JPH1096251A - 建設機械の油圧ポンプの制御方法及び同装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作中立状態から急激に操作を開始しても、
エンジンが過負荷状態にならないような制御システムを
提供することを課題としている。 【解決手段】 建設機械の油圧ポンプの吐出流量を制御
する制御装置において、操作の中立状態を検知する検知
手段を具備し、前記検知手段が中立状態を検知したとき
は該油圧ポンプを少吐出流量または最小吐出流量にシフ
トし、操作開始検出後も一定時間該シフト状態を維持す
ることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、油圧ショベル等
の建設機械の油圧ポンプの制御の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、建設機械の各種のアクチュエ
ータを作動させるためにエンジン並びにエンジンによっ
て駆動される油圧ポンプが使用されている。図３は、従
来から使用されている駆動系及びその制御系の概略構成
を示した図である。図３において、油圧ポンプ１は、い
ろいろな作業に対してアクチュエータを適切な操作スピ
ードで操作するための可変容量形ポンプ、例えば斜板式
アキシャルピストンポンプである。この油圧ポンプ１は
斜板の角度を変化させることにより吐出流量を変化させ
るものである。この油圧ポンプ１を回転駆動するために
デーゼルエンジン２が油圧ポンプ１の駆動軸に連結され
ている。

【０００３】また、油圧ポンプ１の圧油出力側には、例
えば２個のアクチュエータ３ａ，３ｂが方向切換制御弁
４ａ、４ｂを介して接続されている。方向切換制御弁４
ａ，４ｂはリモコン装置５ａ，５ｂによりリモコン操作
される。リモコン操作による各アクチュエータの動作を
円滑に、かつ経済的に行うために油圧ポンプ１の斜板６
の角度を適切に変化させるためにレギュレータ７が斜板
６に連結されている。斜板６の角度変化を制御するレギ
ュレータ７の制御方式には、いろいろな制御方式が提案
されている。

【０００４】以下に述べる制御方式は従来から使用され
ているもので、本発明に最も近いと思われる制御方式で
ある。この制御方式は、３つの制御動作、即ち、定馬力
制御動作（図４の矢印Ａ方向の制御動作）、馬力シフト
制御動作（図４の矢印Ｂ方向の制御動作）並びに最大流
量制御動作（図４の矢印Ｃ方向の制御動作）を含んでい
る。

【０００５】定馬力制御動作は、油圧ポンプ１の吐出圧
ｐと吐出流量Ｑの積ｐｘＱ、即ち油圧ポンプ１の出力馬
力Ｈ（Ｈ＝ｐｘＱ）を一定に制御する制御動作で、図４
に示す双曲線の上を矢印Ａ方向に移動させる制御動作で
ある。この制御動作を行わせるために、圧力センサ１１
により油圧ポンプ１の吐出圧を検出し、その吐出圧ｐに
基づき出力馬力Ｈが一定となるように斜板６の角度を制
御する。

【０００６】定馬力制御動作だけでは種々の作業に対し
て円滑な操作ができないだけでなく、運転コストの経済
化を図ることができない。例えば、堀削作業のように大
馬力を必要とする場合、吊り作業のように中程度の馬力
でよい場合、空負荷のように少馬力でよい場合などがあ
り、各作業に合わせて油圧ポンプ１の出力馬力を変化さ
せて操作する必要がある。また、デーゼルエンジンは所
定の回転数の範囲内で安定した状態で運転するのが望ま
しい。しかし、一定馬力の場合、エンジンの負荷が増加
すると回転数は減少し、負荷が減少すると回転数が増大
する。そこで、エンジンの回転数が減少した場合は、油
圧ポンプの出力馬力を減らし（例えば、Ｈ→Ｈ1 と
し）、エンジン負荷を小さくする必要がある。逆に、回
転数が増大した場合は、油圧ポンプの出力馬力を増やし
（例えば、Ｈ→Ｈ2 とし）、エンジン負荷を大きくする
必要がある。これによって、油圧ポンプの負荷変動とエ
ンジンの負荷変動が調整され、安定した運転状態の維持
ができる。油圧ポンプの出力馬力を（図の矢印Ｂ方向
に）増減させる制御動作を馬力シフト制御動作という。

【０００７】馬力シフト制御動作は、例えば、エンジン
の回転数と出力馬力の関係を示す特性曲線を利用して以
下のように行う。回転数検出器８でエンジンの回転数Ｎ
を検出し、コントローラ９で回転数Ｎと基準回転数とを
比較し、その差に応じて油圧ポンプの出力馬力を増減さ
せる馬力シフト信号Ｓをレギュレータ７に送出する。レ
ギュレータ７は馬力シフト信号Ｓに基づいて、油圧ポン
プの吐出量を増やす方向または減少させる方向に斜板６
の角度を制御する。

【０００８】図４のＨｍａｘ曲線は許容最大馬力の場合
を示し、Ｈｍｉｎ曲線は許容最小馬力の場合を示す。Ｈ
ｍａｘ、Ｈｍｉｎの値は油圧ポンプの性能、エンジンの
性能及び運転モード（高速運転モード、中速運転モー
ド、低速運転モードなど）によって定まる。馬力シフト
制御動作は、Ｈｍａｘ≧Ｈ≧Ｈｍｉｎの範囲で行われ
る。

【０００９】さらに、操作の中立状態におけるように油
圧ポンプの負荷が極めて小さい場合は、該ポンプの出力
馬力を小さくして省エネを図る必要がある。この場合、
馬力シフト制御動作によらず、ポンプ吐出流量の上限値
を（図の矢印方向に）下げる制御を行った方が正確かつ
迅速な制御が可能である。このように吐出流量の上限値
を制御する動作を最大流量制御動作という。この最大流
量制御動作は、例えば絞り１０の上流に設けた圧力セン
サ１２によりネガコン圧を検出し、ネガコン圧に基づい
て上限値を制限する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上に述べた従来の制御
方式においては、操作中立状態ではレギュレータの各制
御動作は以下のようになる。即ち、定馬力制御動作は油
圧ポンプ負荷が無負荷状態にあるため、吐出圧は低下
し、吐出量が最大となるように制御する。また、馬力シ
フト制御動作はエンジンの負荷が軽いため、エンジン回
転数が上昇し、ポンプの出力馬力を最大にする最大シフ
ト動作を行う。即ち「Ｈ→Ｈｍａｘ」となるように制御
する。最大流量制御動作は吐出流量の上限値を最も低く
押さえるように制御する。

【００１１】操作の中立状態から急激に操作を開始する
と、最大流量制御動作がまず解除され、吐出流量が増加
し始める。一方、アクチュエータはその慣性のため、動
き出しが遅れるので、吐出流量の増加に伴い油圧ポンプ
の吐出圧が急激に増加する。従って、エンジンの負荷も
急激に増加する。これにより、エンジンの回転数が減少
するが、エンジンの回転慣性が大きいため回転数の減少
は遅れて現れる。この結果、油圧ポンプの出力馬力を低
下させる馬力シフト動作が遅れ、エンジンは一時的に過
負荷状態となり、エンジンの寿命を低下させると共に排
ガス中に黒煙が増加するという課題があった。

【００１２】この発明は、上述のような背景の下になさ
れたもので、上記課題を解決して、操作中立状態から急
激に操作を開始しても、エンジンが過負荷状態にならな
いような制御システムを提供することを目的としてい
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１、２記載の方法は、定馬力制御動作と馬力
シフト制御動作を含む油圧ポンプの制御方式において、
操作の中立状態を検出したときは、該油圧ポンプを少馬
力出力または最小馬力出力にシフトし、操作開始検出後
も一定時間該シフト状態を維持することを特徴としてい
る。

【００１４】また、請求項３、４に記載の装置は、建設
機械の油圧ポンプの吐出流量を制御する制御装置におい
て、操作の中立状態を検知する検知手段を具備し、前記
検知手段が中立状態を検知したときは該油圧ポンプを少
吐出流量力または最小吐出流量にシフトし、操作開始検
出後も一定時間該シフト状態を維持することを特徴とし
ている。

【００１５】請求５〜７の装置は、請求項３または４に
記載の装置において、操作の中立状態を検出するセンサ
をリモコン装置の操作レバーに設け、または、リモコン
装置のパイロット油圧管路に設け、あるいは、ネガコン
圧センサを利用したことを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施形態】以下、図面を参照してこの発明の実
施形態について説明する。 ＜実施形態１＞本発明の実施形態１を図１を参照して説
明する。図１において、従来例（図３、図４）で既に説
明した構成要素については同一の参照番号を付して詳細
な説明は省略する。図１において、リモコン装置５ａ，
５ｂのパイロット油圧出力側に該パイロット油圧を検出
する検出センサ２１ａ，２１ｂが分岐管の先端に各々接
続されている。この検出センサ２１ａ（２１ｂ）は、リ
モコン装置５ａ（５ｂ）の左右のパイロット圧の差圧を
検出するセンサである。これらの差圧検出センサの出力
信号Ｄはコントローラ２２に入力されている。コントロ
ーラ２２には回転検出器８からの回転数の信号Ｎも入力
されている。

【００１７】コントローラ２２は以下のような動作を行
うように構成されている。即ち、全てのリモコン装置５
ａ，５ｂの差圧信号Ｄがゼロでないとき、または、いず
れかのアクチュエータが操作中のときは、回転数信号Ｎ
と基準回転数信号Ｎ0と比較し、ＮとＮ0の差の絶対値｜
Ｎ−Ｎ0｜が所定値以上になったときに馬力シフト信号
Ｓをレギュレータ７に出力する。例えば、Ｎ＞Ｎ0の場
合は増馬力の馬力シフト信号Ｓ（Ｓ＞０）をレギュレー
タ７に出力し、Ｎ＜Ｎ0の場合は減馬力の馬力シフト信
号Ｓ（Ｓ＜０）を出力する。馬力シフト信号Ｓは、例え
ば、（Ｎ−Ｎ0）に比例させても良い。

【００１８】また、全てのリモコン装置の差圧信号Ｄが
ゼロ（または略ゼロ）の場合は、油圧ポンプ出力馬力が
Ｈ→Ｈｍｉｎ（図４参照）となるような馬力シフト信号
Ｓ’（以下、最小シフト信号という）を出力する。さら
に、コントローラ２２は最小シフト信号Ｓ’を維持する
と共に、いずれかのアクチュエータの操作が開始され、
その信号Ｄを受けた時刻から予め定められた一定の待ち
時間が経過するまで最小シフト信号Ｓ’を出力し続け
る。この待ち時間はエンジンの回転慣性の大きさ等を考
慮にして定められる。

【００１９】レギュレータ７は、馬力シフト信号Ｓ及び
最小シフト信号Ｓ’を受け取らないときは圧力センサ１
１からの吐出圧信号ｐに基づき一定馬力制御動作（Ｈ＝
一定）となるように斜板６の角度を制御する。馬力シフ
ト信号Ｓを受け取ったときは受信信号Ｓに応じて吐出流
量Ｑを余分に増大または減少させて、増馬力制御動作
（例えば、Ｈ→Ｈ2）または減馬力制御動作（例えば、
Ｈ→Ｈ1）となるように斜板角度を制御する。また、最
小シフト信号Ｓ’を受け取ったときは、Ｈ→Ｈｍｉｎと
なるように斜板角度を制御する。さらに、圧力センサ１
２からの信号ｑに基づき、信号値ｑが所定値以上になっ
たときは空負荷又は中立状態と見なし、最大流量制御動
作が作動するように斜板の移動角度を一定範囲に制限
し、吐出流量の上限値を下げる。最大流量制御動作はア
クチュエータの操作開始を検出したときは速やかに解除
する。

【００２０】実施形態１は上述のように構成されている
ので以下のように作動する。即ち、操作の中立状態を検
出しないときは前述した従来の制御動作と同じように作
動する。しかし、操作の中立状態を検出器２１ａ，２１
ｂにより検出すると、この検出信号はコントローラ２２
に送られ、コントーラ２２は最小シフト信号Ｓ’をレギ
ュレータ７に出力すると共に、コントローラ２２は操作
開始を検出し、所定の待ち時間が経過するまでこの信号
をレギュレータ７に出力し続ける。この待ち時間は、例
えば、エンジン２の回転数変化の遅れ時間と等しく定め
てもよい。

【００２１】レギュレータ７は最小シフト信号Ｓ’を受
け取ると、油圧ポンプの出力馬力がＨｍｉｎとなる吐出
流量Ｑ＝Ｈｍｉｎ／ｐ（ｐ１≦ｐ≦ｐ２；ｐ１、ｐ２は
吐出圧の下限値、上限値）を求め、該吐出流量Ｑに対応
する斜板角度Θに斜板の角度を変化させる。また、最小
シフト信号Ｓ’を受け取り続けている限り、この斜板角
度を維持する。

【００２２】実施形態１は上記のように構成され、機能
するので、操作の中立状態から急激に操作の開始が行わ
れてもポンプの出力馬力はＨｍｉｎに維持され、エンジ
ンに大きな負荷が作用せず、過負荷状態にならないので
エンジンの寿命が短縮したり、排ガス中に特別に濃い黒
煙が出たりすることを防止できるという効果がある。

【００２３】なお、この制御システムは油圧系で構成し
ても良いし、一部を電気系でに構成してもよいし、また
は機械系で構成にしてもよい。特にコントローラ２２は
電気−機械系に構成するのが、簡単になるので望まし
い。また、操作の中立状態では最小馬力Ｈｍｉｎとする
のが望ましいが、本発明はこれに限るものではなく、Ｈ
ｍｉｎの代わりに、これよりも大きな少出力馬力、例え
ば馬力Ｈ1を使用してもよい。また、操作の状態を検出
する検出センサをパイロット油圧を検出するセンサ２１
ａ，２１ｂの代わりに操作レバーに位置を検出するセン
サを直接設けた構成としてもよい。

【００２４】＜実施形態２＞図２は本発明の実施形態２
の構成を示した図である。図２において、実施形態１又
は従来例で既に説明したと同じ構成要素については同じ
参照番号を付して詳細な説明を省略する。

【００２５】実施形態２においては、図２に示すよう
に、以下の点で実施形態１と異なっている。即ち、エン
ジンの回転数を検出するセンサ８からの出力信号Ｎと、
油圧ポンプ１の吐出圧を検出する圧力センサ１１からの
出力信号ｐおよびネガコン圧を検出する圧力センサ１２
からの出力信号ｑがコントローラ２４に送出され、コン
トローラ２４はこれらの入力信号に基づいて所定の処理
をして、斜板を回動させるための制御信号Ｃを斜板回動
駆動装置２５に出力する。斜板回動駆動装置２５は制御
信号Ｃに基づいて斜板６の角度を変化させる。

【００２６】コントローラ２４は、圧力センサ１１から
の吐出圧信号ｐ、回転数検出センサ８からの回転数信号
Ｎおよび圧力センサ１２からのネガコン圧信号ｑに基づ
いて定馬力制御動作、馬力シフト制御動作及び最大流量
制御動作をするように斜板６の角度を演算により求め、
斜板回動駆動装置２５に出力する。コントローラ２４は
この他に、ネガコン圧信号ｑから操作の中立状態を判定
する判定回路と時計を具備しており、判定回路により中
立状態と判定されたときは最小シフトに相当する斜板角
度を演算して求め、斜板回動駆動装置２５に出力する。
次に、操作開始が検出され、一定時間が経過するまでそ
の斜板角度の信号を斜板回動駆動装置２５に出力し続け
る。一定時間経過後は最小シフトの制御動作を解除し
て、通常の制御動作に戻す。

【００２７】実施形態２は以上のような構成であり、そ
の動作は実施形態１と同様である。しかし、ネガコン圧
を検出するセンサ１２を操作中立状態を検出するセンサ
と兼用しており、又、制御動作をソフトプログラムによ
り決定しているので、製作が容易になる。

【００２８】従って、実施形態２は実施形態１同様に、
操作の中立状態から操作の急開始が行われてもポンプの
出力馬力はＨｍｉｎに維持され、エンジンに大きな負荷
が作用せず、過負荷状態にならないのでエンジンの寿命
が短縮したり、排ガス中に特別に濃い黒煙が出たりする
ことを防止できるという効果がある。さらに、製作費を
安価にすることができるという効果がある。

【００２９】以上、この発明の実施形態を図面により詳
述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるが
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、コン
トローラの動作は実施形態１、２で説明した動作に限ら
れるものではない。また、中立状態を判定する回路は計
算機のソフトウエアで実現できるが、それに限られるも
のではなくアナログ回路等のハードウエアで実現しても
よい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、操作の中立状態から操作の急開始が行われて
も、エンジンが過負荷状態にならないのでエンジンの寿
命が短縮したり、排ガス中に黒煙が出たりすることを防
止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の概略構成図を示す。

【図２】 本発明の実施形態２の概略構成図を示す。

【図３】 従来の制御系の概略構成を示した図である。

【図４】 制御動作の説明を示した図である。

【符号の説明】

１ 油圧ポンプ ２ エンジン ３ａ，４ｂ アクチュエータ ５ａ，５ｂ リモコン装置 ６ 斜板 ７ レギュレータ（制御装置） ８ 回転数検出器 ９、２２、２４ コントローラ（制御装置） １０ 絞り １１ 吐出圧検出センサ １２ ネガコン圧検出センサ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定馬力制御動作と馬力シフト制御動作を
   含む油圧ポンプの制御方式において、操作の中立状態を
   検出したときは、該油圧ポンプを少馬力出力にシフト
   し、操作開始検出後も一定時間該シフト状態を維持する
   ことを特徴とする建設機械の油圧ポンプ制御方法。
2. 【請求項２】 前記少馬力出力は最小馬力出力であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧ポンプ
   制御方法。
3. 【請求項３】 建設機械の油圧ポンプの吐出流量を制御
   する制御装置において、操作の中立状態を検知する検知
   手段を具備し、前記検知手段が中立状態を検知したとき
   は該油圧ポンプを少吐出流量にシフトし、操作開始検出
   後も一定時間該シフト状態を維持することを特徴とする
   建設機械の油圧ポンプ制御装置。
4. 【請求項４】 前記少吐出流量は最小吐出流量であるこ
   とを特徴とする請求項３に記載の建設機械の油圧ポンプ
   制御装置
5. 【請求項５】 前記検知手段は、操作レバーにセンサー
   を設けて該センサーにより中立状態を検知するようにし
   たことを特徴とする請求項３又は４のいずれか１に記載
   の建設機械の油圧ポンプ制御装置。
6. 【請求項６】 前記検知手段は、リモコン装置のパイロ
   ット油圧出力側にパイロット圧センサーを設けて、該パ
   イロット圧により中立状態を検知するようにしたことを
   特徴とする請求項３又は４のいずれか１に記載の建設機
   械の油圧ポンプ制御装置。
7. 【請求項７】 前記検知手段は、ネガティブコントロー
   ル系のネガコン圧センサーにより中立状態を検知するよ
   うにしたことを特徴とする請求項３又は４のいずれか１
   に記載の建設機械の油圧ポンプ制御装置。