JP7110164B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、オートアイドル制御機能を有する建設機械に関する。

建設機械の一つである油圧ショベルは、原動機（詳細には、例えばエンジン又は電動機など）と、原動機によって駆動される油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータと、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れをそれぞれ制御する複数の制御弁と、複数の制御弁を切換える複数の操作装置とを備える。近年、省エネや騒音低減などの観点から、複数の操作装置の無操作状態が続いた場合に、原動機の回転数を標準回転数からアイドル回転数に低下させるオートアイドル制御機能が設けられている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１の油圧ショベルは、原動機によって駆動されるパイロットポンプと、パイロットポンプの吐出側とタンクの間で接続されると共に上述した複数の制御弁が介在し、複数の制御弁のうちのいずれかが中立位置から切換えられた場合に遮断される油圧信号ラインと、パイロットポンプの吐出側に設けられたパイロットリリーフ弁と、油圧信号ラインにおけるパイロットポンプの吐出側と複数の制御弁の間に設けられた固定絞りと、固定絞りの下流側（言い換えれば、固定絞りと制御弁の間）の油圧を検出する圧力センサと、圧力センサの検出結果に基づいて複数の操作装置の操作状態を検出する制御装置とを備える。

複数の操作装置のうちのいずれかが操作された場合は（すなわち、複数の制御弁のうちのいずれかが中立位置から切換えられた場合は）、油圧信号ラインが遮断状態となるため、圧力センサで検出される油圧がパイロットリリーフ弁のリリーフ圧近くまで上昇する。全ての操作装置が操作されない場合は（すなわち、全ての制御弁が中立位置である場合は）、油圧信号ラインが連通状態となるため、圧力センサで検出される油圧が降下する。制御装置は、圧力センサで検出された油圧が予め設定された閾値を超えるかどうかにより、いずれかの操作装置が操作されたかどうかを判定する。

制御装置は、圧力センサで検出された油圧が閾値以下である場合に、全ての操作装置が操作されていないと判定する。そして、全ての操作装置が操作されていない状態が所定時間継続した場合に、原動機の回転数をアイドル回転数に低下させる。また、制御装置は、圧力センサで検出された油圧が閾値を超える場合に、いずれかの操作装置が操作されたと判定する。そして、原動機の回転数を標準回転数に維持又は復帰させる。

特開２０１２－２２５０５０号公報

上記従来技術では、固定絞りの下流側の油圧を検出する圧力センサを設けており、この圧力センサで検出された油圧と閾値を比較して、操作装置の操作状態を検出する。しかしながら、上記従来技術には、以下のような改善の余地がある。

上述した閾値は、原動機の回転数が標準回転数であって油圧信号ラインが連通状態である場合に圧力センサで検出される油圧（詳細には、油圧信号ラインにおける圧力センサからタンクまでの部分の圧力損失をタンク圧に加算した圧力であり、油温が低ければ増加する）より、高く設定する必要がある。また、原動機の回転数がアイドル回転数であって油圧信号ラインが遮断状態である場合に圧力センサで検出される油圧より、低く設定する必要がある。

ところが、原動機の回転数がアイドル回転数に低下すると、パイロットポンプの吐出流量が減少する。パイロットリリーフ弁は、油の流量の減少に比例してリリーフ圧が低下するオーバーライド特性を有する。そのため、原動機のアイドル回転数が低すぎれば、原動機の回転数がアイドル回転数であって油圧信号ラインが遮断状態である場合に圧力センサで検出される油圧が、閾値を超えない可能性が生じる。すなわち、操作装置の操作状態を検出できない可能性がある。したがって、原動機のアイドル回転数を低く設定することが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、原動機のアイドル回転数を低く設定しても操作装置の操作状態を検出でき、原動機のアイドル回転数を低く設定することができる建設機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、原動機と、前記原動機によって駆動される油圧ポンプと、油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する制御弁と、操作レバーの操作量に対応するパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧により前記制御弁を切換える操作装置と、前記操作装置の無操作状態が続いた場合に、前記原動機の回転数を予め設定されたアイドル回転数に制御する制御装置とを備えた建設機械において、前記原動機によって駆動され、吐出圧が前記パイロット圧の元圧として用いられるパイロットポンプと、前記パイロットポンプの吐出側に設けられたパイロットリリーフ弁と、前記パイロットポンプの吐出側とタンクの間で接続されると共に前記制御弁が介在し、前記制御弁が中立位置から切換えられた場合に遮断される油圧信号ラインと、前記油圧信号ラインにおける前記パイロットポンプの吐出側と前記制御弁の間に設けられた固定絞りと、前記固定絞りの上流側の油圧を検出する第１の圧力センサと、前記固定絞りの下流側の油圧を検出する第２の圧力センサとを備え、前記制御装置は、前記第１の圧力センサ及び前記第２の圧力センサの検出結果に基づいて前記操作装置の操作状態を検出する。

本発明によれば、原動機のアイドル回転数を低く設定しても操作装置の操作状態を検出でき、原動機のアイドル回転数を低く設定することができる。

本発明の一実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図である。 本発明の一実施形態における油圧ショベルの構造を表す上面図である。 本発明の一実施形態における油圧駆動装置の構成を表す図である。 本発明の一実施形態における制御装置の処理手順表すフローチャートである。

以下、本発明の適用対象として油圧ショベルを例にとり、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図であり、図２は、上面図である。なお、以降、油圧ショベルが図１及び図２で示す状態にて運転者が運転席に着座した場合における運転者の前側（図１及び図２の右側）、後側（図１及び図２の左側）、左側（図１の紙面に向かって奥側、図２の上側）、右側（図１の紙面に向かって手前側、図２の下側）を、単に前側、後側、左側、右側と称する。

本実施形態の油圧ショベルは、走行可能な下部走行体１と、下部走行体１の上側に旋回可能に設けられた上部旋回体２と、上部旋回体２の前側に連結された作業装置３とを備える。

下部走行体１は、上方から見てＨ字状のトラックフレーム４を備える。トラックフレーム４の右側には駆動輪５と従動輪６が設けられ、それらの間で右側の履帯（クローラ）７Ａが掛けまわされている。右側の走行モータ８の駆動によって右側の駆動輪５が回転し、ひいては右側の履帯７Ａが回転する。トラックフレーム４の左側にも駆動輪（図示せず）と従動輪（図示せず）が設けられ、それらの間で左側の履帯７Ｂが掛けまわされている。左側の走行モータ（図示せず）によって左側の駆動輪が回転し、ひいては左側の履帯７Ｂが回転する。

トラックフレーム４の前側には排土用のブレード９が上下動可能に設けられている。ブレード９は、ブレードシリンダ（図示せず）の駆動によって上下動する。

作業装置３は、上部旋回体２（詳細には、後述する旋回フレーム）の前側に左右方向に回動可能に連結されたスイングポスト１０と、スイングポスト１０に上下方向に回動可能に連結されたブーム１１と、ブーム１１に上下方向に回動可能に連結されたアーム１２と、アーム１２に上下方向に回動可能に連結されたバケット１３とを備える。スイングポスト１０、ブーム１１、アーム１２、及びバケット１３は、スイングシリンダ（図示せず）、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、及びバケットシリンダ１６の駆動によってそれぞれ回動する。なお、バケット１３は、オプション用油圧アクチュエータが組み込まれたアタッチメント（図示せず）と交換可能になっている。

上部旋回体２は、基礎構造体をなす旋回フレーム１７と、旋回フレーム１７の前部左側に設けられたキャノピータイプの運転室１８と、旋回フレーム１７の後端に設けられたカウンタウエイト１９とを備える。上部旋回体２の旋回フレーム１７は、旋回輪２０を介して下部走行体１のトラックフレーム４の上側に連結されている。上部旋回体２は、旋回モータ（図示せず）の駆動によって旋回する。

運転室１８の乗降口には、運転者が上昇位置（乗降許可位置）と下降位置（乗降規制位置）に操作可能なゲートロックレバー（図示せず）が設けられている。運転室１８の内部には、運転者が着座する運転席２１と、運転者が操作可能な複数の操作レバー装置（詳細は後述）及び回転数指示器２２（後述の図３参照）が設けられている。

油圧ショベルは、複数の操作レバー装置の操作に応じて複数の油圧アクチュエータ（詳細には、上述した右側走行モータ８、左側走行モータ、ブレードシリンダ、スイングシリンダ、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、バケットシリンダ１６、オプション用油圧アクチュエータ、及び旋回モータ）を駆動する油圧駆動装置を備える。この油圧駆動装置の構成を、図３を用いて説明する。

図３は、本実施形態における油圧駆動装置の構成を表す図である。なお、図３においては、代表として、右側走行モータ８及びブームシリンダ１４に係る構成を表している。

本実施形態の油圧駆動装置は、電動機２３（原動機）と、電動機２３の電力源であるバッテリ２４と、電動機２３の回転数を制御するインバータ２５と、電動機２３によって駆動される油圧ポンプ２６及びパイロットポンプ２７と、油圧ポンプ２６から右側走行モータ８への圧油の流れを制御する右側走行用制御弁２８と、油圧ポンプ２６からブームシリンダ１４への圧油の流れを制御するブーム用制御弁２９と、右側走行用制御弁２８を切換える操作レバー装置３０と、ブーム用制御弁２９を切換える操作レバー装置３１と、制御装置３２とを備える。

操作レバー装置３０は、図示しないものの、運転者が操作可能な走行用操作レバーと、走行用操作レバーの前側操作に応じて作動する第１の減圧弁と、走行用操作レバーの後側操作に応じて作動する第２の減圧弁とを有する。第１の減圧弁は、パイロットポンプ２７の吐出圧を元圧として、走行用操作レバーの前側操作量に対応するパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧を右側走行用制御弁２８の一方側の受圧部へ出力する。これにより、右側走行用制御弁２８を中立位置から一方側の切換位置に切換えて、右側走行モータ８を一方向に回転させる。第２の減圧弁は、パイロットポンプ２７の吐出圧を元圧として、走行用操作レバーの後側操作量に対応するパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧を右側走行用制御弁２８の他方側の受圧部へ出力する。これにより、右側走行用制御弁２８を中立位置から他方側の切換位置に切換えて、右側走行モータ８を反対方向に回転させる。

操作レバー装置３１は、図示しないものの、運転者が操作可能な作業用操作レバーと、作業用操作レバーの前側操作に応じて作動する第３の減圧弁と、作業用操作レバーの後側操作に応じて作動する第４の減圧弁とを有する。第３の減圧弁は、パイロットポンプ２７の吐出圧を元圧として、作業用操作レバーの前側操作量に対応するパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧をブーム用制御弁２９の一方側の受圧部へ出力する。これにより、ブーム用制御弁２９を中立位置から一方側の切換位置に切換えて、ブームシリンダ１４を縮短させる。第４の減圧弁は、パイロットポンプ２７の吐出圧を元圧として、作業用操作レバーの後側操作量に対応するパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧をブーム用制御弁２９の一方側の受圧部へ出力する。これにより、ブーム用制御弁２９を中立位置から他方側の切換位置に切換えて、ブームシリンダ１４を伸長させる。

操作レバー装置３０，３１は、操作レバーの操作量に対応するパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧により制御弁を切換える操作装置を構成する。なお、図示しないが、左側走行モータ、ブレードシリンダ、スイングシリンダ、アームシリンダ１５、バケットシリンダ１６、オプション用油圧アクチュエータ、及び旋回モータに係る構成もほぼ同様である。

パイロットポンプ２７の吐出側には、パイロットリリーフ弁３３及びロック弁３４が設けられている。パイロットリリーフ弁３３は、パイロットポンプ２７の吐出圧がリリーフ圧以上であると開状態になって、パイロットポンプ２７から吐出された圧油の一部をタンクに戻す。これにより、パイロットポンプ２７の吐出圧をリリーフ圧に保持する。

ロック弁３４は、上述したゲートロックレバーの操作に応じて切換えられる。詳細には、ゲートロックレバーが下降位置にある場合に閉じ状態、上昇位置にある場合に開き状態となるロックスイッチ（図示せず）が設けられている。そして、ロックスイッチが閉じ状態になると、ロックスイッチを介してロック弁３４のソレノイド部が通電されて、ロック弁３４が中立位置から切換位置に切換えられる。これにより、パイロットポンプ２７の吐出ラインが連通されて、パイロットポンプ２７の吐出圧が操作レバー装置３０，３１等に導入される。一方、ロックスイッチが開き状態になると、ロック弁３４のソレノイド部が通電されず、バネの付勢力で、ロック弁３４が中立位置となる。これにより、パイロットポンプ２７の吐出ラインが遮断される。その結果、操作レバー装置３０，３１等が操作されてもパイロット圧が生成されず、複数の油圧アクチュエータが作動しないようになっている。

パイロットポンプ２７の吐出側には油圧信号ライン３５が接続されている。油圧信号ライン３５は、パイロットポンプ２７の吐出側とタンク３６の間で接続されると共に複数の制御弁（詳細には、上述した右側走行用制御弁２８及びブーム用制御弁２９だけでなく、図示しない左側走行用制御弁、ブレード用制御弁、スイングポスト用制御弁、アーム用制御弁、バケット用制御弁、オプション用制御弁、及び旋回用制御弁を含む）が介在しており、全ての制御弁が中立位置である場合に連通状態となり、いずれかの制御弁が中立位置から切換えられた場合に遮断状態となる。

油圧信号ライン３５におけるパイロットポンプ２７の吐出側と複数の制御弁の間には、固定絞り３７が設けられている。そして、固定絞り３７の上流側の油圧を検出する圧力センサ３８（第１の圧力センサ）と、固定絞り３７の下流側（言い換えれば、固定絞り３７と制御弁の間）の油圧を検出する圧力センサ３９（第２の圧力センサ）が設けられている。

回転数指示器２２は、例えばダイヤルの回転操作位置により、電動機２３の標準回転数を所定の範囲（詳細には、例えば２０００～１５００rpm）内で指示可能とし、これに対応する信号を出力する。制御装置３２は、回転数指示器２２からの信号に応じて電動機２３の標準回転数を設定し、電動機２３の回転数が標準回転数となるようにインバータ２５を制御する。

また、制御装置３２は、全ての操作装置が操作されていない状態が所定時間継続した場合に、電動機２３の回転数がアイドル回転数（詳細には、前述した標準回転数より低くなるように予め設定された低速回転数）となるようにインバータ２５を制御する（オートアイドル制御）。ここで本実施形態の最も大きな特徴として、制御装置３２は、圧力センサ３８，３９の検出結果に基づいて複数の操作装置の操作状態を検出する。詳しく説明すると、制御装置３２は、圧力センサ３８で検出された油圧と圧力センサ３９で検出された油圧との差圧（以降、固定絞り３７の差圧という）に基づいて複数の操作装置の操作状態を検出する。

全ての操作装置が操作されていない場合は（すなわち、全ての制御弁が中立位置である場合は）、油圧信号ライン３５が連通状態となるため、固定絞り３７の差圧が大きくなる。一方、いずれかの操作装置が操作された場合は（すなわち、いずれかの制御弁が中立位置から切換えられた場合は）、油圧信号ライン３５が遮断状態となるため、固定絞り３７の差圧がゼロ近くまで小さくなる。制御装置３２は、固定絞り３７の差圧が予め設定された閾値以上である場合に、全ての操作装置が操作されていないと判定する。そして、全ての操作装置が操作されていない状態が所定時間継続した場合に、電動機２３の回転数をアイドル回転数に低下させる。また、制御装置３２は、固定絞り３７の差圧が閾値未満である場合に、いずれかの操作装置が操作されていると判定する。そして、電動機２３の回転数を標準回転数に維持又は復帰させる。

次に、本実施形態の制御装置の処理手順について説明する。図４は、本実施形態における制御装置の処理手順を表すフローチャートである。なお、図４で示す処理は、周期的に実行されるものとする。

ステップＳ１にて、制御装置３２は、圧力センサ３８，３９の検出結果に基づいて固定絞り３７の差圧を演算する。そして、ステップＳ２に進み、固定絞り３７の差圧が閾値以上であるかどうかを判定する。固定絞り３７の差圧が閾値以上である（すなわち、全ての操作装置が操作されていない）場合は、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３にて、制御装置３２は、電動機２３の回転数がアイドル回転数に制御されているかどうか（言い換えれば、電動機２３がアイドル状態であるかどうか）を判定する。電動機２３の回転数がアイドル回転数に制御されていない（言い換えれば、電動機２３がアイドル状態でない）場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４にて、制御装置３２は、非操作継続時間をカウントアップする。そして、ステップＳ５に進み、非操作継続時間が所定時間に達したかどうかを判定する。

ステップＳ５にて非操作継続時間が所定時間に達していない場合は、ステップＳ６に進む。ステップＳ６にて、制御装置３２は、標準回転数で電動機２３を駆動させる。一方、ステップＳ５にて非操作継続時間が所定時間に達した場合は、ステップＳ７に進む。ステップＳ７にて、制御装置３２は、アイドル回転数で電動機２３を駆動させる。なお、ステップＳ３にて電動機２３の回転数がアイドル回転数に制御されている（言い換えれば、電動機２３がアイドル状態である）場合は、上述したステップＳ４，Ｓ５を経由しないでステップＳ７に進む。

ステップＳ２にて固定絞り３７の差圧が閾値未満である（すなわち、いずれかの制御弁が操作されている）場合は、ステップＳ８を経由して上述したステップＳ６に進む。ステップＳ８にて、制御装置３２は、非操作継続時間をカウントクリアする。

以上のように本実施形態では、制御装置３２は、圧力センサ３８，３９の検出結果に基づいて固定絞り３７の差圧を演算し、この差圧に基づいて複数の操作装置の操作状態を検出する。本実施形態で用いる固定絞り３７の差圧は、従来技術で用いる固定絞り３７の下流側の油圧と比べ、電動機２３の回転数などの影響を抑えることができる。詳しく説明すると、電動機２３の回転数が低くて固定絞り３７の上流側の油圧が低くなる場合や、油圧信号ライン３５における固定絞り３７からタンク３６までの部分の圧力損失が高くて固定絞り３７の下流側の油圧が高くなる場合であっても、いずれかの操作装置が操作されたときの固定絞り３７の差圧はゼロ近くまで小さくなり、全ての操作装置が操作されないときの差圧は大きくなる。そのため、複数の操作装置の操作状態を判定するための閾値を容易に設定することができる。また、電動機２３のアイドル回転数を低く設定しても、操作装置の操作状態を検出できる。したがって、電動機２３のアイドル回転数を低く設定することができる。

なお、上記一実施形態において、制御装置３２は、固定絞り３７の差圧（詳細には、圧力センサ３８で検出された油圧と圧力センサ３９で検出された油圧との差圧）を演算し、この差圧と閾値を比較して複数の操作装置の操作状態を判定する場合を例にとって説明したが、これに限られない。制御装置は、圧力センサ３９で検出された油圧に所定の差圧を加算して閾値を設定し、圧力センサ３８で検出された油圧と閾値を比較して複数の操作装置の操作状態を判定してもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態において、操作レバー装置は、パイロットポンプ２７の吐出圧を元圧として、操作レバーの操作量に対応するパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧を制御弁の受圧部へ出力する減圧弁を有する場合（言い換えれば、制御弁を切換える操作装置は、操作レバー装置のみで構成された場合）を例にとって説明したが、これに限られない。操作レバー装置は、例えば、操作レバーの操作量を検出して対応する電気操作信号を出力するポテンションメータを有してもよい。そして、制御装置は、操作レバー装置からの電気操作信号に応じて指令電流を生成して電磁比例弁に出力する。電磁比例弁は、パイロットポンプ２７の吐出圧を元圧として、制御装置からの指令電流に対応するパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧を制御弁の受圧部へ出力する。すなわち、制御弁を切換える操作装置は、操作レバー装置、制御装置、及び電磁比例弁で構成されてもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態において、油圧ショベルは、原動機として、電動機２３を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、エンジンを備えてもよい。

なお、以上においては、本発明の適用対象として油圧ショベルを例にとって説明したが、これに限られず、ホイールローダなどの他の建設機械であってもよい。

８ 右側走行モータ
１４ ブームシリンダ
１５ アームシリンダ
１６ バケットシリンダ
２３ 電動機（原動機）
２６ 油圧ポンプ
２７ パイロットポンプ
２８ 右側走行用制御弁
２９ ブーム用制御弁
３０ 操作レバー装置
３１ 操作レバー装置
３２ 制御装置
３３ パイロットリリーフ弁
３５ 油圧信号ライン
３６ タンク
３７ 固定絞り
３８ 圧力センサ（第１の圧力センサ）
３９ 圧力センサ（第２の圧力センサ）

Claims (3)

1. 原動機と、前記原動機によって駆動される油圧ポンプと、油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する制御弁と、操作レバーの操作量に対応するパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧により前記制御弁を切換える操作装置と、前記操作装置の無操作状態が続いた場合に、前記原動機の回転数を予め設定されたアイドル回転数に制御する制御装置とを備えた建設機械において、
   前記原動機によって駆動され、吐出圧が前記パイロット圧の元圧として用いられるパイロットポンプと、
   前記パイロットポンプの吐出側に設けられたパイロットリリーフ弁と、
   前記パイロットポンプの吐出側とタンクの間で接続されると共に前記制御弁が介在し、前記制御弁が中立位置から切換えられた場合に遮断される油圧信号ラインと、
   前記油圧信号ラインにおける前記パイロットポンプの吐出側と前記制御弁の間に設けられた固定絞りと、
   前記固定絞りの上流側の油圧を検出する第１の圧力センサと、
   前記固定絞りの下流側の油圧を検出する第２の圧力センサとを備え、
   前記制御装置は、前記第１の圧力センサ及び前記第２の圧力センサの検出結果に基づいて前記操作装置の操作状態を検出することを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記制御装置は、前記第１の圧力センサで検出された油圧と前記第２の圧力センサで検出された油圧との差圧に基づいて前記操作装置の操作状態を検出することを特徴とする建設機械。
3. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記原動機は、電動機であることを特徴とする建設機械。

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