JP5614814B2

JP5614814B2 - 油圧作業機械

Info

Publication number: JP5614814B2
Application number: JP2011275236A
Authority: JP
Inventors: 嘉彦畑; 彰吾多田
Original assignee: Caterpillar SARL
Current assignee: Caterpillar SARL
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: CN104136782A; US20140331660A1; EP2792888A1; CN104136782B; JP2013124752A; WO2013089230A1; KR20140110859A; EP2792888A4

Description

本発明は、油圧ショベル等の油圧作業機械の技術分野に関するものである。

一般に、油圧ショベル等の油圧作業機械は、エンジンにより油圧ポンプを駆動させ、該油圧ポンプを油圧供給源とする各種油圧アクチュエータ（油圧モータや油圧シリンダ）の作動で、走行や掘削等の各種作業を行なうように構成されている。この様な油圧作業機械においても、近年、燃費向上や排ガス削減が進められており、その手段の一つとして、通常作業時にエンジン回転数を低く設定することが検討されている。しかしながら、この様にエンジン回転数を低く設定した場合、該エンジンにより駆動される油圧ポンプの回転数も低くなり、このため、油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給できる最大流量も低下することになって、軽負荷時に速い速度で油圧アクチュエータを作動させようとしたときに速度不足になってしまうという問題がある。
一方、軽負荷時における燃費向上のために、負荷圧に応じてエンジン回転数を制御す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）。このものでは、油圧アクチュエータの負荷が軽く、油圧ポンプの吐出圧が低い場合には、エンジンの回転数を低下させて油圧ポンプの容量を増大させることで、要求流量を吐出させるように構成されている。

特開平６−８１８０２号公報

しかしながら、前記特許文献１のものにおいて、燃費低減を図るべく通常作業時においてエンジン回転数を低く設定したとすると、油圧アクチュエータの負荷が軽いときにはエンジン回転数は通常作業時よりもさらに低下することになるから、油圧ポンプの容量が増加しても油圧ポンプから油圧アクチュエータへの流量が増加することなく、而して、軽負荷時に速い速度で油圧アクチュエータを作動させようとしたときに速度不足になってしまうという問題を解決することはできず、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、エンジンと、該エンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプを油圧供給源として作動する油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータ用操作具の操作量に応じて変位して油圧ポンプから油圧アクチュエータへの圧油供給流量を制御する制御バルブと、該制御バルブの変位量に応じて油圧ポンプの吐出流量を増減するべく油圧ポンプの容量可変手段にネガティブコントロール信号圧を出力するネガティブコントロ−ル回路と、エンジンの目標回転数を設定するべく操作されるエンジン回転数設定具と、該エンジン回転数設定具で設定された目標回転数に基づいてエンジンの回転数を制御するエンジン制御装置とを備えてなる油圧作業機械において、前記油圧ポンプの吐出圧を検出するポンプ圧検出手段と、油圧ポンプの容量を検出するポンプ容量検出手段と、ネガティブコントロール信号圧を検出するネガティブコントロール信号圧検出手段とを設けると共に、前記ポンプ圧検出手段により検出される油圧ポンプの吐出圧が軽負荷時のポンプ吐出圧として予め設定される設定ポンプ圧以下で、且つ、ポンプ容量検出手段により検出されるポンプ容量が油圧ポンプの最大容量で、且つ、ネガティブコントロール信号圧検出手段により検出されるネガティブコントロール信号圧が油圧アクチュエータ用操作具のフル操作状態時におけるネガティブコントロール信号圧として予め設定される設定信号圧以下の場合に、前記エンジン制御装置は、エンジン回転数を前記エンジン回転数設定具で設定された目標回転数よりも上昇させるエンジン回転数上昇制御を行なうことを特徴とする油圧作業機械である。

請求項１の発明とすることにより、燃費低減を図るべく通常作業時にはエンジン回転数を低く設定しても、エンジン回転数上昇制御が実行された場合にはエンジン回転数が上昇することで油圧ポンプの吐出流量を増加させることができることになり、而して、軽負荷でスピードを要する作業を行なう場合に油圧アクチュエータへの供給流量が不足して速度不足になってしまうようなことがなく、良好な操作性を確保できて、作業効率の向上に大きく貢献できる。

油圧ショベルの油圧制御回路図である。エンジン回転数制御のフローチャート図である。

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、油圧作業機械の一例である油圧ショベルに設けられる油圧制御回路を示すが、該図１において、１はエンジン、２はエンジン１により駆動される可変容量型の油圧ポンプ、２ａは油圧ポンプ２の容量可変手段、３は油タンク、Ａは油圧ポンプ２を圧油供給源として作動する油圧アクチュエータであって、本実施の形態において油圧ショベルには、油圧アクチュエータＡとして、左右の走行モータ、旋回モータ、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダが設けられている。尚、本実施の形態では、油圧ポンプ２は斜板の傾転角によって容量が変化するアキシャルピストンポンプが用いられている。

また、４は前記各油圧アクチュエータＡに対する油給排制御をそれぞれ行なう制御バルブであって、該制御バルブ４は、パイロットポート４ａ、４ｂにパイロット圧が供給されていない状態では、油圧アクチュエータＡへの圧油供給を行なわない中立位置Ｎに位置しているが、パイロットポート４ａ、４ｂにパイロット圧が供給されることで変位して、油圧ポンプ２の吐出油を油圧アクチュエータＡに供給する作動位置ＸまたはＹに切換わるように構成されている。この場合、制御バルブ４の変位量（移動ストローク）は、パイロットポート４ａ、４ｂに入力されるパイロット圧の増減に対応して増減すると共に、該制御バルブ４の変位量が大きいほど、油圧アクチュエータＡへの圧油供給流量が多くなるように制御される。また、各制御バルブ４には、後述するセンタバイパス油路５に接続されるセンタバイパス弁路４ｃが形成されているが、該センタバイパス弁路４ｃの開度量は、制御バルブ４が中立位置Ｎのときに最大で、制御バルブ４の変位量が大きくなるほど小さくなるように制御される。

さらに、６はパイロットバルブであって、該パイロットバルブ６は、油圧アクチュエータ用操作具（本実施の形態の形態では、左右の走行用、旋回用、ブーム用、アーム用、バケット用の各操作具）７の操作に基づいて、前記制御バルブ４のパイロットポート４ａ、４ｂにそれぞれパイロット圧を出力する。この場合、パイロットバルブ６から出力されるパイロット圧は、油圧アクチュエータ用操作具７の操作量に対応して増減するようになっている。尚、図１においては、右端の制御バルブ４にパイロット圧を出力するパイロットバルブ６のみを図示し、他の制御バルブ４にパイロット圧を出力するパイロットバルブ６については同様であるため省略してある。

一方、前記センタバイパス油路５は、油圧ポンプ２から前記各制御バルブ４に形成されるセンタバイパス弁路４ｃを順次通過し、さらにネガティブコントロール用絞り８を通過して油タンク３に至るように形成される油路であって、該センタバイパス油路５のネガティブコントロール用絞り８の上流側の圧力は、ネガディブコントロール信号圧として、信号用回路９を介して油圧ポンプ２の容量可変手段２ａに入力される。上記ネガティブコントロール信号圧は、制御バルブ４のセンタバイパス弁路４ｃの開度量が最大のとき、つまり制御バルブ４が中立位置Ｎに位置しているときには高圧で、センタバイパス弁路４ｃの開度量が小さくなるほど、つまり制御バルブ４の変位量が大きくなるほど低圧になるが、油圧ポンプ２の容量可変手段２ａは、ネガディブコントロール信号圧が高圧になるほど油圧ポンプ２の吐出流量を少なくし、ネガディブコントロール信号圧が低圧になるほど油圧ポンプ２の吐出流量を多くするように、油圧ポンプ２の吐出流量を制御する。尚、前記制御バルブ４のセンタバイパス弁路４ｃ、センタバイパス油路５、ネガティブコントロール用絞り８、信号用回路９は、本発明のネガティブコントロ−ル回路を構成する。

さらに、１０はエンジン１の回転数を制御するエンジン制御装置であって、該エンジン制御装置１０は、前記油圧ポンプ２の吐出圧を検出するポンプ圧検出センサ（本発明のポンプ圧検出手段に相当する）１１、油圧ポンプ２の斜板の傾転角を検出する傾転角検出センサ（本発明のポンプ容量検出手段に相当する）１２、前記ネガティブコントロール信号圧を検出するネガティブコントロール信号圧検出センサ（本発明のネガティブコントロール信号圧検出手段に相当する）１３、およびエンジン回転数設定具（アクセルダイヤルやアクセルレバー等）１４からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて、エンジン１の回転数を制御する。

ここで、前記エンジン回転数設定具１４は、オペレータがエンジン１の目標回転数を任意に設定するための操作具であって、本実施の形態では、該エンジン回転数設定具１４により複数段階のエンジン回転数をオペレータが設定できるようになっているが、エンジン回転数を無段階に設定できるものであっても良い。

次いで、前記エンジン制御装置１０が行なうエンジン回転数制御について、図２のフローチャート図に基づいて説明する。
まず、エンジン制御装置１０は、前記ポンプ圧検出センサ１１、傾転角検出センサ１２、ネガティブコントロール信号圧検出センサ１３、エンジン回転数設定具１４からの信号を入力する（ステップＳ１）。

次いで、エンジン制御装置１０は、ネガティブコントロール信号圧検出センサ１３により検出されるネガティブコントロール信号圧Ｐｎが、少なくとも一つの油圧アクチュエータ用操作具７がフル操作されている（少なくとも一つの制御バルブ４が最大変位量まで変位している）のときのネガティブコントロール信号圧として予め設定される設定信号圧ＰｎＳ（例えば、１．８Ｍｐａ）以下であるか否か（Ｐｎ≦ＰｎＳ？）を判断する（ステップＳ２）。

前記ステップＳ２の判断で「ＹＥＳ」、つまりネガティブコントロール信号圧Ｐｎが設定信号圧ＰｎＳ以下（Ｐｎ≦ＰｎＳ）の場合、さらに、ポンプ圧検出センサ１１により検出される油圧ポンプ２の吐出圧Ｐｐが、軽負荷時のポンプ吐出圧として予め設定される設定ポンプ圧ＰｐＳ（例えば、２０ＭＰａ）以下であるか否か（Ｐｐ≦ＰｐＳ？）を判断する（ステップＳ３）。

前記ステップＳ３の判断で「ＹＥＳ」、つまり油圧ポンプ２の吐出圧Ｐｐが設定ポンプ圧ＰｐＳ以下（Ｐｐ≦ＰｐＳ）の場合、さらに、傾転角検出センサ１２により検出される油圧ポンプ２の斜板の傾転角Ｓθが、油圧ポンプ２の容量が最大になる最大傾転角Ｓθｍであるか否か（Ｓθ＝Ｓθｍ？）を判断する（ステップＳ４）。

そして、前記ステップＳ４の判断で「ＹＥＳ」、つまり油圧ポンプ２の斜板の傾転角Ｓθが最大傾転角Ｓθｍである（Ｓθ＝Ｓθｍ）場合、エンジン制御装置１０は、エンジン回転数を、エンジン回転数設定具１４で設定された目標回転数よりも高い軽負荷時回転数まで上昇させるエンジン回転数上昇制御を実行する（ステップＳ５）。ここで、前記軽負荷時回転数は、エンジン回転数設定具１４で設定された目標回転数よりも所定回転数（例えば、２００ｒｐｓ）だけ高い回転数であって、各目標回転数に応じてそれぞれ設定される。

而して、前記ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４の判断で全て「ＹＥＳ」の場合、つまり、ネガティブコントロール信号圧Ｐｎが設定信号ＰｎＳ圧以下であり（油圧アクチュエータ用操作具７がフル操作されている）、且つ、油圧ポンプ２の吐出圧Ｐｐが設定ポンプ圧ＰｐＳ以下であり（軽負荷時である）、且つ、油圧ポンプ２の斜板の傾転角Ｓθが最大傾転角Ｓθｍである（油圧ポンプ２の容量が最大である）場合には、エンジン回転数をエンジン回転数設定具１４で設定された目標回転数よりも高い軽負荷時回転数まで上昇させるエンジン回転数上昇制御が実行される。そして、該エンジン回転数上昇制御が実行されることにより、エンジン１により駆動される油圧ポンプ２の回転速度が増加し、これにより、油圧ポンプ２の吐出流量を増加させることができるようになっている。

一方、前記ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４の何れかの判断で「ＮＯ」、つまりネガティブコントロール信号圧が設定信号圧を越える（Ｐｎ＞ＰｎＳ）場合、或いは、油圧ポンプ２の吐出圧が設定ポンプ圧を越える（Ｐｐ＞ＰｐＳ）場合、或いは、油圧ポンプ２の斜板の傾転角が最大傾転角でない（Ｓθ≠Ｓθｍ）場合には、エンジン制御装置１０は、エンジン回転数設定具１４で設定された目標回転数となるようにエンジン回転数を制御する（ステップＳ６）。

叙述の如く構成された本形態において、油圧ショベルは、エンジン１と、該エンジン１により駆動される可変容量型の油圧ポンプ２と、該油圧ポンプ２を油圧供給源として作動する油圧アクチュエータＡと、油圧アクチュエータ用操作具７の操作量に応じて変位して油圧ポンプ２から油圧アクチュエータＡへの圧油供給流量を制御する制御バルブ４と、該制御バルブ４の変位量に応じて油圧ポンプ２の吐出流量を増減するべく油圧ポンプ２の容量可変手段２ａにネガティブコントロール信号圧を出力するネガティブコントロ−ル回路（制御バルブ４のセンタバイパス弁路４ｃ、センタバイパス油路５、ネガティブコントロール用絞り８、および信号用回路９）と、エンジン１の目標回転数を設定するべく操作されるエンジン回転数設定具１４と、該エンジン回転数設定具１４で設定された目標回転数に基づいてエンジン１の回転数を制御するエンジン制御装置１０とを備えているが、さらに、油圧ポンプ２の吐出圧を検出するポンプ圧検出センサ１１と、油圧ポンプ２の傾転角を検出する傾転角検出センサ１２と、ネガティブコントロール信号圧を検出するネガティブコントロール信号圧検出センサ１３とが設けられている。そして、エンジン制御装置１０は、前記ポンプ圧検出センサ１１により検出される油圧ポンプ２の吐出圧が軽負荷時のポンプ吐出圧として予め設定される設定ポンプ圧以下で、且つ、傾転角検出センサ１２により検出される油圧ポンプ２の斜板の傾転角が最大傾転角（ポンプ容量が最大容量）で、且つ、ネガティブコントロール信号圧検出センサ１３により検出されるネガティブコントロール信号圧が油圧アクチュエータ用操作具７のフル操作状態時のネガティブコントロール信号圧として予め設定される設定信号圧以下の場合に、エンジン１の回転数を前記エンジン回転数設定具１４で設定された目標回転数よりも高い軽負荷時回転数まで上昇させるエンジン回転数上昇制御を行うことになる。

而して、軽負荷時に、油圧ポンプ２の容量が最大容量になっており、且つ、油圧アクチュエータ用操作具７がフル操作されている場合には、エンジン回転数をエンジン回転数設定具１４で設定された目標回転数よりも高い軽負荷時回転数まで上昇させるエンジン回転数上昇制御が行なわれ、これに伴い油圧ポンプ２の回転数も上昇することになる。この結果、エンジン回転数設定具１４で設定される目標回転数を低くして、通常作業時には該低い目標回転数で稼動させることで燃費低減を達成できるものでありながら、軽負荷時にはエンジン回転数上昇制御により油圧ポンプ２の吐出流量を増加させることができることになって、例えばトラックローディングにおけるダンプ、リターン作業のように軽負荷でスピードを要する作業を行なう場合に、油圧アクチュエータＡへの供給流量が不足して速度不足になってしまうようなことがなく、良好な操作性を確保できて、作業効率の向上に大きく貢献できる。

本発明は、エンジンにより駆動する油圧ポンプと、該油圧ポンプを油圧供給源として作動する油圧アクチュエータとを備えた油圧ショベル等の各種油圧作業機械に利用することができる。

１エンジン
２油圧ポンプ
２ａ容量可変手段
４制御バルブ
４ｃセンタバイパス弁路
５センタバイパス油路
７油圧アクチュエータ用操作具
８ネガティブコントロール用絞り
９信号用回路
１０エンジン制御装置
１１ポンプ圧検出センサ
１２傾転角検出センサ
１３ネガティブコントロール信号圧検出センサ
１４エンジン回転数設定具
Ａ油圧アクチュエータ

Claims

エンジンと、該エンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプを油圧供給源として作動する油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータ用操作具の操作量に応じて変位して油圧ポンプから油圧アクチュエータへの圧油供給流量を制御する制御バルブと、該制御バルブの変位量に応じて油圧ポンプの吐出流量を増減するべく油圧ポンプの容量可変手段にネガティブコントロール信号圧を出力するネガティブコントロ−ル回路と、エンジンの目標回転数を設定するべく操作されるエンジン回転数設定具と、該エンジン回転数設定具で設定された目標回転数に基づいてエンジンの回転数を制御するエンジン制御装置とを備えてなる油圧作業機械において、前記油圧ポンプの吐出圧を検出するポンプ圧検出手段と、油圧ポンプの容量を検出するポンプ容量検出手段と、ネガティブコントロール信号圧を検出するネガティブコントロール信号圧検出手段とを設けると共に、前記ポンプ圧検出手段により検出される油圧ポンプの吐出圧が軽負荷時のポンプ吐出圧として予め設定される設定ポンプ圧以下で、且つ、ポンプ容量検出手段により検出されるポンプ容量が油圧ポンプの最大容量で、且つ、ネガティブコントロール信号圧検出手段により検出されるネガティブコントロール信号圧が油圧アクチュエータ用操作具のフル操作状態時におけるネガティブコントロール信号圧として予め設定される設定信号圧以下の場合に、前記エンジン制御装置は、エンジン回転数を前記エンジン回転数設定具で設定された目標回転数よりも上昇させるエンジン回転数上昇制御を行なうことを特徴とする油圧作業機械。