WO2022201676A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2022201676A1
WO2022201676A1 PCT/JP2021/046812 JP2021046812W WO2022201676A1 WO 2022201676 A1 WO2022201676 A1 WO 2022201676A1 JP 2021046812 W JP2021046812 W JP 2021046812W WO 2022201676 A1 WO2022201676 A1 WO 2022201676A1
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rotation speed
engine
hydraulic pump
output
hydraulic
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PCT/JP2021/046812
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雅俊 星野
聖二 土方
靖貴 釣賀
遼 八木澤
翔 古川
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日立建機株式会社
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    • F15B2211/6652—Control of the pressure source, e.g. control of the swash plate angle

Definitions

  • the present invention relates to a working machine equipped with a variable displacement hydraulic pump.
  • an engine a variable capacity hydraulic pump that discharges hydraulic oil by the driving force of the engine, a regulator that changes the discharge capacity of the hydraulic pump, and a hydraulic actuator that is operated by the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump.
  • Working machines comprising:
  • Patent Literature 1 In order to increase the engine speed in order to cope with a high load, in addition to the torque corresponding to the increased load, a transient torque corresponding to the inertial force of the rotating body (engine and hydraulic pump) is required. become necessary. Therefore, the technique disclosed in Patent Literature 1 has a problem that it takes time to increase the rotation speed of the engine, resulting in a decrease in workability.
  • the present invention has been made in view of the above-described actual situation, and its object is to provide a technology that achieves both low fuel consumption and workability in a work machine that switches the engine speed according to the load on the hydraulic actuator. to provide.
  • the present invention provides an engine, a variable displacement hydraulic pump that discharges hydraulic oil by the driving force of the engine, a regulator that changes the discharge displacement of the hydraulic pump, and A working machine comprising a hydraulic actuator operated by discharged hydraulic oil, a rotation speed sensor for detecting the rotation speed of the engine, and a controller for controlling the rotation speed of the engine and the discharge capacity of the hydraulic pump, wherein the controller is a state in which the rotation speed detected by the rotation speed sensor is at the first rotation speed and the output of the engine or the hydraulic pump has increased to an increase threshold, and the rotation speed of the engine is increased from the first rotation speed.
  • the hydraulic pressure is maintained so that the output of the engine or the hydraulic pump is constant.
  • a signal instructing a decrease in the discharge capacity of the pump is output to the regulator, and when the rotation speed detected by the rotation speed sensor reaches the second rotation speed, the output of the engine or the hydraulic pump corresponds to the required load. and outputting to the regulator a signal instructing an increase in the discharge capacity of the hydraulic pump so as to achieve a value that
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amount of operation of a boom control lever and the flow rate of a pump; It is a figure which shows the relationship between a pump output and an engine torque. It is a figure which shows the time change of the engine speed in a rotation speed control process.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between curves W1 and W2 corresponding to a plurality of operation modes of the hydraulic excavator;
  • FIG. 1 An embodiment of a hydraulic excavator 1 (working machine) according to the present invention will be described with reference to the drawings.
  • a specific example of the working machine is not limited to the hydraulic excavator 1, and may be a wheel loader, a crane, a dump truck, or the like.
  • front, rear, left, and right in this specification are based on the viewpoint of an operator who operates the hydraulic excavator 1 on board, unless otherwise specified.
  • FIG. 1 is a side view of the hydraulic excavator 1.
  • the hydraulic excavator 1 includes a lower traveling body 2 and an upper rotating body 3 supported by the lower traveling body 2 .
  • the lower running body 2 and the upper swing body 3 are an example of a vehicle body.
  • the lower traveling body 2 is provided with a pair of left and right crawlers 8 that are endless track belts.
  • a pair of left and right crawlers 8 rotate independently by driving a traveling motor (not shown).
  • the hydraulic excavator 1 travels.
  • the undercarriage 2 may be of a wheeled type instead of the crawler 8 .
  • the upper rotating body 3 is rotatably supported by the lower traveling body 2 by a rotating motor (not shown).
  • the upper revolving body 3 includes a revolving frame 5 as a base, a front work machine 4 (working device) attached to the center of the front of the revolving frame 5 so as to be rotatable in the vertical direction, and a front left side of the revolving frame 5 .
  • a cab (driver's seat) 7 and a counterweight 6 arranged at the rear of the revolving frame 5 are mainly provided.
  • the front work machine 4 includes a boom 4a rotatably supported by the upper revolving body 3, an arm 4b rotatably supported at the tip of the boom 4a, and a bucket rotatably supported at the tip of the arm 4b. 4c, a boom cylinder 4d for driving the boom 4a, an arm cylinder 4e for driving the arm 4b, and a bucket cylinder 4f for driving the bucket 4c.
  • the counterweight 6 is for balancing the weight with the front work machine 4, and is a heavy object having an arc shape when viewed from above.
  • the cab 7 has an internal space where an operator who operates the hydraulic excavator 1 rides.
  • a seat on which an operator sits and an operating device operated by the operator seated on the seat are arranged in the interior space of the cab 7 .
  • the operation device accepts the operator's operation for operating the hydraulic excavator 1.
  • the lower traveling body 2 travels, the upper revolving body 3 revolves, and the front working machine 4 operates.
  • Specific examples of the operating device include levers, steering wheels, accelerator pedals, brake pedals, and switches.
  • the operation device includes, for example, a boom operation lever 7a (see FIG. 2) that operates the boom cylinder 4d, and a mode selection switch 7b (see FIG. 3) that switches the operation mode of the hydraulic excavator 1.
  • the boom operating lever 7a extends and retracts the boom cylinder 4d by being operated (falling down) by the operator. More specifically, the greater the amount of operation of the boom control lever 7a, the greater the amount of expansion and contraction of the boom cylinder 4d.
  • the operation device further includes operation units (pedals, levers) for operating the travel motor, the swing motor, the arm cylinder 4e, and the bucket cylinder.
  • the mode selection switch 7b allows the operator to select the eco mode, power mode, and high power mode as the operation modes of the hydraulic excavator 1.
  • the mode selection switch 7b then outputs a mode signal indicating the operation mode selected by the operator to the vehicle body controller 21 (see FIG. 3).
  • Eco mode is the operating mode that emphasizes the lowest fuel consumption among the three operating modes.
  • the high power mode is an operation mode that emphasizes the highest output among the three operation modes.
  • Power mode is an operation mode intermediate between eco mode and power mode. That is, the fuel efficiency is high in the order of the eco mode, the power mode, and the high power mode, and the output is high in the order of the high power mode, the power mode, and the eco mode. If the high power mode is the first mode, the power mode and the eco mode are the second modes. Also, if the power mode is the first mode, the eco mode is the second mode.
  • FIG. 2 is a diagram showing the drive circuit of the hydraulic excavator 1.
  • the hydraulic excavator 1 mainly includes an engine 10, a hydraulic oil tank 11, a hydraulic pump 12, a pilot pump 13, and a directional control valve .
  • the engine 10 generates driving force for driving the hydraulic excavator 1 . More specifically, the engine 10 rotates the output shaft 16 by mixing and burning air taken in from the outside of the hydraulic excavator 1 and fuel injected from the injector 15 . Also, the rotation speed (rpm) of the engine 10 is detected by a rotation speed sensor 17 . The rotation speed sensor 17 outputs a rotation speed signal indicating the detected rotation speed to the engine controller 22 (see FIG. 3).
  • the hydraulic oil tank 11 stores hydraulic oil.
  • Hydraulic pump 12 and pilot pump 13 are connected to output shaft 16 of engine 10 .
  • the hydraulic pump 12 and the pilot pump 13 discharge hydraulic oil stored in the hydraulic oil tank 11 by the driving force of the engine 10 .
  • a direction control valve 14 is provided between the hydraulic pump 12 and the boom cylinder 4d.
  • the hydraulic pump 12, the boom cylinder 4d, and the direction control valve 14 are each connected via piping.
  • the hydraulic pump 12 supplies the hydraulic fluid stored in the hydraulic fluid tank 11 to the hydraulic actuators (travel motor, swing motor, boom cylinder 4d, arm cylinder 4e, bucket cylinder 4f) through the direction control valve 14 .
  • the hydraulic pump 12 is of a variable displacement type (swash plate type, oblique shaft type) whose discharge capacity can be changed.
  • a displacement of the hydraulic pump 12 is adjusted by a regulator 18 that operates according to a signal output from the vehicle body controller 21 . Also, the discharge pressure of the hydraulic pump 12 is detected by a discharge pressure sensor 19 . The discharge pressure sensor 19 outputs a discharge pressure signal indicating the detected discharge pressure to the vehicle body controller 21 .
  • a boom operating lever 7a is provided between the pilot pump 13 and the direction control valve 14.
  • the pilot pump 13, the direction control valve 14, and the boom operating lever 7a are each connected via a pilot pipe.
  • the pilot pump 13 When the boom operating lever 7a is in the neutral state, the pilot pump 13 is connected to the hydraulic oil tank 11 through the pilot pipe via the boom operating lever 7a.
  • the pilot pump 13 supplies hydraulic fluid stored in the hydraulic fluid tank 11 to a pair of pilot ports of the directional control valve 14 through the boom operating lever 7a.
  • pilot pressure is applied to one of the pair of pilot ports.
  • pilot pressure is applied to the other of the pair of pilot ports.
  • pilot pressure applied to the pilot port increases as the amount of operation of the boom control lever 7a increases.
  • the pilot pressure applied to the pilot port is detected by the pilot pressure sensor 7c.
  • the pilot pressure sensor 7 c outputs a pilot pressure signal indicating the detected pilot pressure to the vehicle body controller 21 .
  • the direction control valve 14 supplies hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 12 to the bottom chamber or rod chamber of the boom cylinder 4d.
  • the direction control valve 14 also controls the direction and amount of hydraulic oil supplied to the boom cylinder 4d according to the pilot pressure applied to the pilot port.
  • the directional control valve 14 supplies hydraulic fluid to the bottom chamber of the boom cylinder 4 d and returns the hydraulic fluid in the rod chamber to the hydraulic fluid tank 11 by applying a pilot pressure to one of the pilot ports. Let This extends the boom cylinder 4d.
  • the directional control valve 14 supplies hydraulic fluid to the rod chamber of the boom cylinder 4 d and returns the hydraulic fluid in the bottom chamber to the hydraulic fluid tank 11 by applying pilot pressure to the other pilot port. As a result, the boom cylinder 4d is contracted. Further, the directional control valve 14 increases the amount of hydraulic oil supplied to the boom cylinder 4d as the pilot pressure applied to the pilot port increases.
  • FIG. 3 is a hardware configuration diagram of the hydraulic excavator 1.
  • the hydraulic excavator 1 includes a vehicle body controller 21 that controls the entire hydraulic excavator 1 and an engine controller 22 that controls the operation of the engine 10 .
  • vehicle body controller 21 controls the entire hydraulic excavator 1
  • engine controller 22 controls the operation of the engine 10 .
  • the division of roles between the vehicle body controller 21 and the engine controller 22, which will be described below, is just an example, so they may be collectively referred to as the "controller 20" in this specification.
  • the vehicle body controller 21 controls the mode signal output from the mode selection switch 7b, the pilot pressure signal output from the pilot pressure sensor 7c, the discharge pressure signal output from the discharge pressure sensor 19, and the engine speed output from the engine controller 22. Get the signal. Then, the vehicle body controller 21 outputs a signal instructing adjustment (increase or decrease) of the discharge capacity of the hydraulic pump 12 to the regulator 18 and notifies the engine controller 22 of the target rotation speed of the engine 10 .
  • the engine controller 22 acquires the rotation speed signal output from the rotation speed sensor 17 and acquires the target rotation speed of the engine 10 from the vehicle body controller 21 .
  • the engine controller 22 outputs a rotation speed signal acquired from the rotation speed sensor 17 to the vehicle body controller 21 and controls fuel injection of the injector 15 based on the target rotation speed acquired from the vehicle body controller 21 .
  • the controller 20 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory).
  • the controller 20 implements processing described later by the CPU reading and executing program codes stored in the ROM.
  • the RAM is used as a work area when the CPU executes programs. ROM and RAM are examples of memory.
  • controller 20 is not limited to this, and may be realized by hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and FPGA (Field-Programmable Gate Array).
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rotational speed and torque of the engine 10.
  • the maximum torque Tmax of the engine 10 indicated by the solid line in FIG. 4 varies depending on the rotation speed. More specifically, in a region where the rotation speed is low, the maximum torque Tmax gradually increases as the rotation speed increases. On the other hand, after the maximum torque Tmax reaches the highest point, the maximum torque Tmax gradually decreases as the rotation speed increases.
  • the dotted lines in FIG. 4 are iso-fuel consumption lines that connect points with the same fuel consumption rate of the engine 10 .
  • the fuel consumption rate is an index (g/kWh) representing the hourly fuel consumption per unit output of the engine 10 . That is, the smaller the value of the fuel consumption rate, the better the fuel consumption.
  • the engine 10 according to the present embodiment tends to have higher fuel efficiency as the torque increases at each rotation speed.
  • the controller 20 of this embodiment drives the engine 10 at either the first rotation speed N1 or the second rotation speed N2.
  • the first rotation speed N1 is a rotation speed at which operation can be performed with lower fuel consumption than the second rotation speed N2.
  • the first rotation speed N1 is set, for example, to a value higher than the rotation speed corresponding to the highest point of the maximum torque Tmax.
  • the second rotation speed N2 is a rotation speed capable of generating a higher output W than the first rotation speed N1.
  • the second rotation speed N2 is a value higher than the first rotation speed N1.
  • the second rotation speed N2 is set to the rated rotation speed of the engine 10, for example.
  • the controller 20 should set the target rotation speed of the engine 10 to the first rotation speed N1 while the hydraulic actuator is operating at a low load, and operate the hydraulic excavator 1 with low fuel consumption.
  • the controller 20 may increase the target rotation speed of the engine 10 from the first rotation speed N1 to the second rotation speed N2 to generate a high output.
  • Curves W1 and W2 in FIG. 4 are iso-output lines connecting points where the output of the engine 10 is equal.
  • the second output value W2 is set higher than the first output value W1.
  • the curve W1' is an output line along which the output of the engine 10 gradually increases as the rotation speed increases. Curves W1, W1', W2 are then stored in memory as a function of speed and torque.
  • the torque of the engine 10 can be controlled by the displacement of the hydraulic pump 12, for example. More specifically, increasing the displacement of hydraulic pump 12 also increases the torque of engine 10 . On the other hand, when the displacement of the hydraulic pump 12 is reduced, the torque of the engine 10 is also reduced. That is, the controller 20 keeps the output of the engine 10 constant by outputting to the regulator 18 a signal instructing the reduction of the displacement of the hydraulic pump 12 as the rotation speed of the engine 10 increases. You can change the rotation speed.
  • FIG. 5 is a flow chart of the rotation speed control process.
  • 6A to 6C are diagrams for explaining a method of calculating the output W of the engine 10.
  • FIG. 7A to 7C are diagrams showing changes over time of the engine speed (A), torque (B), and output (C) of the engine 10 in the engine speed control process.
  • the controller 20 determines the rotation speed of the engine 10 detected by the rotation speed sensor 17 (S11).
  • the controller 20 determines that the rotation speed of the engine 10 is the first rotation speed N1 (S11: Yes)
  • the controller 20 executes the processes of steps S12 to S16.
  • processing for increasing the output of the engine 10 from point a0 to point c in FIG. 3 as the load on the hydraulic actuator increases will be described.
  • the method of calculating the output W of the engine 10 for example, the following three methods are conceivable.
  • the output W of the engine 10 is represented by the product of the rotation speed and the torque of the engine 10.
  • the torque of the engine 10 has a positive correlation (more specifically, a proportional relation) with the fuel injection amount of the injector 15 .
  • the relationship in FIG. 6A is stored in memory in advance.
  • the controller 20 calculates the output W of the engine 10 by multiplying the rotation speed of the engine 10 detected by the rotation speed sensor 17 and the torque corresponding to the fuel injection amount of the injector 15 controlled by the engine controller 22. can do.
  • the output W of the engine 10 is represented by the product of the output of the hydraulic pump 12 and the pump efficiency of the hydraulic pump 12.
  • the output of the hydraulic pump 12 is represented by the product of the discharge pressure of the hydraulic pump 12 and the flow rate of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 12 .
  • the flow rate of hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 12 has a positive correlation with the operation amount of the boom control lever 7a (in other words, the pilot pressure detected by the pilot pressure sensor 7c). (More specifically, there is a proportional relationship).
  • the relationship in FIG. 6B is stored in memory in advance.
  • the controller 20 multiplies the discharge pressure detected by the discharge pressure sensor 19, the flow rate corresponding to the pilot pressure detected by the pilot pressure sensor 7c, and a preset pump efficiency to obtain the output W of the engine 10. can be calculated.
  • the torque of the engine 10 has a positive correlation (more specifically, a proportional relationship) with the output of the hydraulic pump 12.
  • the relationship in FIG. 6B is stored in memory in advance.
  • the controller 20 calculates the output of the hydraulic pump 12 by multiplying the discharge pressure detected by the discharge pressure sensor 19 and the flow rate corresponding to the pilot pressure detected by the pilot pressure sensor 7c.
  • the controller 20 can calculate the output W of the engine 10 by multiplying the rotation speed of the engine 10 detected by the rotation speed sensor 17 by the torque of the engine 10 corresponding to the output of the hydraulic pump 12. .
  • the controller 20 compares the output W of the engine 10 with a predetermined increase threshold value W th1 (S12). Further, the controller 20 increases the displacement of the hydraulic pump 12 while maintaining the rotation speed of the engine 10 at the first rotation speed N1 until the output W of the engine 10 reaches the increase threshold value W th1 (S12: No). to the regulator 18. As a result, the torque and output of the engine 10 increase while the rotation speed of the engine 10 is maintained at the first rotation speed, like times t0 to t1 shown in FIGS. 7A to 7C.
  • the increase threshold value W th1 indicates the output of the engine 10 when the rotation speed of the engine 10 is increased from the first rotation speed N1 to the second rotation speed N2.
  • the increase threshold W th1 is set lower than the maximum output at the first rotation speed N1. That is, the controller 20 limits the upper limit of the output of the engine 10 to the increase threshold value W th1 while the engine 10 is rotating at the first rotation speed N1.
  • the controller 20 sets the lower limit of the output of the engine 10 to the first output value W1 while increasing the rotation speed of the engine 10 from the first rotation speed N1 to the second rotation speed N2.
  • the first output value W1 is the same value as the rising threshold value Wth1 . That is, in the process of increasing the rotation speed of the engine 10 to the second rotation speed N2, the controller 20 sends a signal to the regulator 18 to instruct the reduction of the displacement of the hydraulic pump 12 so that the output of the engine 10 becomes constant. Output.
  • the controller 20 increases the rotation speed and decreases the discharge capacity along the curve W1 in steps S13 and S14 that are repeatedly executed.
  • the controller 20 reduces the displacement of the hydraulic pump 12 so that the output of the engine 10 matches the first output value W1.
  • a command signal is output to the regulator 18 .
  • the torque gradually decreases as the rotational speed increases so that the first output value W1 is maintained, as between times t1 and t2 indicated by the solid line in FIG. 7C.
  • the controller 20 maintains the rotation speed of the engine 10 at the second rotation speed N2.
  • a signal instructing an increase in the discharge capacity of the hydraulic pump 12 is output to the regulator 18 (S16).
  • the torque increases so that the output of the engine 10 reaches the second output value W2 while the rotation speed is maintained at the second rotation speed N2, as after time t2 indicated by the solid line in FIG. 7C.
  • the target output in step S16 varies according to the required load of the engine 10, and is set to an arbitrary value equal to or less than the second output value W2.
  • the requested load is a target value requested by the operator through the boom operating lever 7a (that is, a load corresponding to the amount of operation of the boom operating lever 7a). That is, in step S16, the controller 20 outputs a signal instructing adjustment of the discharge capacity of the hydraulic pump 12 so that the output W of the engine 10 becomes a value corresponding to the required load with the second output value W2 as the upper limit. Output to 18.
  • the controller 20 determines that the rotation speed of the engine 10 is the second rotation speed N2 (S11: No), it executes steps S17 to S20.
  • steps S17 to S20 processing for decreasing the output of the engine 10 from point c to point a0 in FIG. 3 as the load on the hydraulic actuator decreases will be described.
  • the controller 20 compares the output W of the engine 10 with a predetermined lowering threshold value W th2 (S17). In addition, the controller 20 reduces the displacement of the hydraulic pump 12 while maintaining the rotation speed of the engine 10 at the second rotation speed N2 until the output W of the engine 10 reaches the lowering threshold value W th2 (S17: No). to the regulator 18.
  • the controller 20 lowers the rotation speed of the engine 10 (S18) and adjusts the discharge capacity of the hydraulic pump 12.
  • a command signal is output to the regulator 18 (S19).
  • the controller 20 repeats the processing of steps S18 to S19 until the rotation speed detected by the rotation speed sensor 17 reaches the first rotation speed N1 (S20: No). More specifically, in steps S18 and S19 which are repeatedly executed, the controller 20 reduces the output W of the engine 10 to a value corresponding to the required load in the process of decreasing the rotation speed of the engine 10 to the first rotation speed N1. Then, a signal instructing adjustment of the discharge capacity of the hydraulic pump 12 is output to the regulator 18 .
  • the change in the output W of the engine 10 in the process of decreasing the rotation speed of the engine 10 is different from the change in the output W of the engine 10 in the process of increasing the rotation speed of the engine 10 (that is, the curve W1 in FIG. 4).
  • the decrease threshold value W th2 indicates the output of the engine 10 when the rotation speed of the engine 10 is decreased from the second rotation speed N2 to the first rotation speed N1.
  • the falling threshold W th2 is set lower than the first output value W1. That is, the controller 20 limits the output of the engine 10 from the second output value W2 (upper limit) to the lower threshold W th2 (lower limit) while the engine 10 is rotating at the second speed N2.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between curves W1 and W2 corresponding to a plurality of operation modes of the hydraulic excavator 1, respectively.
  • the first output value W1 is set to a higher value in order of eco mode, power mode, and high power mode (W1 E >W1 P >W1 HP ).
  • the rising threshold value W th1 is also set to a higher value in the order of eco mode, power mode, and high power mode.
  • the second output value W2 is set lower in the order of eco mode, power mode, and high power mode (W2 E ⁇ W2 P ⁇ W2 HP ).
  • the second output value W2 may be set to the same value in the eco mode, power mode, and high power mode.
  • the hydraulic excavator 1 can be operated with low fuel consumption by maintaining the engine 10 at the first rotation speed N1 while the load on the hydraulic actuator is small. Further, when the load on the hydraulic actuator increases, the output of the engine 10 can be increased corresponding to the load on the hydraulic actuator by increasing the rotation speed of the engine 10 from the first rotation speed N1 to the second rotation speed N2. can.
  • the rotation speed of the engine 10 is increased to the second rotation speed N2.
  • the rotation speed N2 can be quickly reached. As a result, it is possible to shorten the time during which the telescopic speed of the boom cylinder 4d does not follow the operation amount of the boom operating lever 7a.
  • the process of increasing the rotation speed of the engine 10 to the second rotation speed N2 by increasing the output of the engine 10 to the first output value W1 or more, it is possible to prevent the workability from significantly deteriorating. As a result, it is possible to achieve both low fuel consumption and workability.
  • the output of the hydraulic pump 12 may be compared with the increase threshold value W th1 in step S11 without being limited to the output of the engine 10 .
  • the controller 20 may reduce the displacement of the hydraulic pump 12 so that the output of the hydraulic pump 12 matches the first output value.
  • the output of the hydraulic pump 12 can be calculated by the method described using FIG. 6B.
  • the controller 20 may increase the rotation speed and decrease the discharge capacity along the curve W1' shown in FIG. 3 in steps S13 to S14 that are repeatedly executed. In other words, the controller 20 adjusts the displacement of the hydraulic pump 12 so that the output of the engine 10 increases as the rotation speed of the engine 10 increases in the process of increasing the rotation speed of the engine 10 to the second rotation speed N2. A signal instructing the decrease is output to the regulator 18 .
  • the torque gradually decreases as the rotation speed increases so that the output of the engine 10 gradually increases, as between times t1 and t3 indicated by the dashed line in FIG. 7C. Therefore, the torque indicated by the dashed line in FIG. 7B decreases more gently than the torque indicated by the solid line.
  • the time required for reaching the second rotation speed N2 from the first rotation speed N1 is longer for the dashed line (t1 to t3) than for the solid line (t1 to t2).
  • the extension/retraction speed of the boom cylinder 4d does not follow the operation amount of the boom control lever 7a. While the time is lengthened, it is possible to suppress deterioration in workability until the rotation speed of the engine 10 reaches the second rotation speed N2.
  • the rising threshold value Wth1 is set to the same value as the first output value W1
  • the falling threshold value Wth2 is set to a value smaller than the first output value W1.
  • the first output value W1, the second output value W2, and the rising threshold value Wth1 in the eco mode, power mode, and high power mode correspond to the magnitude relationships described with reference to FIG. did.
  • the eco mode the number of revolutions of the engine 10 is likely to be maintained at the first number of revolutions N1, so the hydraulic excavator 1 can be operated with low fuel consumption.
  • the high power mode the rotation speed of the engine 10 can easily be switched to the second rotation speed N2, so that a high load on the hydraulic actuator can be handled.

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Abstract

低燃費と作業性の確保とを両立可能な作業機械を提供する。　作業機械は、回転数センサで検知された回転数が第１回転数にあって（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、エンジンまたは油圧ポンプの出力が上昇閾値まで増大した状態において（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、エンジンの回転数を第１回転数から第１回転数より高い第２回転数に上昇させると共に（Ｓ１３）、エンジンの回転数を第２回転数に上昇させる過程において、エンジンまたは油圧ポンプの出力が一定になるように、油圧ポンプの吐出容量の減少を指示する信号をレギュレータに出力し（Ｓ１４）、回転数センサで検知された回転数が第２回転数に達すると、エンジンまたは油圧ポンプの出力が要求負荷に対応する値になるように、油圧ポンプの吐出容量の増大を指示する信号をレギュレータに出力する（Ｓ１６）。

Description

作業機械
　本発明は、容量可変型の油圧ポンプを備える作業機械に関する。
　従来より、エンジンと、エンジンの駆動力によって作動油を吐出する容量可変型の油圧ポンプと、油圧ポンプの吐出容量を変化させるレギュレータと、油圧ポンプから吐出された作動油によって動作する油圧アクチュエータとを備える作業機械が知られている。
　上記構成の作業機械において、油圧アクチュエータを低負荷で動作させる場合は回転数を低くして高トルクでエンジンを駆動し、油圧アクチュエータを高負荷で動作させる際にエンジンの回転数を上昇させることによって、燃費の改善と高出力とを両立する技術がある（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００７－１２０４２６号公報
　ここで、高負荷に対応するためにエンジンの回転数を上昇させるには、増加した負荷に対応するトルクに加えて、回転体（エンジン及び油圧ポンプ）の慣性力に対応する過渡的なトルクが必要になる。そのため、特許文献１の技術では、エンジンの回転数を上昇させるのに時間がかかって、作業性が低下するという課題がある。
　本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、油圧アクチュエータの負荷に応じてエンジンの回転数を切り替える作業機械において、低燃費と作業性の確保とを両立する技術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、エンジンと、前記エンジンの駆動力によって作動油を吐出する容量可変型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出容量を変化させるレギュレータと、前記油圧ポンプから吐出された作動油によって動作する油圧アクチュエータと、前記エンジンの回転数を検知する回転数センサと、前記エンジンの回転数及び前記油圧ポンプの吐出容量を制御するコントローラとを備える作業機械において、前記コントローラは、前記回転数センサで検知された回転数が第１回転数にあって、前記エンジンまたは前記油圧ポンプの出力が上昇閾値まで増大した状態において、前記エンジンの回転数を前記第１回転数から前記第１回転数より高い第２回転数に上昇させると共に、前記エンジンの回転数を前記第２回転数に上昇させる過程において、前記エンジンまたは前記油圧ポンプの出力が一定になるように、前記油圧ポンプの吐出容量の減少を指示する信号を前記レギュレータに出力し、前記回転数センサで検知された回転数が前記第２回転数に達すると、前記エンジンまたは前記油圧ポンプの出力が要求負荷に対応する値になるように、前記油圧ポンプの吐出容量の増大を指示する信号を前記レギュレータに出力することを特徴とする。
　本発明によれば、油圧アクチュエータの負荷に応じてエンジンの回転数を切り替える作業機械において、低燃費と作業性の確保とを両立することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
油圧ショベルの側面図である。 油圧ショベルの駆動回路を示す図である。 油圧ショベルのハードウェア構成図である。 エンジンの回転数及びトルクの関係を示す図である。 回転数制御処理のフローチャートである。 燃料噴射量とエンジントルクとの関係を示す図である。 ブーム操作レバーの操作量とポンプ流量との関係を示す図である。 ポンプ出力とエンジントルクとの関係を示す図である。 回転数制御処理におけるエンジン回転数の時間変化を示す図である。 回転数制御処理におけるエンジントルクの時間変化を示す図である。 回転数制御処理におけるエンジン出力の時間変化を示す図である。 油圧ショベルの複数の動作モードそれぞれに対応する曲線Ｗ１、Ｗ２の関係を示す図である。
　本発明に係る油圧ショベル１（作業機械）の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、作業機械の具体例は油圧ショベル１に限定されず、ホイールローダ、クレーン、ダンプトラック等でもよい。また、本明細書中の前後左右は、特に断らない限り、油圧ショベル１に搭乗して操作するオペレータの視点を基準としている。
　図１は、油圧ショベル１の側面図である。図１に示すように、油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２により支持された上部旋回体３とを備える。下部走行体２及び上部旋回体３は、車体の一例である。
　下部走行体２は、無限軌道帯である左右一対のクローラ８を備える。そして、走行モータ（図示省略）の駆動により、左右一対のクローラ８が独立して回転する。その結果、油圧ショベル１が走行する。但し、下部走行体２は、クローラ８に代えて、装輪式であってもよい。
　上部旋回体３は、旋回モータ（図示省略）によって旋回可能に下部走行体２に支持されている。上部旋回体３は、ベースとなる旋回フレーム５と、旋回フレーム５の前方中央に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント作業機４（作業装置）と、旋回フレーム５の前方左側に配置されたキャブ（運転席）７と、旋回フレーム５の後部に配置されたカウンタウェイト６とを主に備える。
　フロント作業機４は、上部旋回体３に起伏可能に支持されたブーム４ａと、ブーム４ａの先端に回動可能に支持されたアーム４ｂと、アーム４ｂの先端に回動可能に支持されたバケット４ｃと、ブーム４ａを駆動させるブームシリンダ４ｄと、アーム４ｂを駆動させるアームシリンダ４ｅと、バケット４ｃを駆動させるバケットシリンダ４ｆとを含む。カウンタウェイト６は、フロント作業機４との重量バランスを取るためのもので、上面視円弧形状を成す重量物である。
　キャブ７には、油圧ショベル１を操作するオペレータが搭乗する内部空間が形成されている。そして、キャブ７の内部空間には、オペレータが着席するシートと、シートに着席したオペレータにより操作される操作装置が配置されている。
　操作装置は、油圧ショベル１を動作させるためのオペレータの操作を受け付ける。オペレータによって操作装置が操作されることによって、下部走行体２が走行し、上部旋回体３が旋回し、フロント作業機４が動作する。なお、操作装置の具体例としては、レバー、ステアリングホイール、アクセルペダル、ブレーキペダル、スイッチ等が挙げられる。操作装置は、例えば、ブームシリンダ４ｄを操作するブーム操作レバー７ａ（図２参照）と、油圧ショベル１の動作モードを切り替えるモード選択スイッチ７ｂ（図３参照）とを含む。
　ブーム操作レバー７ａは、オペレータによって操作（倒伏）されることによって、ブームシリンダ４ｄを伸縮させる。より詳細には、ブーム操作レバー７ａの操作量が多いほど、ブームシリンダ４ｄの伸縮量が多くなる。なお、図示は省略するが、操作装置は、走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ４ｅ、及びバケットシリンダそれぞれを操作する操作部（ペダル、レバー）をさらに含む。
　モード選択スイッチ７ｂは、油圧ショベル１の動作モードとして、エコモード、パワーモード、及びハイパワーモードを、オペレータに選択させる。そして、モード選択スイッチ７ｂは、オペレータによって選択された動作モードを示すモード信号を、車体コントローラ２１（図３参照）に出力する。
　エコモードは、３つの動作モードの中で最も低燃費を重視した動作モードである。ハイパワーモードは、３つの動作モードの中で最も高出力を重視した動作モードである。パワーモードは、エコモード及びパワーモードの中間の動作モードである。すなわち、エコモード、パワーモード、ハイパワーモードの順に燃費が高く、ハイパワーモード、パワーモード、エコモードの順に出力が高い。そして、ハイパワーモードを第１モードとすると、パワーモード及びエコモードが第２モードとなる。また、パワーモードを第１モードとすると、エコモードが第２モードとなる。
　図２は、油圧ショベル１の駆動回路を示す図である。図２に示すように、油圧ショベル１は、エンジン１０と、作動油タンク１１と、油圧ポンプ１２と、パイロットポンプ１３と、方向制御弁１４とを主に備える。
　エンジン１０は、油圧ショベル１を駆動するための駆動力を発生させる。より詳細には、エンジン１０は、油圧ショベル１の外部から取り込んだ空気と、インジェクタ１５から噴射された燃料とを混合して燃焼させることによって、出力軸１６を回転させる。また、エンジン１０の回転数（ｒｐｍ）は、回転数センサ１７によって検知される。回転数センサ１７は、検知した回転数を示す回転数信号を、エンジンコントローラ２２（図３参照）に出力する。
　作動油タンク１１は、作動油を貯留する。油圧ポンプ１２及びパイロットポンプ１３は、エンジン１０の出力軸１６に接続されている。そして、油圧ポンプ１２及びパイロットポンプ１３は、エンジン１０の駆動力によって、作動油タンク１１に貯留された作動油を吐出する。
　図２には、簡易的に油圧アクチュエータのうちブームシリンダ４ｄのみを図示している。油圧ポンプ１２とブームシリンダ４ｄとの間には方向制御弁１４が設けられている。油圧ポンプ１２とブームシリンダ４ｄ及び方向制御弁１４は配管を介してそれぞれ接続されている。ブーム操作レバー７ａが中立状態にある時には油圧ポンプ１２は方向制御弁１４を介し配管を通じて作動油タンク１１と接続されている。油圧ポンプ１２は、作動油タンク１１に貯留された作動油を、方向制御弁１４を通じて油圧アクチュエータ（走行モータ、旋回モータ、ブームシリンダ４ｄ、アームシリンダ４ｅ、バケットシリンダ４ｆ）に供給する。油圧ポンプ１２は、吐出容量を変更可能な容量可変型（斜板式、斜軸式）である。油圧ポンプ１２の吐出容量は、車体コントローラ２１から出力される信号に従って動作するレギュレータ１８によって調整される。また、油圧ポンプ１２の吐出圧は、吐出圧センサ１９によって検知される。吐出圧センサ１９は、検知した吐出圧を示す吐出圧信号を、車体コントローラ２１に出力する。
　パイロットポンプ１３と方向制御弁１４との間にはブーム操作レバー７ａが設けられている。パイロットポンプ１３と方向制御弁１４及びブーム操作レバー７ａは、それぞれパイロット配管を介してそれぞれ接続されている。ブーム操作レバー７ａが中立状態にある時にはパイロットポンプ１３はブーム操作レバー７ａを介してパイロット配管を通じて作動油タンク１１と接続されている。パイロットポンプ１３は、作動油タンク１１に貯留された作動油を、ブーム操作レバー７ａを通じて方向制御弁１４の一対のパイロットポートに供給する。オペレータによってブーム操作レバー７ａが一方側に操作（倒伏）されると、一対のパイロットポートの一方にパイロット圧が負荷される。オペレータによってブーム操作レバー７ａが他方側に操作（倒伏）されると、一対のパイロットポートの他方にパイロット圧が負荷される。
　また、パイロットポートに負荷されるパイロット圧は、ブーム操作レバー７ａの操作量が多いほど高くなる。そして、パイロットポートに負荷されるパイロット圧は、パイロット圧センサ７ｃによって検知される。パイロット圧センサ７ｃは、検知したパイロット圧を示すパイロット圧信号を、車体コントローラ２１に出力する。
　方向制御弁１４は、油圧ポンプ１２から吐出された作動油を、ブームシリンダ４ｄのボトム室またはロッド室に供給する。また、方向制御弁１４は、パイロットポートに負荷されるパイロット圧に応じて、ブームシリンダ４ｄへの作動油の供給方向及び供給量を制御する。
　より詳細には、方向制御弁１４は、一方のパイロットポートにパイロット圧が負荷されることによって、ブームシリンダ４ｄのボトム室に作動油を供給し、ロッド室の作動油を作動油タンク１１に還流させる。これにより、ブームシリンダ４ｄが伸長する。一方、方向制御弁１４は、他方のパイロットポートにパイロット圧が負荷されることによって、ブームシリンダ４ｄのロッド室に作動油を供給し、ボトム室の作動油を作動油タンク１１に還流させる。これにより、ブームシリンダ４ｄが縮小する。また、方向制御弁１４は、パイロットポートに負荷されるパイロット圧が高いほど、ブームシリンダ４ｄへの作動油の供給量を増加させる。
　図３は、油圧ショベル１のハードウェア構成図である。図３に示すように、油圧ショベル１は、油圧ショベル１全体を制御する車体コントローラ２１と、エンジン１０の動作を制御するエンジンコントローラ２２とを備える。なお、以下に説明する車体コントローラ２１及びエンジンコントローラ２２の役割分担は一例なので、本明細書ではこれらを総称して、「コントローラ２０」と表記することがある。
　車体コントローラ２１は、モード選択スイッチ７ｂから出力されるモード信号、パイロット圧センサ７ｃから出力されるパイロット圧信号、吐出圧センサ１９から出力される吐出圧信号、及びエンジンコントローラ２２から出力される回転数信号を取得する。そして、車体コントローラ２１は、油圧ポンプ１２の吐出容量の調整（増大または減少）を指示する信号をレギュレータ１８に出力し、エンジン１０の目標回転数をエンジンコントローラ２２に通知する。
　エンジンコントローラ２２は、回転数センサ１７から出力される回転数信号を取得し、車体コントローラ２１からエンジン１０の目標回転数を取得する。そして、エンジンコントローラ２２は、回転数センサ１７から取得した回転数信号を車体コントローラ２１に出力し、車体コントローラ２１から取得した目標回転数に基づいてインジェクタ１５の燃料の噴射を制御する。
　コントローラ２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）を備える。コントローラ２０は、ＲＯＭに格納されたプログラムコードをＣＰＵが読み出して実行することによって、後述する処理を実現する。ＲＡＭは、ＣＰＵがプログラムを実行する際のワークエリアとして用いられる。ＲＯＭ及びＲＡＭは、メモリの一例である。
　但し、コントローラ２０の具体的な構成はこれに限定されず、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）などのハードウェアによって実現されてもよい。
　図４は、エンジン１０の回転数及びトルクの関係を示す図である。まず、図４に実線で示すエンジン１０の最大トルクＴｍａｘは、回転数によって変動する。より詳細には、回転数が低い領域では、回転数が上昇するのに伴って最大トルクＴｍａｘも徐々に増大する。一方、最大トルクＴｍａｘが最高点に達した後は、回転数が上昇するのに伴って最大トルクＴｍａｘが徐々に減少する。
　また、図４の点線は、エンジン１０の燃費率が等しい点を結んだ等燃費線である。燃費率とは、エンジン１０の単位出力当たりの時間燃費を表す指標（ｇ／ｋＷｈ）である。すなわち、燃費率の値が小さいほど、燃費が良いことになる。本実施形態に係るエンジン１０は、各回転数において、トルクが大きいほど燃費が高くなる傾向がある。
　そこで、本実施形態のコントローラ２０は、第１回転数Ｎ１及び第２回転数Ｎ２のいずれかでエンジン１０を駆動する。第１回転数Ｎ１は、第２回転数Ｎ２より低燃費で動作可能な回転数である。第１回転数Ｎ１は、例えば、最大トルクＴｍａｘの最高点に対応する回転数より高い値に設定される。一方、第２回転数Ｎ２は、第１回転数Ｎ１より高い出力Ｗを発生させることが可能な回転数である。また、第２回転数Ｎ２は、第１回転数Ｎ１より高い値である。第２回転数Ｎ２は、例えば、エンジン１０の定格回転数に設定される。
　すなわち、コントローラ２０は、油圧アクチュエータが低負荷で動作している間はエンジン１０の目標回転数を第１回転数Ｎ１にして、低燃費で油圧ショベル１を動作させればよい。一方、コントローラ２０は、油圧アクチュエータの負荷が増大した場合に、エンジン１０の目標回転数を第１回転数Ｎ１から第２回転数Ｎ２に上昇させて、高い出力を発生させればよい。
　また、図４の曲線Ｗ１、Ｗ２は、エンジン１０の出力が等しい点を結んだ等出力線である。なお、第２出力値Ｗ２は、第１出力値Ｗ１より高く設定されている。このように、エンジン１０の出力を一定に保つためには、エンジン１０の回転数を上昇させるのに伴って、エンジン１０のトルクを減少させる必要がある。一方、曲線Ｗ１’は、回転数の増加に伴ってエンジン１０の出力が徐々に上昇する出力線である。そして、曲線Ｗ１、Ｗ１’、Ｗ２は、回転数及びトルクの関数としてメモリに記憶されている。
　エンジン１０のトルクは、例えば、油圧ポンプ１２の吐出容量によって制御することができる。より詳細には、油圧ポンプ１２の吐出容量を増大させると、エンジン１０のトルクも増大する。一方、油圧ポンプ１２の吐出容量を減少させると、エンジン１０のトルクも減少する。すなわち、コントローラ２０は、エンジン１０の回転数を上昇させるのに伴って、油圧ポンプ１２の吐出容量の減少を指示する信号をレギュレータ１８に出力することによって、エンジン１０の出力を一定に保ったまま回転数を切り替えることができる。
　次に、図５～図７Ｃを参照して、エンジン１０の回転数及び油圧ポンプ１２の吐出容量を制御する処理を説明する。図５は、回転数制御処理のフローチャートである。図６Ａ～図６Ｃは、エンジン１０の出力Ｗを算出する方法を説明するための図である。図７Ａ～図７Ｃは、回転数制御処理におけるエンジン１０の回転数（Ａ）、トルク（Ｂ）、及び出力（Ｃ）の時間変化を示す図である。
　まず、コントローラ２０は、回転数センサ１７で検知されたエンジン１０の回転数を判定する（Ｓ１１）。そして、コントローラ２０は、エンジン１０の回転数が第１回転数Ｎ１だと判定した場合に（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２～Ｓ１６の処理を実行する。ここでは、油圧アクチュエータの負荷の増大に伴って、エンジン１０の出力を図３の点ａ０から点ｃまで増大させる処理を説明する。なお、エンジン１０の出力Ｗを算出する方法は、例えば、以下の３つの方法が考えられる。
　一例として、エンジン１０の出力Ｗは、エンジン１０の回転数とトルクとの積で表される。また、図６Ａに示すように、エンジン１０のトルクは、インジェクタ１５の燃料噴射量と正の相関関係（より詳細には、比例関係）がある。そして、図６Ａの関係は、予めメモリに記憶されている。コントローラ２０は、回転数センサ１７で検知されたエンジン１０の回転数と、エンジンコントローラ２２によって制御されているインジェクタ１５の燃料噴射量に対応するトルクとを乗じることによって、エンジン１０の出力Ｗを算出することができる。
　他の例として、エンジン１０の出力Ｗは、油圧ポンプ１２の出力と、油圧ポンプ１２のポンプ効率との積で表される。また、油圧ポンプ１２の出力は、油圧ポンプ１２の吐出圧と、油圧ポンプ１２から吐出される作動油の流量との積で表される。さらに、図６Ｂに示すように、油圧ポンプ１２から吐出される作動油の流量は、ブーム操作レバー７ａの操作量（換言すれば、パイロット圧センサ７ｃで検知されるパイロット圧）と正の相関関係（より詳細には、比例関係）がある。そして、図６Ｂの関係は、予めメモリに記憶されている。コントローラ２０は、吐出圧センサ１９で検知された吐出圧と、パイロット圧センサ７ｃで検知されたパイロット圧に対応する流量と、予め設定されたポンプ効率とを乗じることによって、エンジン１０の出力Ｗを算出することができる。
　さらに他の例として、図６Ｃに示すように、エンジン１０のトルクは、油圧ポンプ１２の出力と正の相関関係（より詳細には、比例関係）がある。そして、図６Ｂの関係は、予めメモリに記憶されている。コントローラ２０は、吐出圧センサ１９で検知された吐出圧とパイロット圧センサ７ｃで検知されたパイロット圧に対応する流量とを乗じることによって、油圧ポンプ１２の出力を算出する。そして、コントローラ２０は、回転数センサ１７で検知されたエンジン１０の回転数と、油圧ポンプ１２の出力に対応するエンジン１０のトルクとを乗じることによって、エンジン１０の出力Ｗを算出することができる。
　コントローラ２０は、エンジン１０の出力Ｗと予め定められた上昇閾値Ｗｔｈ１とを比較する（Ｓ１２）。また、コントローラ２０は、エンジン１０の出力Ｗが上昇閾値Ｗｔｈ１に達するまでは（Ｓ１２：Ｎｏ）、エンジン１０の回転数を第１回転数Ｎ１に維持したまま、油圧ポンプ１２の吐出容量の増大を指示する信号をレギュレータ１８に出力する。これにより、図７Ａ～図７Ｃに示す時刻ｔ０～ｔ１のように、エンジン１０の回転数が第１回転数に維持されたまま、エンジン１０のトルク及び出力が増大する。
　上昇閾値Ｗｔｈ１は、エンジン１０の回転数を第１回転数Ｎ１から第２回転数Ｎ２に上昇させる際のエンジン１０の出力を示す。上昇閾値Ｗｔｈ１は、第１回転数Ｎ１における最大出力より低く設定される。すなわち、コントローラ２０は、エンジン１０が第１回転数Ｎ１で回転している間、エンジン１０の出力の上限値を上昇閾値Ｗｔｈ１に制限する。
　次に、コントローラ２０は、図７Ｃの時刻ｔ１において、エンジン１０の出力Ｗが上昇閾値Ｗｔｈ１まで増大した場合に（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、エンジン１０の回転数を上昇させると共に（Ｓ１３）、油圧ポンプ１２の吐出容量の減少を指示する信号をレギュレータ１８に出力する（Ｓ１４）。そして、コントローラ２０は、回転数センサ１７で検知される回転数が第２回転数Ｎ２に達するまで（Ｓ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１３～Ｓ１４の処理を繰り返す。
　ここで、コントローラ２０は、エンジン１０の回転数を第１回転数Ｎ１から第２回転数Ｎ２に上昇させる間、エンジン１０の出力の下限値を第１出力値Ｗ１に設定する。第１出力値Ｗ１は、上昇閾値Ｗｔｈ１と同一値である。すなわち、コントローラ２０は、エンジン１０の回転数を第２回転数Ｎ２に上昇させる過程で、エンジン１０の出力が一定になるように、油圧ポンプ１２の吐出容量の減少を指示する信号をレギュレータ１８に出力する。
　コントローラ２０は、例えば、繰り返し実行するステップＳ１３～Ｓ１４において、曲線Ｗ１に沿って回転数を上昇させ且つ吐出容量を減少させる。換言すれば、コントローラ２０は、エンジン１０の回転数を第２回転数Ｎ２に上昇させる過程において、エンジン１０の出力が第１出力値Ｗ１に一致するように、油圧ポンプ１２の吐出容量の減少を指示する信号をレギュレータ１８に出力する。これにより、図７Ｃの実線の時刻ｔ１～ｔ２の間のように、第１出力値Ｗ１に維持されるように、回転数の上昇に伴ってトルクが徐々に減少する。
　次に、コントローラ２０は、回転数センサ１７で検知される回転数が第２回転数Ｎ２に達した場合に（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、エンジン１０の回転数を第２回転数Ｎ２に維持したまま、油圧ポンプ１２の吐出容量の増大を指示する信号をレギュレータ１８に出力する（Ｓ１６）。これにより、図７Ｃの実線の時刻ｔ２以降のように、回転数が第２回転数Ｎ２に維持された状態で、エンジン１０の出力が第２出力値Ｗ２になるようにトルクが増大する。
　なお、ステップＳ１６の目標出力は、エンジン１０の要求負荷に応じて変動するものであって、第２出力値Ｗ２以下の任意の値に設定される。要求負荷とは、ブーム操作レバー７ａを通じてオペレータが要求する目標値（すなわち、ブーム操作レバー７ａの操作量に対応する負荷）である。すなわち、コントローラ２０は、ステップＳ１６において、第２出力値Ｗ２を上限として、エンジン１０の出力Ｗが要求負荷に対応する値になるように、油圧ポンプ１２の吐出容量の調整を指示する信号をレギュレータ１８に出力する。
　一方、コントローラ２０は、エンジン１０の回転数が第２回転数Ｎ２だと判定した場合に（Ｓ１１：Ｎｏ）、ステップＳ１７～Ｓ２０の処理を実行する。ここでは、油圧アクチュエータの負荷の減少に伴って、エンジン１０の出力を図３の点ｃから点ａ０まで減少させる処理を説明する。
　コントローラ２０は、エンジン１０の出力Ｗと予め定められた下降閾値Ｗｔｈ２とを比較する（Ｓ１７）。また、コントローラ２０は、エンジン１０の出力Ｗが下降閾値Ｗｔｈ２に達するまでは（Ｓ１７：Ｎｏ）、エンジン１０の回転数を第２回転数Ｎ２に維持したまま、油圧ポンプ１２の吐出容量の減少を指示する信号をレギュレータ１８に出力する。
　次に、コントローラ２０は、エンジン１０の出力Ｗが下降閾値Ｗｔｈ２まで減少した場合に（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、エンジン１０の回転数を下降させると共に（Ｓ１８）、油圧ポンプ１２の吐出容量の調整を指示する信号をレギュレータ１８に出力する（Ｓ１９）。そして、コントローラ２０は、回転数センサ１７で検知される回転数が第１回転数Ｎ１に達するまで（Ｓ２０：Ｎｏ）、ステップＳ１８～Ｓ１９の処理を繰り返す。より詳細には、コントローラ２０は、繰り返し実行するステップＳ１８～Ｓ１９において、エンジン１０の回転数を第１回転数Ｎ１に下降させる過程で、エンジン１０の出力Ｗが要求負荷に対応する値になるように、油圧ポンプ１２の吐出容量の調整を指示する信号をレギュレータ１８に出力する。なお、エンジン１０の回転数が下降する過程におけるエンジン１０の出力Ｗの変化は、エンジン１０の回転数が上昇する過程におけるエンジン１０の出力Ｗの変化（すなわち、図４の曲線Ｗ１）と異なる。
　下降閾値Ｗｔｈ２は、エンジン１０の回転数を第２回転数Ｎ２から第１回転数Ｎ１に下降させる際のエンジン１０の出力を示す。下降閾値Ｗｔｈ２は、第１出力値Ｗ１より低く設定される。すなわち、コントローラ２０は、エンジン１０が第２回転数Ｎ２で回転している間、エンジン１０の出力を第２出力値Ｗ２（上限値）から下降閾値Ｗｔｈ２（下限値）に制限する。
　なお、前述した回転数制御処理は、エコモード、パワーモード、及びハイパワーモードに共通して適用される。すなわち、前述の説明は、油圧ショベル１の動作モードが固定された状態での処理である。一方、エコモード、パワーモード、及びハイパワーモードでは、第１出力値Ｗ１及び第２出力値Ｗ２が異なる。図８は、油圧ショベル１の複数の動作モードそれぞれに対応する曲線Ｗ１、Ｗ２の関係を示す図である。
　図８に示すように、第１出力値Ｗ１は、エコモード、パワーモード、及びハイパワーモードの順に高い値に設定される（Ｗ１Ｅ＞Ｗ１Ｐ＞Ｗ１ＨＰ）。これに伴って、上昇閾値Ｗｔｈ１もエコモード、パワーモード、及びハイパワーモードの順に高い値に設定される。一方、第２出力値Ｗ２は、エコモード、パワーモード、及びハイパワーモードの順に低いに設定される（Ｗ２Ｅ＜Ｗ２Ｐ＜Ｗ２ＨＰ）。但し、第２出力値Ｗ２は、エコモード、パワーモード、及びハイパワーモードで同一の値に設定されてもよい。
　上記の実施形態によれば、油圧アクチュエータの負荷が小さい間はエンジン１０を第１回転数Ｎ１に維持することによって、低燃費で油圧ショベル１を動作させることができる。また、油圧アクチュエータの負荷が大きくなると、エンジン１０の回転数を第１回転数Ｎ１から第２回転数Ｎ２に上昇させることによって、油圧アクチュエータの負荷に対応してエンジン１０の出力を増大させることができる。
　ここで、エンジン１０の回転数を第２回転数Ｎ２に上昇させる過程において、油圧ポンプ１２の吐出容量（換言すれば、エンジン１０のトルク）を減少させることによって、エンジン１０の回転数を第２回転数Ｎ２に素早く到達させることができる。これにより、ブームシリンダ４ｄの伸縮速度がブーム操作レバー７ａの操作量に追従しない時間を短くできる。さらに、エンジン１０の回転数を第２回転数Ｎ２に上昇させる過程において、エンジン１０の出力を第１出力値Ｗ１以上にすることによって、作業性が著しく低下するのを防止できる。その結果、低燃費と作業性の確保とを両立することができる。
　なお、ステップＳ１１で上昇閾値Ｗｔｈ１と比較するのは、エンジン１０の出力に限定されず、油圧ポンプ１２の出力でもよい。ステップＳ１７で下降閾値Ｗｔｈ２と比較する対象も同様である。さらに、コントローラ２０は、ステップＳ１４において、油圧ポンプ１２の出力が第１出力値に一致するように、油圧ポンプ１２の吐出容量を減少させてもよい。油圧ポンプ１２の出力は、図６Ｂを用いて説明した方法で算出できる。
　また、エンジン１０の回転数を第２回転数Ｎ２に上昇させる過程において、エンジン１０の出力は第１出力値Ｗ１に一致していなくてもよい。他の例として、コントローラ２０は、繰り返し実行するステップＳ１３～Ｓ１４において、図３に示す曲線Ｗ１’に沿って回転数を上昇させ且つ吐出容量を減少させてもよい。換言すれば、コントローラ２０は、エンジン１０の回転数を第２回転数Ｎ２に上昇させる過程において、エンジン１０の回転数が高いほどエンジン１０の出力が高くなるように、油圧ポンプ１２の吐出容量の減少を指示する信号をレギュレータ１８に出力する。
　これにより、図７Ｃの破線の時刻ｔ１～ｔ３の間のように、エンジン１０の出力が徐々に増大するように、回転数の上昇に伴ってトルクが徐々に減少する。そのため、図７Ｂに破線で示すトルクは、実線で示すトルクより緩やかに減少する。一方、図７Ａにおいて、第１回転数Ｎ１から第２回転数Ｎ２に達するまでの時間は、破線（ｔ１～ｔ３）の方が、実線（ｔ１～ｔ２）より長くなる。
　すなわち、図７Ａ～図７Ｃの破線に従った制御によれば、図７Ａ～図７Ｃの実線に従った制御と比較して、ブームシリンダ４ｄの伸縮速度がブーム操作レバー７ａの操作量に追従しない時間が長くなる一方で、エンジン１０の回転数が第２回転数Ｎ２に達するまでの作業性の低下を抑制することができる。
　また、上記の実施形態によれば、上昇閾値Ｗｔｈ１を第１出力値Ｗ１と同一値とし、下降閾値Ｗｔｈ２を第１出力値Ｗ１より小さな値とした。これにより、回転数センサ１７で検知されたエンジン１０の回転数の揺らぎによって、エンジン１０の回転数の切り替えが繰り返し行われること（所謂、ハンチング）を防止できる。
　さらに、上記の実施形態によれば、エコモード、パワーモード、及びハイパワーモードにおける第１出力値Ｗ１、第２出力値Ｗ２、及び上昇閾値Ｗｔｈ１を、図８を用いて説明した大小関係とした。これにより、エコモードではエンジン１０の回転数が第１回転数Ｎ１に維持されやすいので、油圧ショベル１を低燃費で動作することができる。一方、ハイパワーモードではエンジン１０の回転数が第２回転数Ｎ２に切り替えられやすいので、油圧アクチュエータの高い負荷に対応することができる。
　上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
１　油圧ショベル
２　下部走行体
３　上部旋回体
４　フロント作業機
４ａ　ブーム
４ｂ　アーム
４ｃ　バケット
４ｄ　ブームシリンダ
４ｅ　アームシリンダ
４ｆ　バケットシリンダ
５　旋回フレーム
６　カウンタウェイト
７　キャブ
７ａ　ブーム操作レバー
７ｂ　モード選択スイッチ
７ｃ　パイロット圧センサ
８　　クローラ
１０　エンジン
１１　作動油タンク
１２　油圧ポンプ
１３　パイロットポンプ
１４　方向制御弁
１５　インジェクタ
１６　出力軸
１７　回転数センサ
１８　レギュレータ
１９　吐出圧センサ
２０　コントローラ
２１　車体コントローラ
２２　エンジンコントローラ

Claims (3)

  1. 　エンジンと、
    　前記エンジンの駆動力によって作動油を吐出する容量可変型の油圧ポンプと、
    　前記油圧ポンプの吐出容量を変化させるレギュレータと、
    　前記油圧ポンプから吐出された作動油によって動作する油圧アクチュエータと、
    　前記エンジンの回転数を検知する回転数センサと、
    　前記エンジンの回転数及び前記油圧ポンプの吐出容量を制御するコントローラとを備える作業機械において、
    　前記コントローラは、
    　　前記回転数センサで検知された回転数が第１回転数にあって、前記エンジンまたは前記油圧ポンプの出力が上昇閾値まで増大した状態において、
    　　前記エンジンの回転数を前記第１回転数から前記第１回転数より高い第２回転数に上昇させると共に、
    　　前記エンジンの回転数を前記第２回転数に上昇させる過程において、前記エンジンまたは前記油圧ポンプの出力が一定になるように、前記油圧ポンプの吐出容量の減少を指示する信号を前記レギュレータに出力し、
    　　前記回転数センサで検知された回転数が前記第２回転数に達すると、前記エンジンまたは前記油圧ポンプの出力が要求負荷に対応する値になるように、前記油圧ポンプの吐出容量の増大を指示する信号を前記レギュレータに出力することを特徴とする作業機械。
  2. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記コントローラは、前記エンジンの回転数を前記第２回転数に上昇させる過程において、前記エンジンまたは前記油圧ポンプの出力が前記上昇閾値に一致するように、前記油圧ポンプの吐出容量の減少を指示する信号を前記レギュレータに出力することを特徴とする作業機械。
  3. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記コントローラは、前記回転数センサで検知された回転数が前記第２回転数にあって、前記エンジンまたは前記油圧ポンプの出力が下降閾値まで低下した状態において、
    　　前記エンジンの回転数を前記第２回転数から前記第１回転数に下降させると共に、
    　　前記エンジンの回転数を前記第１回転数に下降させる過程で、前記エンジンまたは前記油圧ポンプの出力が要求負荷に対応する値になるように、前記油圧ポンプの吐出容量の調整を指示する信号を前記レギュレータに出力することを特徴とする作業機械。
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