JPH0626079A

JPH0626079A - 油圧建設機械のトルク制御装置

Info

Publication number: JPH0626079A
Application number: JP4180784A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Kojima; 貢小島; Akira Tatsumi; 明辰巳
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1992-07-08
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 1994-02-01
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JP2760706B2

Abstract

(57)【要約】【目的】オーバーヒートさせることなく作動油温ある
いはエンジン冷却水温が低い場合のアクチュエータ駆動
効率を向上させた油圧建設機械のトルク制御装置を提供
する。【構成】原動機２７によって駆動される可変容量油圧
ポンプ１と、この可変容量油圧ポンプ１からの吐出油に
より駆動される油圧アクチュエータ４，２１と、可変容
量油圧ポンプ１の入力トルクを制御する制御手段５０と
を備えた油圧建設機械のトルク制御装置に適用され、作
動油の温度ｔを検出する温度検出手段５６を備えるとと
もに、制御手段５０を次のように構成する。すなわち制
御手段５０は、上記検出された作動油の温度ｔｏが所定
値ｔｏ₁を越える場合には、所定値以下のときよりも上
記入力トルクを低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホイール式油圧ショベ
ルなどの油圧建設機械に用いられる油圧モータのトルク
制御装置に関し、特に作動油温あるいは原動機冷却水温
が低い場合の作業効率を向上させたものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にホイール式油圧ショベルは、原動
機（エンジン）によって駆動される可変容量油圧ポンプ
を備え、この可変容量油圧ポンプからの吐出油を、制御
弁を介して走行用油圧モータや作業用シリンダなどのア
クチュエータに導き、これにより車両を走行させたり作
業用フロントを駆動する。このような油圧ショベルにお
いて、以下に示すようなポンプ傾転角制御を行うものが
知られている。すなわち、この種の油圧ショベルは、
（１）目標差圧と、ＬＳ差圧（油圧ポンプの吐出圧力と
アクチュエータの最大負荷圧力との差圧）との偏差を演
算し、この偏差から目標値の変化量を演算し、これを積
分して、ロードセンシング制御を行うための第１の目標
ポンプ傾転角を求めるＬＳ制御部と、（２）エンジン回
転数と、エンジンガバナのガバナレバー位置との偏差か
らエンジンストールを防止するための目標トルクを演算
し、この目標トルクに基づいて、入力トルク制限制御を
行うための第２の目標ポンプ傾転角を求めるトルク制御
部と、を有する。そして、上記求められた第１および第
２の目標ポンプ傾転角のうち、小さい方の値に実際のポ
ンプ傾転角を制御する。

【０００３】ここで、上記ロードセンシング制御によれ
ば、ＬＳ差圧が一定値になるように可変容量油圧ポンプ
の傾転角が制御され、上記ポンプ圧がロードセンシング
圧よりも所定の目標値だけ高く保持されるので、ポンプ
吐出流量が上記制御弁の要求流量になるようにポンプ傾
転角が制御され、余分な流量を吐出することがなく絞り
損失による無駄がなくなり燃費および操作性の向上が図
れる。また、上記入力トルク制限制御によれば、油圧ポ
ンプのトルクがエンジン（原動機）の出力トルクの範囲
内に保持され、エンジンに過負荷が作用するのが防止さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の傾転
角制御では、作動油温あるいはエンジン冷却水温が高温
になるような重作業時でもオーバーヒートが起きないよ
うに、上述した目標トルクを予め低めに演算してポンプ
傾転角を小さめに設定し、油圧ポンプの入力トルクが所
定値以上にならないようにしている。しかしながら、一
律にポンプの入力トルクを低めに設定すると、上記油温
あるいは水温が比較的低く入力トルクをより高くしても
支承がない場合でも入力トルクが低い状態となり、アク
チュエータの駆動効率の低下を招くという問題があっ
た。

【０００５】本発明の目的は、オーバーヒートさせるこ
となく上記作動油温あるいはエンジン冷却水温が低い場
合のアクチュエータ駆動効率を向上させた油圧建設機械
のトルク制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図２およ
び図４に対応付けて説明すると、本発明は、原動機２７
によって駆動される可変容量油圧ポンプ１と、この可変
容量油圧ポンプ１からの吐出油により駆動される油圧ア
クチュエータ４，２１と、可変容量油圧ポンプ１の入力
トルクを制御する制御手段６０とを備えた油圧建設機械
のトルク制御装置に適用される。そして、請求項１の発
明は、作動油の温度ｔｏを検出する温度検出手段５６を
備え、上記制御手段６０を次のように構成することによ
り上記問題点を解決する。すなわち制御手段６０は、上
記検出された作動油の温度ｔｏが所定値ｔｏ₁を越える
場合には、所定値ｔｏ₁以下のときよりも上記入力トル
クを低下させる。また請求項２の発明は、上記作動油の
温度ｔｏに代えて、原動機冷却水の温度ｔｗを用いたも
のである。さらに請求項３の発明は、上記検出された作
動油の温度ｔｏまたは原動機冷却水の温度ｔｗが上記所
定値を越えた場合には、所定値以下のときよりも原動機
２７の回転数を上昇させるようにしたものである。

【０００７】

【作用】検出された作動油の温度ｔｏ（原動機冷却水の
温度ｔｗ）が所定値ｔｏ₁（ｔｗ₁）を越える場合には、
所定値ｔｏ₁（ｔｗ₁）以下のときよりも上記入力トルク
が低下する。したがって、上記油温ｔｏ（水温ｔｗ）が
所定値以下のときの入力トルクを比較的高く設定すれ
ば、上記油温ｔｏが低い場合のアクチュエータの駆動効
率を向上させることができる。また、所定値ｔｏ₁（ｔ
ｗ₁）を越える場合には上記入力トルクが低下するか
ら、上述したような重作業時のオーバーヒートが防止で
きる。また、特に請求項３の発明では、上記油温ｔｏ
（水温ｔｗ）が上記所定値を越えた場合には、所定値以
下のときよりも原動機２７の回転数が上昇するので、作
動油および原動機冷却水の冷却が促進され、より一層の
オーバーヒート防止効果が得られる。

【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【０００９】

【実施例】図１〜図６により本発明をホイール式油圧シ
ョベルのトルク制御装置に適用した場合の一実施例を説
明する。図３はホイール式油圧ショベルの側面図であ
る。４は走行用油圧モータであり、この油圧モータ４の
回転によりトランスミッション１０１およびプロペラシ
ャフト１０２を介して後輪１０３が駆動され、車両が走
行する。またブームシリンダ２１の伸縮により、フロン
トアタッチメントの一部であるブーム１０４が昇降され
る。図１は上記油圧ショベルのトルク制御装置の全体構
成を示す図、図２はその一部分を拡大して示す図であ
り、１はエンジン（原動機）２７により駆動される可変
容量油圧ポンプである。エンジン２７の回転数は、ガバ
ナ２７ａのガバナレバー２７ｂをパルスモータ２８によ
り回動することにより制御される。そして、そのエンジ
ン回転数に応じた可変容量油圧ポンプ１の吐出油が走行
用制御弁２を介して上記油圧モータ４に導かれるととも
に、作業用制御弁２０を介して作業用油圧シリンダ２１
に導かれる。

【００１０】今、例えば前後進切換スイッチＳＷ１を
「Ｆ」に操作して前後進切換弁８を前進（Ｆ位置）に切
換え、次いでパイロット弁６のペダル６ａを操作する
と、油圧ポンプ５からの吐出油がパイロット式制御弁２
のパイロットポート２ａに導かれ、この制御弁２がパイ
ロット油圧に応じたストローク量で切換わる。これによ
り、可変容量油圧ポンプ１からの吐出油が管路９１，圧
力補償弁２３，制御弁２および管路９３を経て油圧モー
タ４に供給され車両が走行する。車両の速度は走行ペダ
ル６ａの踏込量に依存する。

【００１１】走行中にペダル６ａを離すとパイロット弁
６が圧油を遮断しその出口ポートがタンク１０と連通さ
れる。この結果、パイロットポート２ａに作用していた
圧油が前後進切換弁８、スローリターン弁７、パイロッ
ト弁６を介してタンク１０に戻る。このとき、スローリ
ターン弁７の絞り７ａにより戻り油が絞られるからパイ
ロット式制御弁２は徐々に中立位置に切換わりながら車
両が徐々に減速されていく。

【００１２】また作業レバー５８を操作すると、その操
作量に応じて減圧弁５９で減圧された圧力により油圧パ
イロット式の作業用制御弁２０が切換わり、油圧ポンプ
１からの吐出油が管路９４，圧力補償弁２４および制御
弁２０を介して作業用油圧シリンダ２１に導かれ、油圧
シリンダ２１の伸縮によりブーム１０４などの作業用ア
タッチメントが昇降する。ここで、圧力補償弁２３，２
４は、油圧モータ４と油圧シリンダ２１の作動を独立に
補償させ、これらにそれぞれの負荷圧よりも所定圧だけ
高い圧力を油圧ポンプ１から供給させるようにするもの
である。

【００１３】可変容量油圧ポンプ１の傾転角、すなわち
押除け容積は、傾転角制御装置４０により制御される。
傾転角制御装置４０は、エンジン２７により駆動される
油圧ポンプ４１と、一対の電磁弁４２，４３と、電磁弁
４２，４３の切換に応じて油圧ポンプ４１からの圧油に
よりピストン位置が制御されるサーボシリンダ４４とか
ら成り、サーボシリンダ４４のピストン位置に応じて油
圧ポンプ１の傾転角が制御される。ここで、一対の電磁
弁４２，４３はコントローラ５０により切換制御され
る。

【００１４】５１は、油圧ポンプ１の傾転角θｓを検出
する傾転角センサ、５２は油圧ポンプ１の吐出圧力Ｐｐ
を検出する圧力センサ、５３はエンジン２７の回転数Ｎ
ｒを検出する回転数センサ、５４は、油圧ポンプ１の吐
出圧力と、アクチュエータの最大負荷圧力（油圧モータ
４の負荷圧力と油圧シリンダ２１の負荷圧力のうち大き
い方の値であり、シャトル弁２９にて選択されたもので
ある）との差圧、つまりＬＳ差圧ΔＰＬＳを検出する差
圧センサである。また、５５はガバナレバー２７ｂの回
動量Ｎθを検出するポテンショメ−タ、５６は作動油の
温度（作動油温）ｔｏを検出する油温センサであり、こ
れらの各センサの検出結果はコントローラ５０に入力さ
れる。５７は、燃料レバー５７ａの手動操作に応じた変
位量Ｘを指令する回転数設定装置であり、その指令信号
もコントローラ５０に入力される。

【００１５】コントローラ５０は、図４に示すような第
１の制御回路部６０を有し、この制御回路部６０は、ロ
ードセンシング制御部（以下、ＬＳ制御部）６１と、ト
ルク制御部６２と、選択部６３と、サーボ制御部６４
と、関数発生器６５と、乗算回路６６とから成る。ＬＳ
制御部６１は、目標差圧ΔＰＬＳＲの設定部６１ａと、
差圧センサ５４で検出されたＬＳ差圧ΔＰＬＳとの偏差
Δ（ＰＬＳ）を算出する偏差器６１ｂと、この偏差Δ
（ＰＬＳ）から目標値の変化量ΔθＬを演算する関数発
生部６１ｃと、この変化量△θＬを積分してロードセン
シング制御のための目標ポンプ傾転角θＬとして出力す
る積分器６１ｄとを有する。

【００１６】トルク制御部６２は、回転数センサ５３で
検出されたエンジン回転数Ｎｒと、ポテンショメ−タ５
５で検出されたガバナレバー位置Ｎθとの偏差から余裕
トルクΔＴを演算する偏差器６２ａと、この偏差ΔＴか
らエンジンストールを防止するための目標トルクＴｐｏ
を演算する演算部６２ｂと、圧力センサ５２で得られた
ポンプ吐出圧力Ｐｐの逆数を求める逆数算出部６２ｃ
と、上記目標トルクＴｐｏにポンプ吐出圧力Ｐｐの逆数
を乗じてθｐｓを求める乗算器６２ｄとを備え、その値
θｐｓを一時遅れ要素のフィルタ６２ｅにかけて入力ト
ルク制限制御のための目標ポンプ傾転角θＴを求める。
ここで、上記目標トルクＴｐｏは、従来は重作業時のオ
ーバーヒート防止を考慮して低めに演算されていたが、
本実施例ではアクチュエータの駆動効率向上を目的とし
て、従来より高い値にＴｐｏが演算される。

【００１７】選択部６３は、上記２つの目標傾転角θ
Ｌ，θＴのうち小さい方の値を目標傾転角θｒ１として
選択し、これを乗算回路６６に入力する。一方、関数発
生器６５には、油温センサ５６の検出結果、すなわち作
動油温ｔｏが入力され、この作動油温ｔｏに基づいて目
標傾転角θｒ₁に掛け合わせる定数αを決定する。この
定数αは、図示の如く０〜１の値であり、上記入力され
た作動油温ｔｏが所定値ｔｏ₁（例えば、８０〜９０
℃）未満の場合にはαは１となり、所定値ｔｏ₁を越え
ると徐々に減少するようになっている。決定された定数
αは、上記乗算回路６６に入力され、選択部６３から入
力された目標傾転角θｒ₁に乗算され、その結果が傾転
角指令値θｒとしてサーボ制御部６４に入力される。サ
−ボ制御部６４は、上記傾転角指令値θｒと、傾転角セ
ンサ５１により検出した傾転角フィ−ドバック値θｓと
を比較し、ポンプ傾転角θｓが傾転角指令値θｒに一致
するよう傾転角制御装置４０を制御する。

【００１８】ここで、上記ロードセンシング制御によれ
ば、ＬＳ差圧が一定値になるように可変容量油圧ポンプ
１の押除け容積（以下、傾転角ともいう）が制御され、
上記ポンプ圧がロードセンシング圧よりも所定の目標値
だけ高く保持されるので、ポンプ吐出流量が制御弁２ま
たは２０の要求流量になるようにポンプ傾転角が制御さ
れ、余分な流量を吐出することがなく絞り損失による無
駄がなくなり燃費および操作性の向上が図れる。また入
力トルク制限制御によれば、油圧ポンプ１のトルクがエ
ンジン２７の出力トルクの範囲内に保持され、エンジン
２７に過負荷が作用するのが防止される。

【００１９】また、油温センサ５６にて検出された作動
油温ｔｏが所定値ｔｏ₁以下のときには、関数発生器６
５が出力する定数αが１となるから、選択部６３で選択
された目標傾転角θｒ₁がそのまま目標傾転角θｒとし
て出力され、これに応じて油圧ポンプ１の実際の傾転角
が制御される。ここで、上記トルク制御部６２で演算さ
れる目標トルクＴｐｏは、上述したように従来よりも高
くされているので、このトルク制御部６２から出力され
る目標ポンプ傾転角θＴは従来よりも大きくなる。した
がって、作動油温ｔｏが所定値ｔｏ₁以下のときには目
標傾転角θｒの最大値が従来よりも大きくなり、油圧ポ
ンプの入力トルクをより高くすることが可能となる。こ
れにより、従来と比べて作動油温ｔｏが低いときのアク
チュエータの駆動効率を向上させることができる。一
方、上記作動油温ｔｏが所定値ｔｏ₁を越えると、定数
αが１よりも小さくなるから、選択部６３で選択された
目標傾転角θｒ₁よりも小さな値が目標傾転角θｒとし
て出力され、これに応じて油圧ポンプ１の傾転角が制御
される。したがって、上記入力トルクが低下し、オーバ
ーヒートを防止できる。特に本実施例では、作動油温Ｔ
ｏが所定値ｔｏ₁を越えると、Ｔｏが高くなる程αを小
さくして目標傾転角θｒを低下させるようにしたので、
入力トルクを最適な状態に保持することができる。

【００２０】ところで、上記コントローラ５０はまた、
図５に示す第２の制御回路部８０を有している。この第
２の制御回路部８０には、回転数設定装置５７の燃料レ
バー５７ａの変位量Ｘと、上記ポテンショメ−タ５５に
より検出されたガバナレバー２７ｂの変位量（ガバナ位
置検出値）Ｎθと、油温センサ５６によって検出された
作動油温ｔｏが入力される。第２の制御回路部８０は、
入力された燃料レバー５７ａの変位量Ｘに応じた目標回
転数（ガバナ位置目標値）Ｎｒｏａを演算するととも
に、このガバナ位置目標値Ｎｒｏａと、ガバナ位置検出
値Ｎθと、作動油温ｔｏに基づき、図６に示す手順にし
たがってパルスモータ２８を制御し、エンジン２７の回
転数を制御する。

【００２１】図６において、まずステップＳ２１でガバ
ナ位置目標値Ｎｒｏａ，ガバナ位置検出値Ｎθおよび作
動油温ｔｏをそれぞれ読み込み、ステップＳ２１Ａで図
示の特性から作動油温ｔｏに応じた適正目標回転数Ｎｒ
ｏｂを求める。ここで、この特性によれば、作動油温ｔ
ｏが上記所定値ｔｏ₁以下ではＮｒｏｂはアイドル回転
数となり、所定値ｔｏ₁を越えるとＮｒｏｂは徐々に上
昇する。ステップＳ２１Ｂでは、上記ガバナ位置目標値
Ｎｒｏａと、適正目標回転数Ｎｒｏｂとを比較し、Ｎｒ
ｏａ≧ＮｒｏｂであればステップＳ２１ＣでＮｒｏａを
目標回転数Ｎｒｏとして設定し、Ｎｒｏａ＜Ｎｒｏｂで
あればステップＳ２１ＤでＮｒｏｂを目標回転数Ｎｒｏ
として設定する。すなわち、ＮｒｏａとＮｒｏｂのうち
大きい方を目標回転数Ｎｒｏとする。

【００２２】次いでステップＳ２２では、ガバナ位置検
出値Ｎθと目標回転数Ｎｒｏとの差Ｎθ−Ｎｒｏを回転
数差Ａとしてメモリに格納し、ステップＳ２３におい
て、予め定めた基準回転数差Ｋを用いて、｜Ａ｜≧Ｋか
否かを判定する。肯定されるとステップＳ２４に進み、
回転数差Ａ＞０か否かを判定し、Ａ＞０ならばガバナ位
置検出値Ｎθが目標回転数Ｎｒｏよりも大きい、つまり
制御回転数が目標回転数よりも高いから、エンジン回転
数を下げるためステップＳ２５でモータ逆転を指令する
信号をパルスモータ２８に出力する。これによりパルス
モータ２８が逆転しエンジン２７の回転数が低下する。

【００２３】一方、Ａ≦０ならばガバナ位置検出値Ｎθ
が目標回転数Ｎｒｏよりも小さい、つまり制御回転数が
目標回転数よりも低いから、エンジン回転数を上げるた
めステップＳ２６でモータ正転を指令する信号を出力す
る。これにより、パルスモータ２８が正転し、エンジン
２７の回転数が上昇する。ステップＳ２３が否定される
とステップＳ２７に進んでモータ停止信号を出力し、こ
れによりエンジン２７の回転数が一定値に保持される。
ステップＳ２５〜Ｓ２７を実行すると始めに戻る。

【００２４】以上によれば、上記作動油温ｔｏが所定値
ｔｏ₁を越えた場合には、作動油温ｔｏが高いほど適正
目標回転数Ｎｒｏｂが高くなるので、仮りにガバナ位置
目標値Ｎｒｏａが小さくても、作動油温ｔｏが所定値ｔ
ｏ₁以下のときよりもエンジン２７の回転数が高くな
る。したがって、作動油温の冷却効果が高められ、より
一層のオーバーヒート防止に寄与する。

【００２５】以上の実施例の構成において、油圧モータ
４および作業用油圧シリンダ２１が油圧アクチュエータ
を、第１の制御回路部６０が制御手段を、第２の制御回
路部８０が回転数制御手段をそれぞれ構成する。

【００２６】なお図７に示すように、上記油温センサ５
６に代えて、エンジン冷却水の温度ｔｗを検出する水温
センサ１５６を設け、上述と同様に、このエンジン冷却
水温ｔｗが所定値ｔｗ₁を越えた場合には、所定値ｔｗ₁
以下のときよりもポンプ入力トルクを低下させる制御を
行うようにしても上述と同様の作用効果が得られる。ま
た、上記油温または水温が所定値を越えるとポンプ入力
トルクを徐々に低下させるようにしたが、例えば図８に
示すように、段階的にポンプ入力トルクが低下するよう
に関数発生器を構成してもよい。さらに、ロードセンシ
ング制御を行うものについて示したが、ロードセンシン
グ制御を行わないものでもよい。さらにまた、ホイール
式油圧ショベルにて説明したが、それ以外の建設機械に
も本発明を適用できる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、作動油の温度
が所定値を越える場合には、所定値以下のときよりも入
力トルクを低下させるようにしたので、上記油温が所定
値以下のときの入力トルクを比較的高く設定すれば、上
記油温が低い場合のアクチュエータの駆動効率を向上さ
せることができるとともに、従来と同様に油温が所定値
を越える場合のオーバーヒートが防止できる。また、請
求項２の発明によれば、原動機冷却水の温度が所定値を
越える場合には、所定値以下のときよりも入力トルクを
低下させるようにしたので、上述と同様の効果が得られ
る。さらに、特に請求項３の発明によれば、上記油温上
記所定値を越えた場合には、所定値以下のときよりも原
動機回転数を上昇させるようにしたので、作動油または
原動機冷却水の冷却が促進され、より一層のオーバーヒ
ート防止効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る油圧建設機械のトルク
制御装置の全体構成を示す図である。

【図２】上記トルク制御装置の一部を拡大して示す図で
ある。

【図３】ホイール式油圧ショベルの側面図である。

【図４】第１の制御回路部を示すブロック図である。

【図５】第２の制御回路部を示すブロック図である。

【図６】エンジン回転数制御の手順を示すフローチャー
トである。

【図７】別実施例を示す第１の制御回路部のブロック図
である。

【図８】関数発生器の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１可変容量油圧ポンプ２，２０制御弁４油圧モータ２７エンジン２７ａガバナ２７ｂガバナレバー２８パルスモータ４０傾転角制御装置５０コントローラ５１傾転角センサ５２圧力センサ５３回転数センサ５４差圧センサ５５ポテンショメ−タ５６油温センサ５７回転数設定装置６０第１の制御回路部６１ＬＳ制御部６２トルク制御部６３選択部６４サーボ制御部６５関数発生器６６乗算部８０第２の制御回路部１５６水温センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原動機によって駆動される可変容量油圧
ポンプと、この可変容量油圧ポンプからの吐出油により駆動される
油圧アクチュエータと、前記可変容量油圧ポンプの入力トルクを制御する制御手
段とを備えた油圧建設機械のトルク制御装置において、作動油の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記検出された作動油の温度が所定値
を越える場合には、所定値以下のときよりも前記入力ト
ルクを低下させることを特徴とする油圧建設機械のトル
ク制御装置。
【請求項２】原動機によって駆動される可変容量油圧
ポンプと、この可変容量油圧ポンプからの吐出油により駆動される
油圧アクチュエータと、前記可変容量油圧ポンプの入力トルクを制御する制御手
段とを備えた油圧建設機械のトルク制御装置において、原動機冷却水の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記検出された原動機冷却水の温度が
所定値を越える場合には、所定値以下のときよりも前記
入力トルクを低下させることを特徴とする油圧建設機械
のトルク制御装置。
【請求項３】前記原動機の回転数を制御する回転数制
御手段を更に備え、この回転数制御手段は、前記温度検
出手段により検出された温度が前記所定値を越えた場合
には、所定値以下のときよりも前記原動機の回転数を上
昇させることを特徴とする請求項１または２に記載の油
圧建設機械のトルク制御装置。