作弁７に、中立回路を設けて、中立回路を流れる圧油の流量を検出して検出した流量に基づいて油圧ポンプ８の容量を制御するというオープンセンタ方式で油圧ポンプ８の容量を制御する場合に、本発明を適用してもよい。この場合、オープンセンタ方式による容量制御信号に対応する所望容量が、コントローラ１８から出力される容量制限信号に対応する容量上限値ｑmによって、制限される。

（第３実施例）
上述した実施例では、アクセルペダル１７の操作量の大きさ如何にかかわらずに、エンジン回転数検出センサ１ａで検出されたエンジン回転数Ｎに応じた容量制限信号を出力している。しかし、アクセルペダル１７の操作量が所定操作量以上であるか否かを判断して、アクセルペダル１７の操作量が所定操作量以上（アクセル開度が大）である場合にはオペレータがエンジン１を加速させる意思があるものと判断して、その場合のみに、エンジン回転数検出センサ１ａで検出されたエンジン回転数Ｎに応じた容量制限信号を出力する実施も可能である。

この場合、図５のステップ１０１の前段で、「アクセルペダル１７のストロークセンサ１７ａによって検出された操作量がコントローラ１８に入力され、入力されたアクセルペダル１７の操作量が所定操作量以上であるか否かを判断する処理」が行われ、アクセルペダル１７の操作量が所定操作量以上である場合のみに、ステップ１０１に移行されて、エンジン回転数検出センサ１ａの検出値Ｎに対応するポンプ容量上限値ｑmを図４（ａ）に示す特性にしたがい求めてサーボ弁２０に容量制限信号として出力するという処理（ステップ１０１、１０２、１０３）が行われる。

（第４実施例）
上述した実施例では、ローダ用操作レバー７の操作位置如何にかかわらずに、コントローラ１８から容量制限信号を出力する場合を想定した。

しかし、ローダ用操作レバー７の操作位置を検出するレバー操作位置検出センサを設け、レバー操作位置検出センサによってローダ用操作レバー７が中立位置から操作されたことを条件に、コントローラ１８から容量制限信号を出力する実施も可能である。

この場合、図５のステップ１０１の前段で、「ローダ用操作レバー７の操作位置を示す信号がコントローラ１８に入力され、ローダ用操作レバー７が中立位置から操作されたか否かを判断する処理」が行われ、ローダ用操作レバー７が中立位置から操作された場合のみに、ステップ１０１に移行されて、エンジン回転数検出センサ１ａの検出値Ｎに対応するポンプ容量上限値ｑmを図４（ａ）に示す特性にしたがい求めてサーボ弁２０に容量制限信号として出力するという処理（ステップ１０１、１０２、１０３）が行われる。

（第５実施例）
上述した実施例では、エンジン回転数検出センサ１ａの検出回転数如何にかかわらずに、コントローラ１８から容量制限信号を出力している。しかし、エンジン回転数検出センサ１ａの検出回転数Ｎが所定回転数（最大トルク回転数ＮM）以下であるか否かを判断して、エンジン回転数Ｎが所定回転数以下（最大トルク回転数ＮM）である場合にはオペレータがアクセルペダル１７の踏み込みを開始したものと判断して、その場合のみに、エンジン回転数検出センサ１ａで検出されたエンジン回転数Ｎに応じた容量制限信号を出力する実施も可能である。

この場合、図５のステップ１０１のつぎのステップで、「エンジン回転数検出センサ１ａによって検出された回転数Ｎが所定回転数（最大トルク回転数ＮM）以下であるか否かを判断する処理」が行われ、エンジン回転数Ｎが所定回転数（最大トルク回転数ＮM）以下である場合のみに、ステップ１０２に移行されて、エンジン回転数検出センサ１ａの検出値Ｎに対応するポンプ容量上限値ｑmを図４（ａ）に示す特性にしたがい求めてサーボ弁２０に容量制限信号として出力するという処理（ステップ１０２、１０３）が行われる。

（第６実施例）
上述した実施例では、ＬＳ弁２２からサーボ弁２０に供給される容量制御信号を、コントローラ１８からサーボ弁２０に出力される容量制限信号によって制限する場合を想定した。

しかし、エンジン１の低回転領域と高回転領域とで、サーボ弁２０に供給される容量制御信号を択一的に切り換えて、低回転領域における油圧ポンプ８の容量を制限してもよい。

たとえば図６のように、ＬＳ弁２２からサーボ弁２０への供給油路に、切換弁２３が設けられる。コントローラ１８から出力される容量制御信号（電気信号）を比例減圧弁２４に加える。容量制御信号（電気信号）に応じて比例減圧弁２４からサーボ弁２０に供給される容量制御信号（油圧信号）を第１の容量制御信号とする。一方、ＬＳ弁２２から出力される容量制御信号を第２の容量制御信号とする。

この場合、エンジン回転数検出センサ１ａによって検出された回転数Ｎが所定回転数（最大トルク回転数ＮM）以下である場合には、切換弁２３が、第１の容量制御信号をサーボ弁２０に供給する位置に切り換えられる。このためコントローラ１８では図４（ａ）に示す特性にしたがった容量制御信号が出力されて、比例減圧弁２４から切換弁２３を介して第１の容量制御信号がサーボ弁２０に供給される。このためエンジン１の低回転領域（最大トルク回転数ＮM以下の回転領域）では、油圧ポンプ２の容量ｑは、図４（ａ）に示す特性にしたがって変化し、油圧ポンプ８の容量ｑが制限される。一方、エンジン回転数検出センサ１ａによって検出された回転数Ｎが所定回転数（最大トルク回転数ＮM）を超えている場合には、切換弁２３が、第２の容量制御信号をサーボ弁２０に供給する位置に切り換えられる。このためＬＳ弁２２から第２の容量制御信号が切換弁２３を介してサーボ弁２０に供給される。このためエンジン１の高回転領域（最大トルク回転数ＮMを超えた回転領域）では、油圧ポンプ８の容量ｑは、ロードセンシング制御にしたがい変化する。

本発明は、ホイールローダに限定されることなく、エンジン出力（エンジントルク）が、走行負荷と作業負荷の双方に配分される作業車両であれば、同様に適用することができる。

図１は、従来技術を説明するために用いた図で、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す図である。 図２は、実施形態の作業車両の構成を示す図である。 図３は、本実施例を説明するために用いた図で、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す図である。 図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ、本実施例で用いられる容量制限信号の特性を例示した図である。 図５は、コントローラで行われる処理の手順を説明する図である。 図６は、他の構成例を示した図である。

Claims (1)

1. エンジンのトルクが、走行体に伝達されるとともに、可変容量型の作業機用油圧ポンプから吐出された圧油が作業機用油圧アクチュエータに供給され、供給された圧油に応じて作業機用油圧アクチュエータが駆動されて作業機が作動される作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置であって、
   エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
   作業機用油圧ポンプの容量を所望する大きさにするための容量制御信号であって、作業機用油圧ポンプの吐出圧と、作業機用油圧アクチュエータの負荷圧との差圧を所定値にする容量制御信号を生成する容量制御信号生成手段と、
   エンジンの回転数が所定回転数以下となる範囲で、エンジン回転数に対応する作業機用油圧ポンプの容量の上限値が予め設定される設定手段と、
   エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が、前記所定回転数以下である場合には、容量制御信号に対応する所望容量が、現在の検出エンジン回転数に対応する容量上限値を超えないように、作業機用油圧ポンプの容量を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。

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