JP5424344B2 - 建設機械における油圧ポンプの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動せしめる電動機とが設けられた建設機械における油圧ポンプの制御装置の技術分野に関するものである。

一般に、油圧ショベルのような建設機械には、走行用油圧モータや作業用油圧シリンダ等の各種油圧アクチュエータの油圧供給源になる可変容量型の油圧ポンプが設けられているが、該油圧ポンプは、従来、エンジンに機械的に接続されていてエンジン回転と同期して回転するように構成されていた。この様にエンジンに機械的に接続されている油圧ポンプの流量を制御する場合、油圧ポンプの回転数はエンジン回転数によって決まるため制御対象にはならず、油圧ポンプの容量を制御することで流量の制御を行なうようになっている。しかるに、可変容量型の油圧ポンプは、容量の小さい領域ではポンプ効率が低下するため、流量を少なくするべく容量を小さくしたときに効率が悪化して、エネルギー損失が大きいという問題があった。
一方、近年、油圧ショベル等の建設機械においても、省エネルギー化、燃費の向上、排ガス低減等を達成するべく、ハイブリッド化が図られている。この様なハイブリッド型の建設機械において、エンジンにより発電機を駆動させ、該発電機で発電された電力で電動機を駆動させ、さらに該電動機により可変容量型の油圧ポンプを駆動させるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この様に電動機により油圧ポンプを駆動させる場合には、油圧ポンプの流量制御に電動機の回転数制御を用いることが可能であり、そこで、前記特許文献１のものでは、油圧ポンプの効率の低下を防止するために、できるだけ油圧ポンプの容量を大きく保ち、回転数の変更容易な電動機の回転数を優先して変化させることで油圧ポンプの流量を調整するように構成されている。

特開２００８−２７４８８７号公報

しかるに、前記特許文献１のものでは、油圧ポンプの効率については考慮されているが、該油圧ポンプを駆動させる電動機の効率については考慮されていない。しかしながら、電動機についても、回転数が低下すると効率が低下すると共に、電動機入力から油圧ポンプ出力に至る動力伝達系の効率は、電動機の効率と油圧ポンプの効率との積により求められるから、油圧ポンプの効率が良くても電動機の効率が悪ければ前記動力伝達系の効率は向上しないことになる。而して、電動機入力から油圧ポンプ出力に至る動力伝達系の効率を向上させるためには、油圧ポンプの効率だけでなく、電動機の効率についても考慮しなければならないという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動せしめる電動機とを設けてなる建設機械において、電動機の回転数制御と油圧ポンプの容量制御とにより油圧ポンプの流量を制御するべく電動機の回転数制御手段及び油圧ポンプの容量可変手段に制御指令を出力する制御装置を設けるにあたり、該制御装置は、油圧ポンプの流量が該油圧ポンプに要求される要求流量になり、且つ、電動機入力から油圧ポンプ出力に至る動力伝達系の効率が最大になる電動機の回転数と油圧ポンプの容量との組合せを演算する演算手段を備え、該演算手段の演算結果に基づいて電動機の回転数と油圧ポンプの容量とを制御することを特徴とする建設機械における油圧ポンプの制御装置である。
請求項２の発明は、請求項１において、演算手段は、電動機の効率特性と油圧ポンプの効率特性とに基づいて、電動機入力から油圧ポンプ出力に至る動力伝達系の効率と電動機の回転数と油圧ポンプの容量との関係を示す関数を作成すると共に、油圧ポンプに要求される要求流量と前記関数とに基づいて、前記効率が最大になる電動機の回転数と油圧ポンプの容量との組合せを演算することを特徴とする建設機械における油圧ポンプの制御装置である。
請求項３の発明は、請求項１または２において、制御装置は、油圧ポンプに要求される要求流量がゼロの場合には、電動機を停止させることを特徴とする建設機械における油圧ポンプの制御装置である。

請求項１の発明とすることにより、油圧ポンプの流量を要求流量にするべく制御するにあたり、電動機入力から油圧ポンプ出力に至る動力伝達系の効率が最大になるように電動機の回転数及び油圧ポンプの容量が制御されることになり、而して、油圧ポンプの流量が要求流量になる範囲内で、電動機及び油圧ポンプを可及的に効率よく駆動させることができることになって、電動機入力から油圧ポンプ出力に至る動力伝達系の動力損失を大きく減少させることができ、燃費向上に大きく貢献できる。特に、建設機械においては、油圧ポンプから出力される油圧動力で種々の油圧アクチュエータを駆動させる構成のものが一般的であるため、電動機入力から油圧ポンプ出力に至る動力伝達系の動力損失の減少は、建設機械全体の燃費向上に大きく貢献できる。
請求項２の発明とすることにより、電動機の効率特性と油圧ポンプの効率特性とに基づいて、電動機入力から油圧ポンプ出力に至る動力伝達系の効率が最大になる電動機の回転数と油圧ポンプの容量との組合せを容易に演算することができると共に、油圧ポンプの流量が要求流量になるように精度良く制御することができる。
請求項３の発明とすることにより、油圧ポンプの流量をゼロにする場合に、電動機の消費する動力をゼロにすることができる。

油圧ショベルの側面図である。 油圧ショベルに設けられる制御システムの全体構成を示す図である。 メインポンプ流量制御部の入出力を示すブロック図である。 メインポンプ流量制御部の制御手順を示すフローチャート図である。 油圧ポンプの効率と容量と吐出圧との関係を示す図である。 油圧ポンプの効率と回転数と吐出圧との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１は本発明が適用される建設機械の一例であるハイブリッド型の油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着されるフロント作業機４等から構成され、さらに該フロント作業機４は、ブーム５、アーム６、バケット７等を用いて構成されている。さらに、ハイブリッド型油圧ショベル１は、前記ブーム５、アーム６、バケット７をそれぞれ揺動せしめるブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、下部走行体２を走行せしめる左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ等の各種油圧アクチュエータを備えると共に、上部旋回体３には、動力源としてエンジン１２及び蓄電装置３４が搭載されている。

次に、図２に基づいて、前記油圧ショベル１を運転せしめる制御システムの全体構成を説明すると、１３は前記エンジン１２により駆動される発電機であって、該発電機１３で発電された電力は、発電機制御器１４、母線１５、電動機制御器１６〜２０を介して、メインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の各電動機２１〜２５に供給されるように構成されている。

前記エンジン１２は、エンジンコントローラ２６による燃料噴射量調整により回転数（回転速度）が制御されると共に、該エンジンコントローラ２６は、後述する制御装置２７から出力される制御指令に基づいて、エンジン回転数を制御するようになっている。

また、前記発電機制御器１４は、発電機１３で発電された交流電力を直流に変換すると共に、制御装置２７から出力される制御指令に基づいて、発電機１３の出力を制御する。

さらに、前記電動機制御器１６〜２０は、直流を交流に変換すると共に、制御装置２７から出力される制御指令に基づいて、メインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の各電動機２１〜２５の駆動、停止、出力或いは回転数或いはトルクをそれぞれ制御する。

前記メインポンプ用電動機２１は、油圧アクチュエータＡ（本実施の形態では、前記ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ）の油圧供給源であるメインポンプ２８を駆動せしめる専用の電動機である。また、旋回用電動機２２は、旋回減速機２９を介して上部旋回体３の旋回機構３０を駆動せしめる専用の電動機である。パイロットポンプ用電動機２３は、パイロット圧の油圧供給源であるパイロットポンプ３１を駆動せしめる専用の電動機である。冷却ファン用電動機２４は、ラジエータやオイルクーラ等の熱交換器（図示せず）やエンジン１２に冷却風を供給する冷却ファン３２を駆動せしめる専用の電動機である。サブポンプ用電動機２５は、他の油圧アクチュエータＢ（図示しないが、前記ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ以外に油圧ショベル１に設けられる油圧アクチュエータ）の油圧供給源であるサブポンプ３３を駆動せしめる専用の電動機である。そして、これら電動機２１〜２５の駆動、停止、出力或いは回転数或いはトルクの制御は、前述したように、制御装置２７から電動機制御器１６〜２０に出力される制御指令に基づいて行なわれるように構成されている。ここで、本実施の形態において、前記メインポンプ２８は、容量可変手段２８ａを備えた可変容量型ポンプであって、本発明の油圧ポンプに相当すると共に、該メインポンプ２８の容量可変手段２８ａは、制御装置２７から出力される制御指令に基づいてメインポンプ２８の容量を制御するように構成されている。また、前記メインポンプ２８を駆動せしめるメインポンプ用電動機２１は、本発明の油圧ポンプを駆動せしめる電動機に相当する。さらに、制御装置２７から出力される制御指令によって前記メインポンプ用電動機２１の回転数を制御する電動機制御器１６は、本発明の電動機の回転数制御手段に相当する。尚、本実施の形態では、パイロットポンプ３１及びサブポンプ３３は定容量型ポンプが用いられていて、本発明の油圧ポンプには相当しない。

さらに、図２において、３４はバッテリやキャパシタ等の蓄電装置であって、該蓄電装置３４は、発電機制御器１４と電動機制御器１６〜２０との間の母線１５に接続され、発電機１３の出力と、メインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の電動機２１〜２５の出力との過不足に応じて、電力を蓄放電するようになっている。

一方、前記制御装置２７は、メモリ３５や、後述するエンジン・発電機制御部３６、電動機・ポンプ制御部３７等を備えているが、上記メモリ３５には、エンジン１２の特性、発電機１３の特性、蓄電装置３４の特性、電動機２１〜２５の特性、メインポンプ２８やパイロットポンプ３１、サブポンプ３３の特性、パイロット設定圧（パイロットポンプ３１の吐出ラインの圧力として予め設定される圧力）等の種々のデータや、後述する制御に用いる効率特性データ等が保存されている。

前記エンジン・発電機制御部３６は、エンジン１２及び発電機１３の制御を行なうが、該制御について説明すると、エンジン・発電機制御部３６は、充電量センサ３８により検出される蓄電装置３４の充電量に基づいて、エンジン１２及び発電機１３の駆動、停止の切替え制御を行なう。さらにエンジン・発電機制御部３６は、エンジン１２が高効率になるエンジン目標回転数とエンジン目標出力とを設定し、エンジン１２及び発電機１３の駆動時に、エンジン１２の回転数を上記エンジン目標回転数にするべくエンジンコントローラ２６に制御指令を出力すると共に、エンジン１２の出力を上記エンジン目標出力にするための発電機目標出力を演算し、発電機１３の出力を該発電機目標出力にするべく発電機制御器１４に制御指令を出力する。つまり、発電機１３の出力制御によって発電機１３からエンジン１２にかかる負荷を制御し、これによってエンジン１２の出力をエンジン目標出力になるように制御する構成になっている。そして、該エンジン・発電機制御部３６の行なう制御によって、蓄電装置３４の充電が不要の場合には、エンジン１２及び発電機１３を停止させて無駄な燃料消費を削減できる一方、エンジン１２及び発電機１３の駆動時には、エンジン１２が高効率になるエンジン目標回転数及びエンジン目標出力で運転されるようになっている。

一方、前記電動機・ポンプ制御部３７は、メインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の各電動機２１〜２５、及びメインポンプ２８の容量を制御するべく、電動機制御器１６〜２０及びメインポンプ２８の容量可変手段２８ａに制御指令を出力する。この場合、メインポンプ用電動機２１を制御する電動機制御器１６及びメインポンプ２８の容量可変手段２８ａに対しては、メインポンプ２８の流量を、該メインポンプ２８に要求される要求流量にするべく制御指令を出力するが、該メインポンプ２８の流量制御については後述する。また、旋回用電動機２２を制御する電動機制御器１７に対しては、旋回用操作具の操作量に応じた速度で旋回機構３０を駆動させるべく制御指令を出力する。また、パイロットポンプ用電動機２３を制御する電動機制御器１８に対しては、パイロットポンプ３１の吐出圧を予め設定されたパイロット設定圧にするべく制御指令を出力する。また、冷却ファン用電動機２４を制御する電動機制御器１９に対しては、冷却ファン３２が必要な冷却風を供給できる回転数にするべく制御指令を出力する。また、サブポンプ用電動機２５を制御する電動機制御器２０に対しては、サブポンプ３３の流量を、油圧アクチュエータＢに適した流量にするべく制御指令を出力する。

次いで、前記電動機・ポンプ制御部３７の行なうメインポンプ２８の流量制御について説明すると、電動機・ポンプ制御部３７は、図３のブロック図に示す如く、メインポンプ２８の流量制御を行なうためのメインポンプ流量制御部３９として、要求流量演算部４０と電動機回転数・ポンプ容量演算部４１とを備えている。そして、これら要求流量演算部４０、電動機回転数・ポンプ容量演算部４１は、メインポンプ２８を油圧供給源とする油圧アクチュエータＡ（本実施の形態では、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ）用操作具（図示しないが、操作レバーや操作ペダル等）の操作をそれぞれ検出する操作検出手段４２（本実施の形態では、ブーム用操作具の操作を検出するブーム用操作検出手段４２ａ、アーム用操作具の操作を検出するアーム用操作検出手段４２ｂ、バケット用操作具の操作を検出するバケット用操作検出手段４２ｃ、左側走行用操作具の操作を検出する左側走行用操作検出手段４２ｄ、右側走行用操作具の操作を検出する右側走行用操作検出手段４２ｅであって、例えば、操作具の操作量を電気的に検出するポテンショメータや、操作具操作に基づいて出力されるパイロット圧を検出する圧力センサ等を用いて構成される）、メインポンプ２８の吐出圧を検出する圧力センサ４３、母線１５の電圧を計測する電圧センサ４４、メインポンプ用電動機２１に流れる電流を計測する電流センサ４５からの信号を入力し、これら入力信号と前記メモリ３５に収納された後述の効率特性データとに基づいて、メインポンプ用電動機２１の回転数を制御する電動機制御器１６、メインポンプ２８の容量可変手段２８ａに制御指令を出力するように構成されている。尚、前記メインポンプ流量制御部３９（要求流量演算部４０及び電動機回転数・ポンプ容量演算部４１）は、本発明の演算手段を構成する。

前記効率特性データ（効率特性マップ）は、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の効率ηと、メインポンプ用電動機２１に印加される電圧Ｖ（母線１５の電圧Ｖ）及びメインポンプ用電動機２１に流れる電流Ｉと、メインポンプ用電動機２１の回転数ω（＝メインポンプ２８の回転数ω）と、メインポンプ２８の容量（容積）ｖと、メインポンプ２８の吐出圧Ｐとの関係を示したデータη（Ｖ、Ｉ、ω、ｖ、Ｐ）であって、該効率特性データは、メインポンプ用電動機２１の効率特性とメインポンプ２８の効率特性とに基づいて作成される。つまり、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の効率ηは、メインポンプ用電動機２１の効率ηｍとメインポンプ２８の効率ηｐとの積（η＝ηｍ×ηｐ）により求められるが、メインポンプ用電動機２１の効率ηｍは、該メインポンプ用電動機２１に入力される電圧Ｖ及び電流Ｉと、メインポンプ用電動機２１の回転数ωとに応じて変化し、また、メインポンプ２８の効率ηｐは、該メインポンプ２８の回転数ω及び容量ｖと、メインポンプ２８の吐出圧Ｐとに応じて変化する。而して、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の効率ηは、メインポンプ用電動機２１に入力される電圧Ｖ及び電流Ｉと、メインポンプ用電動機２１の回転数ω（＝メインポンプ２８の回転数ω）と、メインポンプ２８の容量ｖと、メインポンプ２８の吐出圧Ｐとに応じて変化することになるが、この関係を示したデータη（Ｖ、Ｉ、ω、ｖ、Ｐ）が効率特性データとしてメモリ３５に保存されている。さらに、前記メインポンプ２８の効率ηｐは、メインポンプ２８の容積効率ηｐｖと機械効率ηｐｍとの積（ηｐ＝ηｐｖ×ηｐｍ）により表されるが、これら容積効率ηｐｖ及び機械効率ηｐｍは、メインポンプ２８の回転数ω及び容量ｖと、メインポンプ２８の吐出圧Ｐとに応じて変化すると共に、マップデータ化されてメモリ３５に保存されている。尚、本実施の形態では、メインポンプ用電動機２１の出力軸とメインポンプ２８の駆動軸とは直結されていて、メインポンプ用電動機２１の回転数ωとメインポンプ２８の回転数ωとが等しくなるように構成されている。

ここで、建設機械に用いられる汎用の油圧ポンプの特性を示す一例として、図５に油圧ポンプの回転数が一定のときの油圧ポンプの効率と容積と吐出圧との関係を示し、また、図６に油圧ポンプの容積が一定のときの油圧ポンプの効率と回転数と吐出圧との関係を示すが、これら図５、図６に示されるように、油圧ポンプの効率は、容積（容量）と吐出圧と回転数とに応じて変化する。

次いで、前記メインポンプ２８の流量制御の制御手順について、前記図３のブロック図、及び図４のフローチャート図に基づいて説明する。まず、油圧ショベル１が運転開始すると、メインポンプ流量制御部３９は、メモリ３５に収納されている効率特性データを読込む（ステップＳ１）。

さらに、操作検出手段４２（４２ａ〜４２ｅ）により検出される油圧アクチュエータＡ用操作具の操作量と、圧力センサ４３により検出されるメインポンプ２８の吐出圧Ｐと、電圧センサ４４により計測される母線１５の電圧（メインポンプ用電動機２１への入力電圧）Ｖと、電流センサ４５により計測されるメインポンプ用電動機２１への入力電流Ｉとを読み込む（ステップＳ２）。

次いで、要求流量演算部４０において、メインポンプ２８に要求される要求流量Ｑｓを演算する（ステップＳ３）。該要求流量Ｑｓを演算するにあたり、要求流量演算部４０は、まず、操作検出手段４２（４２ａ〜４２ｅ）により検出される各油圧アクチュエータＡ用操作具の操作量に基づいて、操作具操作により各油圧アクチュエータＡに要求される操作要求流量Ｑｉを演算する。そして、各油圧アクチュエータＡの操作要求流量Ｑｉを合計して、油圧アクチュエータＡ全体の操作要求流量Ｑ１（Ｑ１＝ΣＱｉ）を求める。さらに、圧力センサ４３から入力されるメインポンプ２８の吐出圧Ｐに基づいて、定馬力制御によりメインポンプ２８の吐出圧Ｐに応じて制限されるメインポンプ２８の最大流量、つまり定馬力制御時最大流量Ｑ２を求める。そして、前記操作要求流量Ｑ１と、定馬力制御時最大流量Ｑ２と、メインポンプ２８の最大容量により定まるポンプ最大流量Ｑ３とのうちの最小値を選択して、メインポンプ２８の要求流量Ｑｓとする。尚、全ての油圧アクチュエータＡ用操作具が操作されていない場合には、操作要求流量Ｑ１がゼロ（Ｑ１＝０）になるため、要求流量Ｑｓはゼロ（Ｑｓ＝０）になる。

次いで、前記要求流量演算部４０で演算された要求流量Ｑｓがゼロか否か（Ｑｓ＝０？）を判断する（ステップＳ４）。

前記ステップＳ４の判断で、「ＮＯ」、つまり、要求流量Ｑｓがゼロでないと判断された場合には、さらに、電動機回転数・ポンプ容量演算部４１において、メインポンプ２８の流量を前記要求流量Ｑｓにするためのメインポンプ用電動機２１の回転数ωとメインポンプ２８の容量ｖとを演算するが、この場合、電動機回転数・ポンプ容量演算部４１は、前記要求流量Ｑｓと前記メモリ３５に保存された効率特性データとを用いて、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の効率ηが最大になるメインポンプ用電動機２１の回転数ωｃとメインポンプ２８の容量ｖｃとの組合せを演算する（ステップＳ５）。

前記効率ηが最大になるメインポンプ用電動機２１の回転数ωｃとメインポンプ２８の容量ｖｃと組合せを演算するにあたり、電動機回転数・ポンプ容量演算部４１は、まず、前記ステップＳ２において読込まれたメインポンプ用電動機２１への入力電圧Ｖ及び電流Ｉの値と、メインポンプ２８の吐出圧Ｐの値とを、前記効率特性データη（Ｖ、Ｉ、ω、ｖ、Ｐ）に入力する。これらの値を入力することにより、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の効率ηと、メインポンプ用電動機２１の回転数ωとメインポンプ２８の容量ｖとの関係を示す関数η（ω、ｖ）が作成される。さらに、メインポンプ２８の流量を前記要求流量Ｑｓにするためには、メインポンプ２８の容積効率ηｐｖとメインポンプ用電動機２１の回転数ω（＝メインポンプ２８の回転数ω）とメインポンプ２８の容量ｖとの積が要求流量Ｑｓになる（Ｑｓ＝ηｐｖ×ω×ｖ）ように制御する必要があるが、ここでは、演算を単純化するために、メインポンプ２８の容積効率ηｐｖを「１」とすると、メインポンプ２８の容量ｖは、下記の式（１）に示す如く、メインポンプ用電動機２１の回転数ωを変数とする関数で表される。この場合の要求流量Ｑｓは、前記ステップＳ３で演算された値であって、一定値となる。
ｖ＝Ｑｓ／ω ・・・（１）
そして、上記式（１）を、動力伝動系の効率ηとメインポンプ用電動機２１の回転数ωとメインポンプ２８の容量ｖとの関係を示す関数η（ω、ｖ）に入力することにより、動力伝達系の効率ηとメインポンプ用電動機２１の回転数ωとの関係を示す関数η（ω）が得られる。

そして、電動機回転数・ポンプ容量演算部４１は、前記動力伝達系の効率ηとメインポンプ用電動機２１の回転数ωとの関係を示す関数η（ω）を用いて、効率ηが最大になるメインポンプ用電動機２１の回転数ωｃを求める。さらに、前述したように、メインポンプ２８の流量を要求流量Ｑｓにするためには、メインポンプ２８の容積効率ηｐｖとメインポンプ用電動機２１の回転数ω（＝メインポンプ２８の回転数ω）とメインポンプ２８の容量ｖとの積が要求流量Ｑｓになる（Ｑｓ＝ηｐｖ×ω×ｖ）ように制御すればよいから、下記の式（２）を用いて、メインポンプ用電動機２１が回転数ωｃのときのメインポンプ２８の容量ｖｃを演算する。
ｖｃ＝Ｑｓ／（ηｐｖ×ωｃ） ・・・（２）
これにより、メインポンプ２８の流量が要求流量Ｑｓになり、且つ、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の効率ηが最大になるメインポンプ用電動機２１の回転数ωｃとメインポンプ２８の容量ｖｃと組合せが演算される。

次いで、電動機回転数・ポンプ容量演算部４１は、メインポンプ用電動機２１の回転数を制御する電動機制御器１６に対して、メインポンプ用電動機２１の回転数ωを前記ステップＳ５で演算された回転数ωｃにするべく制御指令を出力する。また、メインポンプ２８の容量可変手段２８ａに対して、メインポンプ２８の容量ｖを前記ステップＳ５で演算された容量ｖｃにするべく制御指令を出力する（ステップＳ６）。これにより、メインポンプ用電動機２１の回転数ω及びメインポンプ２８の容量ｖは、メインポンプ２８の流量が要求流量Ｑｓになり、且つ、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の効率ηが最大になるように制御されることになる。ステップＳ６の処理後は、前記ステップＳ２に戻る。

一方、前記ステップＳ４の判断で、「ＹＥＳ」、つまり、要求流量Ｑｓがゼロ（Ｑｓ＝０）と判断された場合には、電動機回転数・ポンプ容量演算部４１は、電動制御器１６に対してメインポンプ用電動機２１を停止させるべく停止指令（ω＝０）を出力する（ステップＳ７）。これにより、メインポンプ用電動機２１が消費する動力をゼロにすることができる。ステップＳ６の処理後は、前記ステップＳ２に戻る。

叙述の如く構成された実施の形態において、油圧ショベル１には、油圧アクチュエータＡ（ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ）の油圧供給源である可変容量型のメインポンプ２８と、該メインポンプ２８を駆動せしめるメインポンプ用電動機２１とが設けられていると共に、該メインポンプ用電動機２１の回転数を制御する電動機制御器１６と、メインポンプ２８の容量を制御する容量可変手段２８ａとに制御指令を出力する制御装置２７が設けられている。そして、該制御装置２７は、メインポンプ２８の流量を、前記メインポンプ用電動機２１の回転数制御とメインポンプ２８の容量制御とにより制御するべく、前記電動機制御器１６及び容量可変手段２８ａに制御指令を出力するが、この場合に、制御装置２７には、メインポンプ流量制御部３９（要求流量制御部４０及び電動機回転数・ポンプ容量演算部４１）において、メインポンプ２８の流量が該メインポンプ２８に要求される要求流量Ｑｓになり、且つ、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の効率ηが最大になるメインポンプ用電動機２１の回転数ωｃとメインポンプ２８の容量ｖｃとの組合せを演算し、該演算結果に基づいてメインポンプ用電動機２１の回転数とメインポンプ２８の容量とを制御することになる。

而して、メインポンプ２８の流量を要求流量にするべく制御するにあたり、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の効率ηが最大になるようにメインポンプ用電動機２１の回転数及びメインポンプ２８の容量が制御されることになり、この結果、メインポンプ２８の流量が要求流量になる範囲内で、メインポンプ用電動機２１及びメインポンプ２８を可及的に効率よく駆動させることができることになって、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の動力損失を大きく減少させることができ、燃費向上に大きく貢献できる。特に、油圧ショベル１のような建設機械においては、メインポンプ２８から出力される油圧動力で種々の油圧アクチュエータを駆動させる構成になっているため、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の動力損失の減少は、建設機械全体の燃費向上に大きく貢献できる。

しかも、前記動力伝達系の効率ηが最大になるメインポンプ用電動機２１の回転数とメインポンプ２８の容量との組合せを演算するにあたり、メインポンプ流量制御部３９は、メインポンプ用電動機２１の効率特性とメインポンプ２８の効率特性とに基づいて作成された効率特性データη（Ｖ、Ｉ、ω、ｖ、Ｐ）に、電圧センサ４４及び電流センサ４５により検出されたメインポンプ用電動機２１への入力電圧Ｖ及び電流Ｉと、圧力センサ４３により検出されたメインポンプ２８の吐出圧Ｐとを入力して、動力伝達系の効率ηとメインポンプ用電動機２１の回転数ωとメインポンプ２８の容量ｖとの関係を示す関数η（ω、ｖ）を作成する。そして、該関数η（ω、ｖ）と、メインポンプ２８に要求される要求流量Ｑｓ（Ｑｓ＝ηｐｖ×ω×ｖ）とに基づいて、動力伝達系の効率ηが最大になるメインポンプ用電動機２１の回転数ωｃとメインポンプ２８の容量ｖｃとの組合せを演算する。

この結果、メインポンプ用電動機２１の効率特性とメインポンプ２８の効率特性とに基づいて、前記動力伝達系の効率ηが最大になるメインポンプ用電動機２１の回転数ωｃとメインポンプ２８の容量ｖｃとの組合せを容易に演算することができて、演算が複雑化してしまうことを回避できると共に、メインポンプ２８の流量が要求流量Ｑｓになるように精度良く制御することができる。

また、メインポンプ流量制御部３９は、メインポンプ２８の要求流量Ｑｓがゼロの場合には、メインポンプ用電動機２１を停止させるべく電動制御器１６に停止指令を出力することになり、而して、メインポンプ２８の流量をゼロにする場合にメインポンプ用電動機２１が消費する動力をゼロにすることができる。尚、メインポンプ２８の流量をゼロにする場合に、メインポンプ２８の容量をゼロにしてメインポンプ用電動機２１を空転させると、メインポンプ用電動機２１は動力を消費することになる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば、上記実施の形態において、メインポンプ用電動機２１の効率特性とメインポンプ２８の効率特性とに基づいて作成される効率特性データは、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の効率ηと、メインポンプ用電動機２１に入力される電圧Ｖ及び電流Ｉと、メインポンプ用電動機２１の回転数ω（＝メインポンプ２８の回転数ω）と、メインポンプ２８の容量ｖと、メインポンプ２８の吐出圧Ｐとの関係を示したデータη（Ｖ、Ｉ、ω、ｖ、Ｐ）であるが、メインポンプ用電動機２１の効率特性とメインポンプ２８の効率特性とに基づいて作成される効率特性データとしては、上記データη（Ｖ、Ｉ、ω、ｖ、Ｐ）に限定されない。例えば、メインポンプ用電動機２１の効率特性は、メインポンプ用電動機２１の効率ηｍと、メインポンプ用電動機２１の回転数ω及び出力トルクＴとの関係で示すこともでき、該関係を示したデータをメインポンプ用電動機２１の効率特性として用いることもできる。この場合には、メインポンプ用電動機２１の入力からメインポンプ２８の出力に至る動力伝達系の効率特性データとして、該動力伝達系の効率ηと、メインポンプ電動機２１の回転数ω（＝メインポンプ２８の回転数ω）と、メインポンプ電動機２１の出力トルクＴと、メインポンプ２８の容量ｖと、メインポンプ２８の吐出圧Ｐとの関係を示すデータη（ω、Ｔ、ｖ、Ｐ）が用いられると共に、該データη（ω、Ｔ、ｖ、Ｐ）に、トルク検出センサ（図示せず）により検出されたメインポンプ電動機２１の出力トルクＴの値と、圧力センサ４３により検出されたメインポンプ２８の吐出圧の値とを入力することにより、動力伝達系の効率ηとメインポンプ用電動機２１の回転数ωとメインポンプ２８の容量ｖとの関係を示す関数η（ω、ｖ）が作成される。

さらに、上記実施の形態では、前記動力伝動系の効率ηとメインポンプ用電動機２１の回転数ωとメインポンプ２８の容量ｖとの関係を示す関数η（ω、ｖ）に、前記式（１）（ｖ＝Ｑｓ／ω）を入力することで、動力伝達系の効率ηとメインポンプ用電動機２１の回転数ωとの関係を示す関数η（ω）とし、該関数η（ω）を用いて、効率ηが最大になるメインポンプ用電動機２１の回転数ωｃを求めたが、式（１）の替わりに下記の式（３）を用いることもできる。
ω＝Ｑｓ／ｖ ・・・（３）
この場合には、上記式（３）が関数η（ω、ｖ）に入力されて、動力伝達系の効率ηとメインポンプ２８の容量ｖとの関係を示す関数η（ｖ）が得られるが、該関数η（ｖ）を用いて効率ηが最大になるメインポンプ２８の容量ｖｃを求め、さらに下記の式（４）を用いて、メインポンプ２８が容量ｖｃのときにメインポンプ２８の流量を要求流量Ｑｓにするためのメインポンプ用電動機２１の回転数ωｃを演算すれば良い。
ωｃ＝Ｑｓ／（ηｐｖ×ｖｃ） ・・・（４）

また、上記実施の形態では、メインポンプ用電動機２１の出力軸とメインポンプ２８の駆動軸とは直結されていて、メインポンプ用電動機２１の回転数ωとメインポンプ２８の回転数ωとが等しくなるように構成されているが、ギア等の減速機構や増速機構を介して接続されていてメインポンプ用電動機２１の回転数とメインポンプ２８の回転数とが等しくない場合であっても、減速比や増速比を演算に組入れれば、全く同様に制御できることは勿論である。

また、上記実施の形態では、油圧ショベル１に登載される油圧ポンプのうち、メインポンプ２８のみに容量可変型の油圧ポンプが用いられており、該メインポンプ２８に本発明が実施されているが、油圧ショベル１に登載される他の油圧ポンプ（サブポンプ３４やパイロットポンプ３１等）に容量可変型の油圧ポンプを用いても良いことは勿論であり、この場合には、他の油圧ポンプにも本発明を実施できる。

さらに、本発明は、上記実施の形態のようなハイブリッド型の油圧ショベルに限定されることなく、可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動せしめる電動機とが設けられた各種の建設機械に実施できることは勿論である。

本発明は、可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動せしめる電動機とが設けられた建設機械において、油圧ポンプ及び電動機の効率向上を図る場合に利用できる。

１ 油圧ショベル
１６ 電動機制御器
２１ メインポンプ用電動機
２７ 制御装置
２８ メインポンプ
２８ａ 容量可変手段
３９ メインポンプ流量制御部
４０ 要求流量演算部
４１ 電動機回転数・ポンプ容量演算部

Claims (3)

1. 可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動せしめる電動機とを設けてなる建設機械において、電動機の回転数制御と油圧ポンプの容量制御とにより油圧ポンプの流量を制御するべく電動機の回転数制御手段及び油圧ポンプの容量可変手段に制御指令を出力する制御装置を設けるにあたり、該制御装置は、油圧ポンプの流量が該油圧ポンプに要求される要求流量になり、且つ、電動機入力から油圧ポンプ出力に至る動力伝達系の効率が最大になる電動機の回転数と油圧ポンプの容量との組合せを演算する演算手段を備え、該演算手段の演算結果に基づいて電動機の回転数と油圧ポンプの容量とを制御することを特徴とする建設機械における油圧ポンプの制御装置。
2. 請求項１において、演算手段は、電動機の効率特性と油圧ポンプの効率特性とに基づいて、電動機入力から油圧ポンプ出力に至る動力伝達系の効率と電動機の回転数と油圧ポンプの容量との関係を示す関数を作成すると共に、油圧ポンプに要求される要求流量と前記関数とに基づいて、前記効率が最大になる電動機の回転数と油圧ポンプの容量との組合せを演算することを特徴とする建設機械における油圧ポンプの制御装置。
3. 請求項１または２において、制御装置は、油圧ポンプに要求される要求流量がゼロの場合には、電動機を停止させることを特徴とする建設機械における油圧ポンプの制御装置。

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