JP6283598B2 - 建設機械のトルク制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンによって駆動される油圧ポンプの吸収トルクを制御する建設機械のトルク制御装置に関する。

一般に、油圧ショベル等の建設機械は、原動機としてのエンジンと、このエンジンによって駆動される少なくとも１つの油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される油圧アクチュエータとを備え、この油圧アクチュエータを操作して掘削等の必要な作業を行っている。

また、建設機械は、エンジンの目標回転数を入力するアクセルレバー等の入力部を備え、この入力部によって入力されたエンジンの目標回転数に応じて燃料噴射量を調整することにより、エンジンの回転数を制御している。そして、建設機械は、油圧ポンプの吸収トルクの制御として、目標のエンジン回転に対して、エンジンの実回転が低下した場合に、エンジンの回転数の偏差に応じて油圧ポンプの吸収トルクを低下させる制御、いわゆるスピードセンシング制御を行うことにより、エンジンの停止を防止し、エンジンの出力を有効に利用している。

一方、エンジンの出力トルクは外部環境の影響、例えば、大気圧の低下により出力トルクが低下すること等が問題になっていた。このような問題に対して、上述のスピードセンシング制御に加え、エンジンの環境に係わる状態量を検出した後、当該状態量毎に、予め定めた状態量とエンジンの出力変化の影響量との関係からそのときの状態量の検出値に対応する出力変化の影響量を演算し、この演算値に応じて油圧ポンプの最大吸収トルクを補正するようにした油圧建設機械の油圧ポンプのトルク制御装置が従来技術の１つとして提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、油圧ポンプの吸収トルクの制御に関するものではないが、エンジンの環境状態の変化に対してエンジンの出力トルクを設定する従来技術の１つとして、標準環境下でのノミナル最大エンジントルク及びノミナル最小エンジントルクの間でのノミナル目標エンジントルクの割合と、環境補正された最大エンジントルク及び最小エンジントルクの間での目標エンジントルクの割合とが実質的に等しくなるように、環境補正された最大エンジントルク及び最小エンジントルクを補間して環境補正後の目標エンジントルクを算出するようにしたエンジンの制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−７３９６０号公報 特開２００７−１９８３４７号公報

上述した特許文献１に開示された従来技術では、油圧ポンプの吸収トルクの補正において、エンジンの環境に係わる状態量についての油圧ポンプの吸収トルクの低下量は、エンジンの回転数に拘わらず、一定となっている。そのため、特許文献１の従来技術では、特許文献２に開示されているように、エンジンの環境状態が変化した場合に、標準環境状態下でのエンジンの回転数に対するエンジンの出力トルクの特性が非相似形の変化を示すことが考慮されていない。

ここで、エンジンの環境に係わる状態量として大気圧を一例に挙げ、エンジンの出力トルクの特性として、建設機械が平地で使用されたときに、エンジンの回転数が２０００ｒｐｍに対してエンジンの出力トルクが１０００Ｎｍ、建設機械が平地よりも大気圧が低い標高２０００ｍの高地で使用されたときに、エンジンの回転数が２０００ｒｐｍに対してエンジンの出力トルクが８００Ｎｍであると仮定する。この条件に対して特許文献１の従来技術は、建設機械を標高２０００ｍの高地でエンジンの回転数を２０００ｒｐｍに設定して使用する際にオーバートルクを回避するために、例えば、大気圧の変化の影響量から油圧ポンプの吸収トルクを２００Ｎｍ（＝１０００Ｎｍ−８００Ｎｍ）低下させる補正を行うことになる。

しかしながら、エンジンの出力トルクの特性において、建設機械が平地で使用されたときに、エンジンの回転数が１２００ｒｐｍに対してエンジンの出力トルクが８００Ｎｍ、建設機械が標高２０００ｍの高地で使用されたときに、エンジンの回転数が１２００ｒｐｍに対してエンジンの出力トルクが５００Ｎｍまで低下する場合には、標高２０００ｍの高地で油圧ポンプの吸収トルクを一定の２００Ｎｍ低下させる補正を行っても、油圧ポンプの吸収トルクがエンジンの出力トルクを超えることになる。この場合、エンジンの停止やエンジンの回転数の変動を引き起こすので、建設機械の操作性が低下すると共に、車体の振動が大きくなってオペレータへの負担に繋がることが懸念されている。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、エンジンの環境が変化しても、良好な操作性を確保すると共に、車体の振動に伴うオペレータへの負担を軽減することができる建設機械のトルク制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の建設機械のトルク制御装置は、エンジン、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプ、及び前記油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される油圧アクチュエータを備えた建設機械に設けられ、前記エンジンの目標回転数を入力する目標回転数入力装置と、前記エンジンの環境に関連し、前記エンジンの出力トルクに影響を与える状態量を検出する状態量検出装置と、前記目標回転数入力装置によって入力された前記エンジンの目標回転数、及び前記状態量検出装置によって検出された前記状態量に基づいて、前記油圧ポンプの吸収トルクを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記エンジンの目標回転数とポンプベーストルクとの関係が予め設定され、この関係に対して、前記目標回転数入力装置にて入力された前記エンジンの目標回転数に基づき前記ポンプベーストルクを演算するポンプベーストルク演算部と、前記状態量、前記エンジンの目標回転数、及び前記エンジンの出力トルクの関係が予め設定され、この関係に対して、前記状態量検出装置によって検出された前記状態量、及び前記目標回転数入力装置によって入力された前記エンジンの目標回転数を適用して前記エンジンの出力トルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部によって演算された前記エンジンの出力トルクと前記ポンプベーストルク演算部によって演算された前記ポンプベーストルクとのうち、最小値を選択して、前記油圧ポンプの吸収トルクを制限する吸収トルク制限部とを含み、前記エンジンの目標回転数に対する前記エンジンの出力トルクの特性を前記状態量としての標高毎に対応づけて複数設定し、前記標高が高くなるほど前記エンジンの目標回転数の低下に対する前記エンジンの出力トルクの低下の変化量が大きくなるように制御することを特徴としている。

本発明の建設機械のトルク制御装置によれば、エンジンの環境が変化しても、良好な操作性を確保すると共に、車体の振動に伴うオペレータへの負担を軽減することができる。

本発明に係るトルク制御装置の一実施形態が適用される建設機械の一例として挙げた油圧ショベルの構成を示す外観図である。 本実施形態に係るトルク制御装置の要部の構成を説明する図である。 本実施形態に係る傾転角制御部の構成を説明する図である。 本実施形態に係る車体コントローラの構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係るポンプベーストルク演算部のマップにおけるエンジンの目標回転数ＮａとポンプベーストルクＴＲａとの関係を示す図である。 本実施形態に係るスピードセンシング補正トルク演算部のマップにおけるエンジンの目標回転数Ｎａと実回転数Ｎとの偏差ΔＮと、スピードセンシング補正トルクＴＲｂとの関係を示す図である。 本実施形態に係る油温補正トルク演算部のマップにおける作動油の温度Ｔｏと油温補正トルクＴＲｃとの関係を示す図である。 本実施形態に係る水温補正トルク演算部のマップにおけるエンジンの冷却水の温度Ｔｗと水温補正トルクＴＲｄとの関係を示す図である。 本実施形態に係るトルク演算部の複数のマップのうち大気圧１００ｋＰａにおけるエンジンの目標回転数Ｎａと出力トルクＴＲｅとの関係を示す図である。 本実施形態に係る油圧ショベルが各標高の環境下においてそれぞれ使用されるときのエンジンの回転数Ｎと出力トルクＴＲｅとの関係を示す図である。

以下、本発明に係る建設機械のトルク制御装置を実施するための形態を図に基づいて説明する。

本発明に係るトルク制御装置の一実施形態は、建設機械、例えば、図１に示す油圧ショベル１に適用される。この油圧ショベル１は、走行体２と、この走行体２の上側に旋回装置３Ａを介して旋回可能に取付けられた旋回体３と、この旋回体３の前方に取り付けられて上下方向に回動するフロント作業機４とから構成されている。

走行体２は、前後方向の一端のうち左右の両側にそれぞれ配置され、履帯２ａを駆動する走行モータ２Ａを有している。旋回装置３Ａは、内部に配置された旋回モータ（図示せず）を有している。これらの走行モータ２Ａ及び旋回モータは、例えば、油圧を動力源とする油圧モータから構成されている。

旋回体３は、車体の前部に配置され、オペレータが搭乗する運転室５と、車体の後部に配置され、車体のバランスを保つカウンタウェイト６と、これら運転室５とカウンタウェイト６との間に配置され、原動機としてのエンジン１１（図２参照）を格納する機械室７とを備えている。

また、旋回体３は、図示されないが、エンジン１１の近傍に配置され、エンジン１１及び後述の油圧ポンプ１２（図２参照）との間で熱交換を行う熱交換器を備えている。この熱交換器は、例えば、エンジン１１の冷却水を作成するラジエータと、作動油を冷却するオイルクーラと、エンジン１１のターボチャージャ（図示せず）によって過給された空気を冷却するインタクーラとを備えている。

そして、このように構成される旋回体３において、本実施形態に係るトルク制御装置を含む油圧制御装置１００（図２参照）が搭載されている。なお、この油圧制御装置１００の具体的な構成については後で詳細に述べる。

フロント作業機４は、基端が旋回体３に回動可能に取り付けられ、上下方向に回動するブーム４Ａと、このブーム４Ａの先端に回動可能に取り付けられ、上下方向に回動するアーム４Ｂと、このアーム４Ｂの先端に回動可能に取り付けられ、上下方向に回動するバケット４Ｃとを有している。

また、フロント作業機４は、旋回体３とブーム４Ａとを接続し、伸縮することによってブーム４Ａを回動させるブームシリンダ４ａと、ブーム４Ａの上側に配置されると共にブーム４Ａとアーム４Ｂとを接続し、伸縮することによってアーム４Ｂを回動させるアームシリンダ４ｂと、アーム４Ｂとバケット４Ｃとを接続し、伸縮することによってバケット４Ｃを回動させるバケットシリンダ４ｃと、これらの各シリンダ４ａ〜４ｃへ圧油を導く複数の配管（図示せず）とを含んでいる。

上述した走行モータ２Ａ、旋回モータ、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃは、後述の油圧ポンプ１２から吐出された圧油によって駆動される油圧アクチュエータとして機能する。なお、油圧ショベル１には、バケット４Ｃ等の各種のアタッチメントが存在し、バケット４Ｃは岩盤を掘削するブレーカ（図示せず）や岩石を破砕する小割機（図示せず）等に変更可能であり、作業の内容に適したアタッチメントを用いることにより、掘削や破砕を含む様々な作業を行うことができる。

次に、油圧アクチュエータ２Ａ、４ａ〜４ｃの駆動源としての油圧回路を構成する前述の油圧制御装置１００について、図２を参照しながら詳細に説明する。なお、油圧アクチュエータ２Ａ、４ａ〜４ｃは、上述のアタッチメントの全てを駆動可能に構成され、それぞれ同様の油圧回路により駆動されるので、以下の説明を分かり易くするために、アームシリンダ４ｂを駆動する構成を例に挙げて説明し、その他の油圧アクチュエータ２Ａ，４ａ，４ｃを駆動する構成の説明を省略する。

図２に示すように、油圧制御装置１００は、上述のエンジン１１と、このエンジン１１の動作を制御するエンジンコントローラ１１Ａと、エンジン１１によって駆動されるアキシャルピストンポンプ等の可変容量型斜板式油圧ポンプ（以下、便宜的に油圧ポンプと呼ぶ）１２と、この油圧ポンプ１２に吸入される作動油を貯蔵する作動油タンク１３と、アームシリンダ４ｂと油圧ポンプ１２との間に接続され、アームシリンダ４ｂに対して吐出される作動油の流れ（流量及び方向）を制御する方向制御弁１４と、油圧ポンプ１２の回転軸に対する斜板１２Ａ（図３参照）の傾転角を制御する傾転角制御部１５とを含んでいる。

また、油圧制御装置１００は、パイロット圧油としての作動油を方向制御弁１４の左右の受圧室及び傾転角制御部１５へ供給するギアポンプ２０と、このギアポンプ２０から吐出された作動油の圧力（パイロット圧）の最大値を規定するパイロットリリーフ弁２１と、ギアポンプ２０と傾転角制御部１５とを接続する１次圧管路１６に設けられ、後述の車体コントローラ３２から出力された指令電流に応じて、ギアポンプ２０から傾転角制御部１５へ吐出された作動油の圧力を減圧する減圧弁２２と、油圧ポンプ１２と方向制御弁１４との間に接続され、油圧ポンプ１２から吐出された作動油が過剰となった場合に、作動油を作動油タンク１３へ流出させるメインリリーフ弁２３とを含んでおり、このメインリリーフ弁２３によって油圧回路を保護している。

さらに、油圧制御装置１００は、運転室５内に設置され、オペレータが把持して操作する操作装置２５と、この操作装置２５の操作に応じて、ギアポンプ２０から方向制御弁１４の左右の受圧室へ導かれる作動油の圧力を減圧する一対の減圧弁２６Ａ，２６Ｂと、これらの減圧弁２６Ａ，２６Ｂを流通した作動油の圧力をそれぞれ測定する一対の圧力センサ（ＰＳ）２７Ａ，２７Ｂと、エンジン１１の回転数（実回転数）Ｎ（図４参照）を検出する回転数検出器２８とを含んでいる。

そして、油圧制御装置１００は、エンジン１１の目標回転数Ｎａ（図４参照）を入力する目標回転数入力装置としての目標回転数設定ダイヤル３０と、エンジン１１の環境に関連し、エンジン１１の出力トルクＴＲｅ（図１０参照）に影響を与える状態量を含む、状態量を検出する状態量検出装置３１と、目標回転数設定ダイヤル３０によって設定されたエンジン１１の目標回転数Ｎａ、及び状態量検出装置３１によって検出された状態量に基づいて、油圧ポンプ１２の吸収トルクの制御を含む車体全体の動作の制御を行う制御装置としての車体コントローラ３２とを含んでいる。

方向制御弁１４は、作動油をアームシリンダ４ｂのボトム室４ｂ１へ導くことにより、アームシリンダ４ｂを伸長させる切換位置Ｒ、作動油をアームシリンダ４ｂへ導かずに作動油タンク１３へ流出させる切換位置Ｎ、及び作動油をアームシリンダ４ｂのロッド室４ｂ２へ導くことにより、アームシリンダ４ｂを短縮させる切換位置Ｌを有している。そして、方向制御弁１４は、減圧弁２６Ａ，２６Ｂから左右の受圧室に導かれた作動油の圧力に応じて、内部のスプールがストロークすることにより、３つの切換位置Ｒ，Ｎ，Ｌのいずれかに切換える構成になっている。

傾転角制御部１５は、図３に示すように、筒状のシリンダボア１５Ａと、一端が油圧ポンプ１２の斜板１２Ａに連結され、他端がシリンダボア１５Ａ内に挿入されたピストンロッド１５Ｂと、このピストンロッド１５Ｂの当該他端に取付けられ、シリンダボア１５内を軸方向へ往復動するピストン１５Ｃと、シリンダボア１５Ａのボトム室１５Ａ１に設置され、ピストン１５Ｃをシリンダボア１５Ａのロッド室１５Ａ２へ付勢する付勢ばね１５Ｄとを有している。

このように構成された傾転角制御部１５では、ギアポンプ２０からの作動油が１次圧管路１６から減圧弁２２を介してシリンダボア１５Ａのロッド室１５Ａ２へ供給されることにより、ロッド室１５Ａ２内の圧力によってピストン１５Ｃが付勢ばね１５Ｄに抗してシリンダボア１５Ａのボトム室１５Ａ１を圧縮しながら移動する。これにより、ピストン１５Ｃの移動に連動して油圧ポンプ１２の斜板１２Ａの傾転角が大きくなり、油圧ポンプ１２の押しのけ容積が増大する。

一方、ロッド室１５Ａ内の作動油が減圧弁２２を介して作動油タンク１３へ戻されることにより、ロッド室１５Ａ２内の圧力が低下することに伴い、ピストン１５Ｃが付勢ばね１５Ｄの弾性力で押し戻されてロッド室１５Ａ２を圧縮しながら移動する。これにより、ピストン１５Ｃの移動に連動して油圧ポンプ１２の斜板１２Ａの傾転角が小さくなり、油圧ポンプ１２の押しのけ容積が減少する。

目標回転数設定ダイヤル３０は、例えば、運転室５内に設置され、エンジン１１に対して高回転数が要求される重負荷作業及び低回転数が要求される軽負荷作業等の作業内容に応じて、運転室５内のオペレータがエンジン１１の目標回転数Ｎａを設定して入力する入力装置から構成されている。

状態量検出装置３１は、例えば、ラジエータへ戻されるエンジン１１の冷却水の温度Ｔｗ（図４参照）を検出する水温検出器３１Ａと、作動油タンク１３へ戻される作動油の温度Ｔｏ（図４参照）を検出する油温検出器３１Ｂと、旋回体３の吸気口（図示せず）に取付けられ、油圧ショベル１が置かれた環境の大気圧Ｐ（図４参照）を検出する大気圧検出器３１Ｃとから構成されている。

これらの状態量検出装置３１のうち、水温検出器３１Ａ、及び大気圧検出器３１Ｃの検出結果は、エンジンコントローラ１１Ａに出力され、エンジン１１の動作の制御に使用される。また、上述した圧力センサ２７Ａ,２７Ｂの測定結果、目標回転数設定ダイヤル３０の設定値、回転数検出器２８、水温検出器３１Ａ、油温検出器３１Ｂ、及び大気圧検出器３１Ｃの検出結果は、車体コントローラ３２へ出力され、車体の動作の制御に使用される。

従って、本実施形態では、エンジン１１の出力トルクＴＲｅに影響を与える状態量として冷却水の温度Ｔｗ、及び大気圧Ｐを状態量の具体例として挙げており、これらの状態量のうち大気圧Ｐを、エンジン１１の出力トルクＴＲｅの変化量ΔＴＲ（図１０参照）がエンジン１１の回転数Ｎに応じて異なる特定の状態量の具体例として挙げている。すなわち、大気圧検出器３１Ｃは、当該特定の状態量を検出する特定状態量検出装置として機能する。なお、エンジン１１の出力トルクＴＲｅには影響を与えないが、油圧ポンプ１２の吸収トルクの制御に使用する状態量として、作動油の温度Ｔｏを具体例として挙げている。

車体コントローラ３２は、車体の動作を制御するための各種の演算等を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵによる演算を実行するためのプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置と、ＣＰＵがプログラムを実行する際の作業領域となるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各種の情報を入力すると共に、減圧弁２２への指令電流を出力する入出力インターフェースとを含むハードウェアから構成されている。

次に、油圧ポンプ１２の吸収トルクを制御する機能を示す車体コントローラ３２の具体的な構成について、図４を参照しながら詳細に説明する。

車体コントローラ３２は、ポンプベーストルク演算部４０と、スピードセンシング補正トルク演算部４１と、油温補正トルク演算部４２と、水温補正トルク演算部４３と、トルク演算部４４と、吸収トルク制限部４５と、ポンプ補正トルク演算部４６，４７と、ポンプトルク演算部４８と、指令電流演算部４９とを有している。

ポンプベーストルク演算部４０は、エンジン１１の目標回転数ＮａとポンプベーストルクＴＲａとの関係が予め設定されたマップを格納している。このマップは、例えば図５に示すように、エンジン１１の目標回転数Ｎａの上昇に応じてポンプベーストルクＴＲａが予め指定された最小値ＴＲａｍｉｎから最大値ＴＲａｍａｘまで上昇し、目標回転数ＮａがＮａ１以下のときに、ポンプベーストルクＴＲａは最小値ＴＲａｍｉｎに設定され、目標回転数ＮａがＮａ２以上のときに、ポンプベーストルクＴＲａは最大値ＴＲａｍａｘに設定された関係を示している。

ポンプベーストルク演算部４０は、目標回転数設定ダイヤル３０によって設定されたエンジン１１の目標回転数Ｎａを入力した後、マップが示す関係に対して、入力したエンジン１１の目標回転数Ｎａを適用してポンプベーストルクＴＲａを演算し、その演算結果を吸収トルク制限部４５へ出力する。

スピードセンシング補正トルク演算部４１は、エンジン１１の目標回転数Ｎａと実回転数Ｎとの偏差ΔＮと、スピードセンシング補正トルクＴＲｂとの関係が予め設定されたマップを格納している。このマップは、例えば図６に示すように、原点を中心とした点対称の関係であり、偏差ΔＮの上昇に応じてスピードセンシング補正トルクＴＲｂが予め指定された最小値ＴＲｂｍｉｎから最大値ＴＲｂｍａｘまで上昇し、偏差ΔＮがΔＮ１以下のときに、スピードセンシング補正トルクＴＲｂは最小値ＴＲｂｍｉｎに設定され、偏差ΔＮがΔＮ２以上のときに、スピードセンシング補正トルクＴＲｂは最大値ＴＲｂｍａｘに設定された関係を示している。

スピードセンシング補正トルク演算部４１は、エンジン１１の目標回転数Ｎａと実回転数Ｎとの偏差ΔＮを入力した後、マップが示す関係に対して、入力した偏差ΔＮを適用してスピードセンシング補正トルクＴＲｂを演算し、その演算結果をポンプ補正トルク演算部４７へ出力する。

油温補正トルク演算部４２は、作動油の温度Ｔｏと油温補正トルクＴＲｃとの関係が予め設定されたマップを格納している。このマップは、例えば図７に示すように、作動油の温度Ｔｏの上昇に応じて油温補正トルクＴＲｃが予め指定された最大値ＴＲｃｍａｘ（例えば、０Ｎｍ）まで上昇し、作動油の温度ＴｏがＴｏ１（例えば、１５℃）以上のときに、油温補正トルクＴＲｃは最大値ＴＲｃｍａｘに設定された関係を示している。

油温補正トルク演算部４２は、油温検出器３１Ｂによって検出された作動油の温度Ｔｏを入力した後、マップが示す関係に対して、入力した作動油の温度Ｔｏを適用して油温補正トルクＴＲｃを演算し、その演算結果をポンプ補正トルク演算部４６へ出力する。

水温補正トルク演算部４３は、エンジン１１の冷却水の温度Ｔｗと水温補正トルクＴＲｄとの関係が予め設定されたマップを格納している。このマップは、例えば図８に示すように、エンジン１１の冷却水の温度Ｔｗの上昇に応じて水温補正トルクＴＲｄが予め指定された最大値ＴＲｄｍａｘ（例えば、０Ｎｍ）まで上昇し、エンジン１１の冷却水の温度ＴｗがＴｗ１（例えば、１５℃）以上のときに、水温補正トルクＴＲｄは最大値ＴＲｄｍａｘに設定された関係を示している。

水温補正トルク演算部４３は、水温検出器３１Ａによって検出されたエンジン１１の冷却水の温度Ｔｗを入力した後、マップが示す関係に対して、入力したエンジン１１の冷却水の温度Ｔｗを適用して水温補正トルクＴＲｄを演算し、その演算結果をポンプ補正トルク演算部４６へ出力する。

トルク演算部４４は、大気圧Ｐ、エンジン１１の目標回転数Ｎａ、エンジン１１の出力トルクＴＲｅの関係が予め設定された複数のマップを格納している。これらの各マップは、例えば、任意の範囲における大気圧Ｐ毎にエンジン１１の目標回転数Ｎａと出力トルクＴＲｅとの関係を規定し、大気圧Ｐが低下するにつれて出力トルクＴＲｅが減少するように設定された関係を示している。

また、トルク演算部４４の各マップの関係の具体例の１つとして、図９に示すように、油圧ショベル１が置かれた環境の大気圧Ｐが１００ｋＰａのときのエンジン１１の目標回転数Ｎａと出力トルクＴＲｅとの関係は、目標回転数Ｎａが低回転数のときに、出力トルクＴＲｅは小さくなり、目標回転数Ｎａが高回転数のときに、出力トルクＴＲｅは大きくなるように設定されている。

トルク演算部４４は、大気圧検出器３１Ｃによって検出された大気圧Ｐ、及び目標回転数設定ダイヤル３０によって設定されたエンジン１１の目標回転数Ｎａを入力した後、マップが示す関係に対して、入力した大気圧Ｐ及びエンジン１１の目標回転数Ｎａを適用してエンジン１１の出力トルクＴＲｅを演算し、その演算結果を吸収トルク制限部４５へ出力する。

吸収トルク制限部４５は、トルク演算部４４によって演算されたエンジン１１の出力トルクＴＲｅ以下に、油圧ポンプ１２の吸収トルクを制限する。具体的には、吸収トルク演算部４５は、例えば、ポンプベーストルク演算部４０によって演算されたポンプベーストルクＴＲａ、及びトルク演算部４４によって演算されたエンジン１１の出力トルクＴＲｅを入力した後、これらのポンプベーストルクＴＲａ及び出力トルクＴＲｅの最小値をポンプトルクＴＲｆとして選択し、その選択結果をポンプトルク演算部４８へ出力する。

ポンプ補正トルク演算部４６は、油温補正トルク演算部４２によって演算された油温補正トルクＴＲｃ、及び水温補正トルク演算部４３によって演算された水温補正トルクＴＲｄを入力した後、これらの油温補正トルクＴＲｃと水温補正トルクＴＲｄを加算してポンプ補正トルクＴＲｇを演算し、その演算結果をポンプ補正トルク演算部４７へ出力する。

ポンプ補正トルク演算部４７は、スピードセンシング補正トルク演算部４１によって演算されたスピードセンシング補正トルクＴＲｂ、及びポンプ補正トルク演算部４６によって演算されたポンプ補正トルクＴＲｇを入力した後、このポンプ補正トルクＴＲｇからスピードセンシング補正トルクＴＲｂを減算してポンプ補正トルクＴＲｈを演算し、その演算結果をポンプトルク演算部４８へ出力する。

ポンプトルク演算部４８は、吸収トルク制限部４５によって選択されたポンプトルクＴＲｆ、及びポンプ補正トルク演算部４７によって演算されたポンプ補正トルクＴＲｈを入力した後、これらのポンプトルクＴＲｆとポンプ補正トルクＴＲｈを加算してポンプトルクＴＲｉを演算し、その演算結果を指令電流演算部４９へ出力する。

指令電流演算部４９は、ポンプトルクＴＲｉと、減圧弁２２へ出力する指令電流Ｉとの関係が予め設定されたマップを格納している。このマップは、例えば、ポンプトルクＴＲｉの上昇に応じて指令電流Ｉが減少する反比例の関係を示している。そして、指令電流演算部４９は、ポンプトルク演算部４８によって演算されたポンプトルクＴＲｉを入力した後、マップが示す関係に対して、入力したポンプトルクＴＲｉを適用して指令電流Ｉを演算し、得られた指令電流Ｉを減圧弁２２へ出力する。

以上説明した車体コントローラ３２の各ポンプベーストルク演算部４０、スピードセンシング補正トルク演算部４１、油温補正トルク演算部４２、水温補正トルク演算部４３、及びトルク演算部４４の演算は、油圧ショベル１の運転室５内に設けられたエンジン１１のキースイッチ（図示せず）がＯＮ状態に設定されることにより実行される。そして、上述のように指令電流演算部４９から減圧弁２２へ指令電流Ｉが出力されると、この指令電流Ｉを入力した減圧弁２２が傾転角制御部１５におけるシリンダボア１５Ａのロッド室１５Ａ２内の作動油の圧力を調整することにより、油圧ポンプ１２の斜板１２Ａの傾転角が変更される。これにより、油圧ポンプ１２の押しのけ容積が増減するので、これに伴って油圧ポンプ１２の吸収トルクが制御される。

このように構成した本実施形態によれば、吸収トルク制限部４５が、ポンプベーストルク演算部４０によって演算されたポンプベーストルクＴＲａ、及びトルク演算部４４によって演算されたエンジン１１の出力トルクＴＲｅの最小値を選択することにより、油圧ショベル１が大気圧の異なる環境に置かれ、エンジン１１の回転数Ｎを変更して使用されても、油圧ポンプ１２の吸収トルクがエンジン１１の出力トルクＴＲｅを超えるのを防止することができる。

具体的には、図１０に示すように、油圧ショベル１が標高０ｍの平地で使用されたときに、エンジン１１の回転数ＮがＮ１（例えば、２０００ｒｐｍ）に対してエンジン１１の出力トルクＴＲｅがＴＲｅ１（例えば、１０００Ｎｍ）、油圧ショベル１が標高０ｍの平地よりも大気圧Ｐが低い標高２０００ｍの高地で使用されたときに、エンジン１１の回転数ＮがＮ１に対してエンジン１１の出力トルクＴＲｅがＴＲｅ２（例えば、６００Ｎｍ）であると仮定する。この条件に対して本実施形態は、油圧ショベル１が標高２０００ｍの高地で使用されたときに、吸収トルク制限部４５によって油圧ポンプ１２の吸収トルクをエンジン１１の出力トルクＴＲｅの変化量ΔＴＲ１（４００Ｎｍ）以上低下させるように補正することができる。

また、油圧ショベル１が標高０ｍの平地で使用されたときに、エンジン１１の回転数ＮがＮ２（例えば、１２００ｒｐｍ）に対してエンジン１１の出力トルクＴＲｅがＴＲｅ３（例えば、９００Ｎｍ）、油圧ショベル１が標高２０００ｍの高地で使用されたときに、エンジンの回転数ＮがＮ２に対してエンジン１１の出力トルクＴＲｅがＮ４（例えば、４００Ｎｍまで低下すると仮定する。この条件に対して本実施形態は、油圧ショベル１が標高２０００ｍの高地で使用されたときに、吸収トルク制限部４５によって油圧ポンプ１２の吸収トルクをエンジン１１の出力トルクＴＲｅの変化量ΔＴＲ２（５００Ｎｍ）以上低下させるように補正することができる。

従って、本実施形態は、油圧ショベル１が標高０ｍの平地及び標高２０００ｍの高地で使用されたときのエンジン１１の出力トルクＴＲｅの変化量ΔＴＲがエンジン１１の回転数Ｎ毎に異なっていても（ΔＴＲ１≠ΔＴＲ２）、その変化量ΔＴＲに応じて油圧ポンプ１２の吸収トルクの補正量が変更されるので、油圧ポンプ１２の吸収トルクをエンジン１１の出力トルクＴＲｅ以下に適切に制限することができる。これにより、エンジン１１が停止したり、あるいはエンジン１１の回転数が変動することを十分に抑制することができる。

このように、本実施形態は、油圧ショベル１が置かれた環境が変化しても、エンジン１１の回転数Ｎに対するエンジン１１の出力トルクＴＲｅの特性が変化することが考慮されているので、良好な操作性を確保すると共に、車体の振動に伴うオペレータへの負担を軽減することができる。

また、本実施形態は、大気圧検出器３１Ｃによって油圧ショベル１が置かれた環境の大気圧Ｐを検出し、車体コントローラ３２による油圧ポンプ１２の吸収トルクの制御に用いることにより、エンジン１１の冷却水の温度Ｔｗや作動油の温度Ｔｏと比べてエンジン１１の出力トルクＴＲｅの変化量ΔＴＲが大きくなり易い大気圧Ｐの特性に対して、油圧ポンプ１２の吸収トルクの制限を効果的に実施することができる。これにより、油圧ショベル１を使用する際の作業性を向上させることができる。

なお、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

また、本実施形態は、ポンプベーストルク演算部４０によって演算されたポンプベーストルクＴＲａ、及びトルク演算部４４によって演算されたエンジン１１の出力トルクＴＲｅの最小値を、吸収トルク制限部４５による油圧ポンプ１２の吸収トルクの制限に用いた場合について説明したが、この場合に限らず、例えば、スピードセンシング補正トルク演算部４１によるスピードセンシング補正トルクＴＲｂの演算と同様に、補正トルクの演算を用いて油圧ポンプ１２の吸収トルクの制限を行っても良い。

さらに、本実施形態は、エンジン１１の環境に関連し、エンジン１１の出力トルクＴＲｅに影響を与える状態量として、エンジン１１の冷却水の温度Ｔｗ、及び大気圧Ｐを具体例に挙げた場合について説明したが、この場合に限らず、外気の温度、エンジン１１の排気ガスの温度、及びエンジン１１の燃料の温度等の他の状態量に対しても適用することができる。

また、本実施形態は、エンジン１１の冷却水の温度Ｔｗ、作動油の温度Ｔｏ、及び大気圧Ｐのうち特定の状態量として、大気圧Ｐを具体例に挙げた場合について説明したが、この場合に限らず、大気圧のように、エンジン１１の出力トルクＴＲｅの変化量ΔＴＲがエンジン１１の回転数Ｎに応じて大きくなり易い状態量であれば、大気圧Ｐ以外の状態量に対しても適用することができる。

１…油圧ショベル（建設機械）、４ｂ…アームシリンダ、４ｂ１…ボトム室、４ｂ２…ロッド室、１１…エンジン、１２…油圧ポンプ、１２Ａ…斜板、１５…傾転角制御部、１５Ａ…シリンダボア、１５Ａ１…ボトム室、１５Ａ２…ロッド室、１５Ｂ…ピストンロッド、１５Ｃ…ピストン、１５Ｄ…付勢ばね、１６…１次圧管路
２２…減圧弁、２５…操作装置、２６Ａ，２６Ｂ…減圧弁、２８…回転数検出器、３０…目標回転数設定ダイヤル（目標回転数入力装置）、３１…状態量検出装置、３１Ａ…水温検出器、３１Ｂ…油温検出器、３１Ｃ…大気圧検出器（特定状態量検出装置）、３２…車体コントローラ（制御装置）、４０…ポンプベーストルク演算部、４１…スピードセンシング補正トルク演算部、４２…油温補正トルク演算部、４３…水温補正トルク演算部、４４…トルク演算部、４５…吸収トルク制限部、４６，４７…ポンプ補正トルク演算部、４８…ポンプトルク演算部、４９…指令電流演算部、１００…油圧制御装置

Claims (2)

1. エンジン、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプ、及び前記油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される油圧アクチュエータを備えた建設機械に設けられ、
   前記エンジンの目標回転数を入力する目標回転数入力装置と、
   前記エンジンの環境に関連し、前記エンジンの出力トルクに影響を与える状態量を検出する状態量検出装置と、
   前記目標回転数入力装置によって入力された前記エンジンの目標回転数、及び前記状態量検出装置によって検出された前記状態量に基づいて、前記油圧ポンプの吸収トルクを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記エンジンの目標回転数とポンプベーストルクとの関係が予め設定され、この関係に対して、前記目標回転数入力装置にて入力された前記エンジンの目標回転数に基づき前記ポンプベーストルクを演算するポンプベーストルク演算部と、
   前記状態量、前記エンジンの目標回転数、及び前記エンジンの出力トルクの関係が予め設定され、この関係に対して、前記状態量検出装置によって検出された前記状態量、及び前記目標回転数入力装置によって入力された前記エンジンの目標回転数を適用して前記エンジンの出力トルクを演算するトルク演算部と、
   前記トルク演算部によって演算された前記エンジンの出力トルクと前記ポンプベーストルク演算部によって演算された前記ポンプベーストルクとのうち、最小値を選択して、前記油圧ポンプの吸収トルクを制限する吸収トルク制限部とを含み、
   前記エンジンの目標回転数に対する前記エンジンの出力トルクの特性を前記状態量としての標高毎に対応づけて複数設定し、前記標高が高くなるほど前記エンジンの目標回転数の低下に対する前記エンジンの出力トルクの低下の変化量が大きくなるように制御する
   ことを特徴とする建設機械のトルク制御装置。
2. 請求項１に記載の建設機械のトルク制御装置において、
   前記建設機械が置かれた環境の大気圧を前記状態量として検出する大気圧検出器を備えたことを特徴とする建設機械のトルク制御装置。