JP2024115778A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン回転数をより適切に制御できるショベルを提供すること。【解決手段】ショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に搭載されるメインポンプ１４と、メインポンプ１４が吐出する作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、を有する。そして、ショベル１００は、メインポンプ１４に加わるポンプ負荷トルクを算出し、算出したポンプ負荷トルクに基づいて目標エンジン回転数を決定するように構成されている。【選択図】図３

Description

本開示は、掘削機としてのショベルに関する。

従来、エンジンによって駆動される油圧ポンプが吐出する作動油によって動作する油圧アクチュエータを備えたショベルが知られている（特許文献１参照。）。

このショベルは、油圧アクチュエータを動作させるための操作レバーが所定時間にわたって操作されない場合には、エンジン回転数を、回転数設定スイッチによって設定された目標回転数から所定の低速回転数まで低減させる機能を備えている。

そして、このショベルは、操作レバーの操作が開始されてエンジン回転数を低速回転数から目標回転数に復帰させるときに発生する燃料の不完全燃焼を防止できるように構成されている。

特開平５－３１２０８２号公報

しかしながら、上述のショベルは、エンジン回転数を復帰させる際の不完全燃焼を防止するため、操作レバーの操作が開始された後で所定時間が経過するまでは油圧ポンプの吸収トルクを所定の最小トルクに制限するように構成されている。そのため、上述のショベルは、エンジン回転数が低減させられた状態で操作レバーが操作されたときに操作者が感じる操作感を悪化させてしまうおそれがある。

そこで、エンジン回転数をより適切に制御できるショベルを提供することが望ましい。

本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載される油圧ポンプと、前記油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、を有し、前記油圧ポンプに加わるポンプ負荷トルクを算出し、算出した前記ポンプ負荷トルクに基づいて目標エンジン回転数を決定する。

上述の手段により、エンジン回転数をより適切に制御できるショベルが提供される。

本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。 ショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。 回転数復帰機能を実現するコントローラの構成例を示す。 ポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を参照可能に記憶する参照テーブルの内容を表す概略図である。

最初に、図１を参照して、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル１００について説明する。図１はショベル１００の側面図である。本実施形態では、下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。下部走行体１は、走行用油圧モータ２Ｍによって駆動される。走行用油圧モータ２Ｍは、左側のクローラを駆動する左走行用油圧モータ２ＭＬ、及び、右側のクローラを駆動する右走行用油圧モータ２ＭＲ（図１では不可視）を含む。旋回機構２は、上部旋回体３に搭載されている旋回用油圧モータ２Ａによって駆動される。旋回用油圧モータ２Ａは、電動アクチュエータとしての旋回用電動発電機であってもよい。

上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成する。ブーム４はブームシリンダ７で駆動され、アーム５はアームシリンダ８で駆動され、バケット６はバケットシリンダ９で駆動される。

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が設けられ、且つ、エンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には、コントローラ３０が取り付けられている。なお、本書では、便宜上、上部旋回体３における、ブーム４が取り付けられている側を前側とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後側とする。

コントローラ３０は、ショベル１００を制御するための制御装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、揮発性記憶装置、及び不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ３０は、様々な機能要素に対応するプログラムを不揮発性記憶装置から読み出し、対応する処理をＣＰＵに実行させることで様々な機能を実現できるように構成されている。

次に、図２を参照し、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図２は、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例を示す。図２は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御系を、それぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示している。

ショベル１００の油圧システムは、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブユニット１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９、コントローラ３０、エンジン回転数調整ダイヤル７５、及びエンジン制御装置７６等を含む。

図２において、油圧システムは、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４から、センターバイパス管路４０及びパラレル管路４２の少なくとも１つを経て作動油タンクまで作動油を循環させている。

エンジン１１は、ショベル１００の駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１は、過給機を備えていてもよい。過給機は、ターボチャージャであってもよく、スーパーチャージャであってもよい。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に連結されている。エンジン１１は、アイソクロナス制御によって制御されてもよく、ドループ制御によって制御されてもよい。

エンジン１１を所定の回転数で回転させることは、急激な負荷の増加に対応し易いという利点を有する。燃料噴射量を増加させるだけでエンジン出力（エンジントルク）を増加させることができるためである。この利点は、もたつきのないショベル１００の機敏な動作をもたらし、ショベル１００の作業効率を向上させることができる。

メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット１７に供給するように構成されている。本実施形態では、メインポンプ１４は、電子制御式の油圧ポンプである。具体的には、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型の油圧ポンプである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節してメインポンプ１４の１回転当たりの押し退け容積を制御することでメインポンプ１４の吐出量を制御する。

パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して操作装置２６を含む油圧制御機器に作動油を供給するように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。この場合、パイロットポンプ１５が担っていた機能は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、コントロールバルブユニット１７に作動油を供給する機能とは別に、絞り等により作動油の圧力を低下させた後で操作装置２６等に作動油を供給する機能を備えていてもよい。

コントロールバルブユニット１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブユニット１７は、一点鎖線で示すように、制御弁１７１～１７６を含む。制御弁１７５は制御弁１７５Ｌ及び制御弁１７５Ｒを含み、制御弁１７６は制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒを含む。コントロールバルブユニット１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。制御弁１７１～１７６は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左走行用油圧モータ２ＭＬ、右走行用油圧モータ２ＭＲ及び旋回用油圧モータ２Ａを含む。

操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。本実施形態では、操作装置２６は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブユニット１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力であるパイロット圧は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダル（図示せず。）の操作方向及び操作量に応じた圧力である。

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出するように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

操作圧センサ２９は、操作装置２６を介した操作の内容を検出するように構成されている。本実施形態では、操作圧センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６としてのレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力（操作圧）の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作装置２６の操作内容は、操作圧センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。

メインポンプ１４は、左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒを含む。そして、左メインポンプ１４Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌ又は左パラレル管路４２Ｌを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、右メインポンプ１４Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒ又は右パラレル管路４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。

左センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブユニット１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブユニット１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒを通る作動油ラインである。

制御弁１７１は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左走行用油圧モータ２ＭＬへ供給し、且つ、左走行用油圧モータ２ＭＬが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７２は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右走行用油圧モータ２ＭＲへ供給し、且つ、右走行用油圧モータ２ＭＲが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７３は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７４は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７５Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁１７５Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁１７６Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

左パラレル管路４２Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。左パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３及び１７５Ｌの何れかによって左センターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。右パラレル管路４２Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。右パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４及び１７５Ｒの何れかによって右センターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。

レギュレータ１３は、左レギュレータ１３Ｌ及び右レギュレータ１３Ｒを含む。左レギュレータ１３Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御できるように構成されている。この制御は、パワー制御又は馬力制御と称される。具体的には、左レギュレータ１３Ｌは、例えば、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節して１回転当たりの押し退け容積を減少させることで吐出量を減少させる。右レギュレータ１３Ｒについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収パワー（例えば吸収馬力）がエンジン１１の出力パワー（例えば出力馬力）を超えないようにするためである。

操作装置２６は、左操作レバー２６Ｌ、右操作レバー２６Ｒ及び走行レバー２６Ｄを含む。走行レバー２６Ｄは、左走行レバー２６ＤＬ及び右走行レバー２６ＤＲを含む。

左操作レバー２６Ｌは、旋回操作とアーム５の操作に用いられる。左操作レバー２６Ｌは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７３のパイロットポートに導入させる。

具体的には、左操作レバー２６Ｌは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７６Ｌの右パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの左パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁１７６Ｌの左パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの右パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の左パイロットポートに作動油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の右パイロットポートに作動油を導入させる。

右操作レバー２６Ｒは、ブーム４の操作とバケット６の操作に用いられる。右操作レバー２６Ｒは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７５のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７４のパイロットポートに導入させる。

具体的には、右操作レバー２６Ｒは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁１７５Ｒの右パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁１７５Ｌの右パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７５Ｒの左パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７４の左パイロットポートに作動油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁１７４の右パイロットポートに作動油を導入させる。

走行レバー２６Ｄは、クローラの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー２６ＤＬは、左側のクローラの操作に用いられる。左走行レバー２６ＤＬは、左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー２６ＤＬは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７１のパイロットポートに導入させる。右走行レバー２６ＤＲは、右側のクローラの操作に用いられる。右走行レバー２６ＤＲは、右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー２６ＤＲは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７２のパイロットポートに導入させる。

吐出圧センサ２８は、吐出圧センサ２８Ｌ及び吐出圧センサ２８Ｒを含む。吐出圧センサ２８Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。吐出圧センサ２８Ｒについても同様である。

操作圧センサ２９は、操作圧センサ２９ＬＡ、２９ＬＢ、２９ＲＡ、２９ＲＢ、２９ＤＬ及び２９ＤＲを含む。操作圧センサ２９ＬＡは、左操作レバー２６Ｌに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作内容は、例えば、レバー操作方向及びレバー操作量（レバー操作角度）等である。

同様に、操作圧センサ２９ＬＢは、左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＲＡは、右操作レバー２６Ｒに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＲＢは、右操作レバー２６Ｒに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＤＬは、左走行レバー２６ＤＬに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＤＲは、右走行レバー２６ＤＲに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

コントローラ３０は、操作圧センサ２９の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させてもよい。

また、コントローラ３０は、絞り１８と制御圧センサ１９を用いた省エネルギ制御としてのネガティブコントロール制御を実行するように構成されている。絞り１８は左絞り１８Ｌ及び右絞り１８Ｒを含み、制御圧センサ１９は左制御圧センサ１９Ｌ及び右制御圧センサ１９Ｒを含む。本実施形態では、制御圧センサ１９は、ネガティブコントロール圧センサとして機能する。省エネルギ制御は、メインポンプ１４による無駄なエネルギ消費を抑制するためにメインポンプ１４の吐出量を低減させる制御である。

左センターバイパス管路４０Ｌには、最も下流にある制御弁１７６Ｌと作動油タンクとの間に左絞り１８Ｌが配置されている。そのため、左メインポンプ１４Ｌが吐出した作動油の流れは、左絞り１８Ｌで制限される。そして、左絞り１８Ｌは、左レギュレータ１３Ｌを制御するための制御圧（ネガティブコントロール圧）を発生させる。左制御圧センサ１９Ｌは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、この制御圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することで、ネガティブコントロール制御によって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。コントローラ３０は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させる。右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御される。

具体的には、図２で示されるようにショベル１００における油圧アクチュエータが動作可能であっても何れも操作されていない場合（ゲートロックが解除状態であっても油圧アクチュエータが操作されていない場合）、すなわち、ショベル１００が待機状態にある場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、左センターバイパス管路４０Ｌを通って左絞り１８Ｌに至る。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量をスタンバイ流量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路４０Ｌを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。スタンバイ流量は、待機状態のときに採用される所定の流量であり、例えば、許容最小吐出量である。一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁は、左絞り１８Ｌに至る作動油の流量を減少或いは消失させ、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。なお、コントローラ３０は、右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御する。

上述のようなネガティブコントロール制御により、図２の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ１４における無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ１４が吐出する作動油がセンターバイパス管路４０で発生させるポンピングロスを含む。また、図２の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ１４から必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。

エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン１１の回転数を調整するためのダイヤルである。エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン回転数の設定状態を示すデータをコントローラ３０に送信する。本実施形態では、エンジン回転数調整ダイヤル７５は、ＳＰモード、Ｈモード、Ａモード及びＩＤＬＥモードの４段階でエンジン回転数を切り換えできるように構成されている。ＳＰモードは、作業量を優先したい場合に選択される回転数モードであり、最も高いエンジン回転数を利用する。Ｈモードは、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される回転数モードであり、二番目に高いエンジン回転数を利用する。Ａモードは、燃費を優先させながら低騒音でショベル１００を稼働させたい場合に選択される回転数モードであり、三番目に高いエンジン回転数を利用する。ＩＤＬＥモードは、エンジン１１をアイドリング状態にしたい場合に選択される回転数モードであり、最も低いエンジン回転数を利用する。エンジン１１は、エンジン回転数調整ダイヤル７５で設定された回転数モードのエンジン回転数（以下、「設定エンジン回転数」とする。）で一定に回転数制御される。

エンジン制御装置７６は、エンジン１１の動きを制御するように構成されている。本実施形態では、エンジン制御装置７６は、コントローラ３０からの制御指令に応じてエンジン１１の動きを制御する。具体的には、エンジン制御装置７６は、設定エンジン回転数でエンジン１１を回転させるよう、燃料噴射量及び燃料噴射タイミング等を制御する。

コントローラ３０は、メインポンプ１４の吸収パワーが低い場合、すなわち、メインポンプ１４のポンプ負荷トルクが小さい場合に、エンジン回転数を低減させるように構成されている。燃費を向上させるためである。

具体的には、コントローラ３０は、エンジン回転数を低減させた状態でポンプ負荷トルクが急激に増加した場合であっても、エンジン回転数を設定エンジン回転数に速やかに復帰させることができる限りにおいて、エンジン回転数をできるだけ低減させるように構成されている。

そのため、エンジン回転数の低減幅は、ポンプ負荷トルクの増加率に基づいて設定される。ポンプ負荷トルクの増加率は、例えば、過去の実験データ等に基づいて設定される。

具体的には、エンジン回転数の低減幅は、許容可能なポンプ負荷トルクの増加率が小さいほど大きくなるように決定される。したがって、エンジン回転数の低減幅が小さく設定されるほど、ショベル１００は、より急激なポンプ負荷トルクの増加に対応できる。すなわち、コントローラ３０は、エンジン回転数を速やかに設定エンジン回転数に復帰させることができる。

これは、エンジントルクが、ポンプ負荷トルクに対応するために利用されるばかりでなく、エンジン回転数を設定エンジン回転数に復帰（増加）させるためにも利用されるという前提に基づく。

すなわち、メインポンプ１４のポンプ負荷トルクが所定の増加率で増加する際に、時々刻々の最大エンジントルクとポンプ負荷トルクとの間の差分トルクの時間積分が、現在のエンジン回転数を設定エンジン回転数まで増加させるために必要なトルクの累積値と一致するという前提に基づく。なお、最大エンジントルクは、各時点でエンジン１１が出力可能なトルクの最大値であり、例えば、設定エンジン回転数に応じて決定される。

但し、エンジン１１の動作状態とは無関係にエンジン回転数の低減幅が一律に小さく設定されてしまうと、ショベル１００は、エンジン１１におけるラグダウンの発生を抑制できるが、ポンプ負荷が小さいときにエンジン回転数を低減させることによる燃費改善効果を十分に享受できない。

そのため、コントローラ３０は、エンジン１１の現在の動作状態に応じてエンジン回転数の低減幅を変化させるように構成されている。エンジン１１におけるラグダウンの発生を抑制しながらも、エンジン回転数の低減幅をできるだけ大きくするためである。本実施形態では、コントローラ３０は、エンジン負荷トルクとは別に、エンジン回転数を増加させるために必要なトルクを確保できるように低減幅を決定することで、エンジン回転数の低減幅をできるだけ大きくしている。また、コントローラ３０は、過給圧に応じてエンジン回転数の低減幅を変化させる。具体的には、コントローラ３０は、過給圧が高いほどエンジン回転数の低減幅が大きくなるようにする。過給圧が高いほど燃料噴射量を大きくできるため、すなわち、エンジン回転数を増加させ易いためである。

次に、図３を参照し、コントローラ３０が、上述のように設定されたエンジン回転数の低減幅だけ低減させられたエンジン回転数を設定エンジン回転数に復帰させる機能（以下、「回転数復帰機能」とする。）の一例について説明する。図３は、回転数復帰機能を実現するコントローラ３０の構成例を示す。図３の例では、コントローラ３０は、ポンプ負荷トルク予測部３０Ａ、目標エンジン回転数決定部３０Ｂ、及び目標ポンプ傾転角決定部３０Ｃを有する。

ポンプ負荷トルク予測部３０Ａは、メインポンプ１４のポンプ負荷トルクを予測するように構成されている。ポンプ負荷トルク予測部３０Ａは、例えば、電子制御式の油圧ポンプであるメインポンプ１４に対する押し退け容積に関する指令と、メインポンプ１４の動特性モデルとに基づき、メインポンプ１４の現在の押し退け容積を推定するように構成されている。

本実施形態では、ポンプ負荷トルク予測部３０Ａは、レギュレータ１３に対して出力した直近の指令値としてのポンプ傾転角と、メインポンプ１４の動特性モデルとに基づき、メインポンプ１４の現在の押し退け容積を推定するように構成されている。

メインポンプ１４の動特性モデルは、メインポンプ１４の状態を推定するために用いられるコンピュータモデルである。本実施形態では、メインポンプ１４の動特性モデルは、ポンプ傾転角が入力されると、そのときのメインポンプ１４の押し退け容積を出力するように構成されている。

そして、ポンプ負荷トルク予測部３０Ａは、推定したメインポンプ１４の押し退け容積と、メインポンプ１４の吐出圧とに基づき、メインポンプ１４の吸収（入力）トルクとしてのポンプ負荷トルクを算出するように構成されている。メインポンプ１４の吐出圧は、例えば、吐出圧センサ２８が検出した値である。

ポンプ負荷トルク予測部３０Ａは、制御弁１７１～１７６のそれぞれに作用するパイロット圧と、メインポンプ１４の動特性モデルとに基づき、メインポンプ１４の現在の押し退け容積を推定するように構成されていてもよい。また、ポンプ負荷トルク予測部３０Ａは、レギュレータ１３に対して出力した直近の指令値としてのポンプ傾転角に基づき、メインポンプ１４の現在の押し退け容積を推定するように構成されていてもよい。

目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、目標エンジン回転数を決定するように構成されている。本実施形態では、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、低減させられたエンジン回転数を設定エンジン回転数に復帰させる際に利用される目標エンジン回転数を決定するように構成されている。なお、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、エンジン回転数を設定エンジン回転数から低減させる際に利用される目標エンジン回転数を決定するように構成されていてもよい。

本実施形態では、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、ポンプ負荷トルク予測部３０Ａが予測したポンプ負荷トルクと、不揮発性記憶装置に記憶された参照テーブルとに基づき、目標エンジン回転数を決定する。

参照テーブルは、ポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を参照可能に記憶するデータベースである。参照テーブルは、ポンプ負荷トルクを引数とする関数であってもよい。

そして、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、決定した目標エンジン回転数をエンジン制御装置７６に対して出力し、エンジン回転数が目標エンジン回転数と一致するように、エンジン１１を制御する。具体的には、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、燃料噴射量及び燃料噴射タイミング等を制御する。

本実施形態では、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、更に、エンジン回転数調整ダイヤル７５で設定された回転数モードのエンジン回転数である設定エンジン回転数と、不図示の過給圧センサが検出した過給圧と、不図示のエンジン回転数センサが検出したエンジン回転数と、を入力として取得するように構成されている。

目標ポンプ傾転角決定部３０Ｃは、低減させられたエンジン回転数を設定エンジン回転数に復帰させる際に利用される目標ポンプ傾転角を決定するように構成されている。

目標ポンプ傾転角は、ポンプ負荷トルクの増加率が所定の増加率となるように、メインポンプ１４のポンプ傾転角を制御する際に利用される。ポンプ負荷トルクの所定の増加率は、典型的には、エンジン回転数の低減幅を設定する際に用いられた増加率である。

本実施形態では、目標ポンプ傾転角決定部３０Ｃは、レギュレータ１３に対して出力した直近の指令値としてのポンプ傾転角と、設定エンジン回転数と、目標エンジン回転数決定部３０Ｂが決定した目標エンジン回転数とに基づき、目標ポンプ傾転角を決定する。

そして、目標ポンプ傾転角決定部３０Ｃは、決定した目標ポンプ傾転角をレギュレータ１３に対して出力し、メインポンプ１４のポンプ傾転角が目標ポンプ傾転角と一致するようにしてメインポンプ１４の押し退け容積を制御する。

次に、図４を参照し、ポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を参照可能に記憶する参照テーブルの詳細について説明する。図４は、ポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を参照可能に記憶する参照テーブルの内容を表す概略図である。

図４の縦軸は、最大エンジントルク及びポンプ負荷トルクを含む軸トルクの大きさを表す軸であり、図４の横軸は、目標エンジン回転数の大きさを表す軸である。図４の一点鎖線は、最大エンジントルクを示している。

また、図４における３つの実線で示すカーブＳＬのそれぞれは、回転数モードとしてＨモードが選択されたときの設定エンジン回転数（１６００ｒｐｍ）に関する。具体的には、３つの実線で示すカーブＳＬのうちの最も左側のカーブＳＬ１は、過給圧が高いときのポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を表し、中央のカーブＳＬ２は、過給圧が中程度のときのポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を表し、最も右側のカーブＳＬ３は、過給圧が低いときのポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を表している。

すなわち、３つの実線で示すカーブＳＬのうちの最も左側のカーブＳＬ１は、過給圧が高いと判定されたときに、ポンプ負荷トルクが決まれば、目標エンジン回転数が一意に決まることを示し、３つの実線で示すカーブＳＬのうちの中央のカーブＳＬ２は、過給圧が中程度であると判定されたときに、ポンプ負荷トルクが決まれば、目標エンジン回転数が一意に決まることを示し、３つの実線で示すカーブＳＬのうちの最も右側のカーブＳＬ３は、過給圧が低いと判定されたときに、ポンプ負荷トルクが決まれば、目標エンジン回転数が一意に決まることを示している。そのため、３つのカーブＳＬのそれぞれは、エンジン回転数を設定エンジン回転数まで増加させる際の、予測されたポンプ負荷トルクに対応する目標エンジン回転数の許容最大値を表すカーブとして、「許容加速曲線」と称される。本実施形態では、許容加速曲線は、予め設定されるカーブである。但し、許容加速曲線は、動的に設定されるカーブであってもよい。

図４に示すように、３つの実線で示すカーブＳＬは、過給圧が高いほど、エンジン回転数の低減幅が大きく設定されることを示している。過給圧が高いほど燃料噴射量を大きくすることができ、エンジントルクを速やかに増加させることができるためである。

同様に、図４における３つの点線で示すカーブＤＬのそれぞれは、回転数モードとしてＳＰモードが選択されたときの設定エンジン回転数（１８００ｒｐｍ）に関する。具体的には、３つの点線で示すカーブＤＬのうちの最も左側のカーブＤＬ１は、過給圧が高いときのポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を表し、中央のカーブＤＬ２は、過給圧が中程度のときのポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を表し、最も右側のカーブＤＬ３は、過給圧が低いときのポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を表している。

図４の例では、Ｈモードが選択されたときの設定エンジン回転数（１６００ｒｐｍ）に関する３つのカーブＳＬと、ＳＰモードが選択されたときの設定エンジン回転数（１８００ｒｐｍ）に関する３つのカーブＤＬとが示されているが、１つの回転数モードに対応するカーブの数は、１つであってもよく、２つであってもよく、或いは、４つ以上であってもよい。すなわち、許容加速曲線は、過給圧の大きさに応じて無段階に設定されていてもよい。また、カーブの数は、回転数モード毎に異なっていてもよい。

目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、図４に示すような参照テーブルを利用し、目標エンジン回転数を決定するように構成されている。

具体的には、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、エンジン回転数調整ダイヤル７５で設定された回転数モードがＨモードである、すなわち、設定エンジン回転数が１６００ｒｐｍであると判定し、且つ、不図示の過給圧センサが検出した過給圧が中程度であると判定すると、３つのカーブＳＬのうちの中央のカーブＳＬ２で表される、ポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を参照する。

そして、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、ポンプ負荷トルク予測部３０Ａが予測したポンプ負荷トルクＴａを受けると、カーブＳＬ２上の点Ｐａに対応する目標エンジン回転数Ｎａを導き出す。

そして、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、目標エンジン回転数Ｎａをエンジン制御装置７６に対して出力し、エンジン回転数が目標エンジン回転数Ｎａと一致するようにエンジン１１を制御する。

本実施形態では、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、不図示のエンジン回転数センサが検出したエンジン回転数Ｎｃを入力として取得するように構成されている。そのため、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、カーブＳＬ２上の点Ｐｃに対応する現在のポンプ負荷トルクＴｃを導き出すことができる。

また、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、ポンプ負荷トルクと目標エンジン回転数との対応関係を示す点が、カーブＳＬ２に含まれる軌跡線ＴＬに沿って点Ｐｃから点Ｐａに移動するように、エンジン回転数を制御できる。すなわち、目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、エンジン回転数が設定エンジン回転数を超えてしまうのを防止でき、エンジン回転数を増加させるために必要なトルクとポンプ負荷トルクとの合計であるエンジン負荷トルクが最大エンジントルクを超えてしまうのを防止できる。軌跡線ＴＬを含むカーブＳＬ２は、エンジン１１におけるラグダウン等が発生しないように、過去のデータ等に基づいて設定されているためである。

目標エンジン回転数決定部３０Ｂは、実際のポンプ負荷トルクとエンジン回転数とが軌跡線ＴＬに沿って推移するように、目標エンジン回転数及び目標ポンプ傾転角の少なくとも一方を補正してもよい。

なお、図４に示すブロック矢印ＤＦは、最大エンジントルクと、ポンプ負荷トルク予測部３０Ａが予測したポンプ負荷トルクＴａとの間の差分トルク（余剰トルク）を表している。目標エンジン回転数Ｎａを適切に決定することは、目標エンジン回転数Ｎａと現在のエンジン回転数Ｎｃとの差である加速可能なエンジン回転数の大きさが、差分トルクに基づいて適切に決定されることを意味する。

このように、ショベル１００は、燃費向上のために所定の低減幅だけ低減させたエンジン回転数を設定エンジン回転数に復帰させる際に、ポンプ負荷トルクを予測した上で、そのポンプ負荷トルクに基づいて目標エンジン回転数を決定する。そのため、ショベル１００は、最大エンジントルクとポンプ負荷トルクとの間の差分トルクによってエンジン回転数が加速されるという前提に基づいて目標エンジン回転数を決定できる。すなわち、ショベル１００は、エンジン回転数を加速させるために必要なエンジントルクまでもがメインポンプ１４の要求（ポンプ負荷トルク）を満たすために利用されてしまうのを防止できる。その結果、ショベル１００は、メインポンプ１４の要求（ポンプ負荷トルク）を満たしながらも、エンジン回転数を適切に増加させることができ、エンジン１１におけるラグダウンの発生を抑制或いは防止できる。

上述のように、本発明の実施形態に係るショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に搭載されるメインポンプ１４と、メインポンプ１４が吐出する作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、を有する。そして、ショベル１００は、メインポンプ１４に加わるポンプ負荷トルクを算出し、算出したポンプ負荷トルクに基づいて目標エンジン回転数を決定するように構成されている。

図示例では、ショベル１００は、図３に示すように、レギュレータ１３に対して出力した直近の指令値としてのポンプ傾転角（メインポンプ１４の押し退け容積に対応）と、メインポンプ１４の吐出圧（検出値）とに基づき、メインポンプ１４の吸収（入力）トルクとしてのポンプ負荷トルクを算出するように構成されている。なお、ポンプ傾転角（指令値）は、ポンプ傾転角（指令値）を決定するパイロット圧等であってもよく、ポンプ傾転角（指令値）に基づいて算出される他の値であってもよい。

この構成は、エンジン負荷トルク又はポンプ吐出圧等のようなポンプ負荷トルク以外の値に基づいてエンジン回転数を変化させる構成に比べ、ラグダウンの発生をより確実に抑制できるという効果をもたらす。ラグダウンの発生を抑制するために考慮すべき値は負荷側のトルク（ポンプ負荷トルク）であるためである。そして、エンジン負荷トルクの変化傾向、及び、ポンプ吐出圧の変化傾向は何れも、負荷側のトルク（ポンプ負荷トルク）の変化傾向とは必ずしも一致しないためである。具体的には、エンジン負荷トルクは、ポンプ負荷トルクとエンジン回転数を増加させるために必要なトルクとの合計であり、エンジン回転数が急上昇するときには、エンジン回転数を増加させるために必要なトルクの影響が大きくなってしまうためである。また、ポンプ負荷トルクは、ポンプ吐出圧とポンプ吐出量との積で表され、ポンプ吐出量の変化による影響を受けるためである。

この構成により、ショベル１００は、適切なタイミングで適切な低減幅だけエンジン回転数を低減させることができ、その上で、エンジン回転数が低減させられた状態で操作レバーが操作されたときに操作者が感じる操作感の悪化を防止できる。そのため、コントローラ３０は、操作感の悪化を操作者に感じさせることなく、燃費を改善できる。

また、ショベル１００は、ポンプ負荷トルクを正確に予測することで、目標エンジン回転数を適切に決定できる。そのため、ショベル１００は、低減させたエンジン回転数を設定エンジン回転数に復帰させる際に、エンジン回転数が設定エンジン回転数を超えてしまうのを防止できる。また、ショベル１００は、低減させたエンジン回転数を設定エンジン回転数に復帰させる際に、エンジン回転数を増加させるために必要なトルクとポンプ負荷トルクとの合計であるエンジン負荷トルクが最大エンジントルクを超えてしまうのを防止できる。

例えば、排土動作の終了から掘削動作の開始までの間に行われるブーム下げ旋回動作では、ポンプ負荷トルクは比較的低いレベルで維持される。一方で、掘削動作が開始されると、ポンプ負荷トルクは徐々に増加し、或いは、ブーム上げ旋回動作が開始されると、ポンプ負荷トルクは急激に増加する。このように、ポンプ負荷トルクは、動作の内容に応じて変化するが、コントローラ３０は、このポンプ負荷トルクをより正確に予測することで、低減させたエンジン回転数を設定エンジン回転数に復帰させる際にエンジン回転数を適切に制御できる。そのため、コントローラ３０は、ポンプ負荷トルクが大きくなる掘削動作の後半、又は、ブーム上げ旋回動作の前半等においても、エンジン回転数及びエンジントルクを速やかに増加させることができ、ショベル１００の動きをもたつきのない滑らかなものとすることができる。

また、ショベル１００は、負荷変動に対するメインポンプ１４の応答遅れの性質を利用してポンプ負荷トルクを予測し、その予測されたポンプ負荷トルクに基づいて目標エンジン回転数を決定するように構成されている。そのため、ショベル１００は、ポンプ負荷トルクが急増する場合であっても、低減させた状態のエンジン回転数を遅滞なく増加させることができる。

また、ショベル１００は、望ましくは、最大エンジントルクと、算出したポンプ負荷トルクとの間の差である差分トルクに基づき、目標エンジン回転数を決定するように構成されている。すなわち、ショベル１００は、ポンプ負荷トルクとは別に、エンジン回転数を増加させるために必要な差分トルクが確保されるように、目標エンジン回転数を決定するように構成されている。

この構成により、ショベル１００は、メインポンプ１４の要求（ポンプ負荷トルク）を満たしながらも、エンジン回転数を適切に増加させることができ、エンジン１１におけるラグダウンの発生を抑制或いは防止できる。

また、上述の実施形態では、油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーが開示されている。例えば、左操作レバー２６Ｌに関する油圧式パイロット回路では、パイロットポンプ１５から左操作レバー２６Ｌへ供給される作動油が、左操作レバー２６Ｌのアーム開き方向への傾倒によって開閉されるリモコン弁の開度に応じた流量で、制御弁１７６のパイロットポートへ伝達される。或いは、右操作レバー２６Ｒに関する油圧式パイロット回路では、パイロットポンプ１５から右操作レバー２６Ｒへ供給される作動油が、右操作レバー２６Ｒのブーム上げ方向への傾倒によって開閉されるリモコン弁の開度に応じた流量で、制御弁１７５のパイロットポートへ伝達される。

但し、このような油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーではなく、電気式パイロット回路を備えた電気式操作レバーが採用されてもよい。この場合、電気式操作レバーのレバー操作量は、例えば、電気信号としてコントローラ３０へ入力される。また、パイロットポンプ１５と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置される。電磁弁は、コントローラ３０からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、電気式操作レバーを用いた手動操作が行われると、コントローラ３０は、レバー操作量に対応する電気信号に応じて電磁弁を制御してパイロット圧を増減させることで各制御弁を移動させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。

１・・・下部走行体 ２・・・旋回機構 ２Ａ・・・旋回用油圧モータ ２Ｍ・・・走行用油圧モータ ２ＭＬ・・・左走行用油圧モータ ２ＭＲ・・・右走行用油圧モータ ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １３・・・レギュレータ １４・・・メインポンプ １５・・・パイロットポンプ １７・・・コントロールバルブユニット １８・・・絞り １９・・・制御圧センサ ２６・・・操作装置 ２８・・・吐出圧センサ ２９・・・操作圧センサ ３０・・・コントローラ ３０Ａ・・・ポンプ負荷トルク予測部 ３０Ｂ・・・目標エンジン回転数決定部 ３０Ｃ・・・目標ポンプ傾転角決定部 ４０・・・センターバイパス管路 ４２・・・パラレル管路 ７５・・・エンジン回転数調整ダイヤル ７６・・・エンジン制御装置 １００・・・ショベル １７１～１７６・・・制御弁

Claims (7)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
   前記上部旋回体に搭載される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、を有し、
   前記油圧ポンプに加わるポンプ負荷トルクを算出し、算出した前記ポンプ負荷トルクに基づいて目標エンジン回転数を決定する、
   ショベル。
2. 最大エンジントルクと、算出した前記ポンプ負荷トルクとの間の差に基づき、前記目標エンジン回転数を決定する、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記油圧ポンプに対する押し退け容積に関する指令と、前記油圧ポンプの吐出圧とに基づいて前記ポンプ負荷トルクを算出する、
   請求項１に記載のショベル。
4. 算出した前記ポンプ負荷トルクと、前記ポンプ負荷トルクと前記目標エンジン回転数との対応関係を参照可能に記憶する参照テーブルとに基づいて前記目標エンジン回転数を決定する、
   請求項１に記載のショベル。
5. 前記参照テーブルは、算出した前記ポンプ負荷トルクに対応する前記目標エンジン回転数の許容最大値を表すカーブである許容加速曲線を設定できるように構成されている、
   請求項４に記載のショベル。
6. 前記許容加速曲線は、予め設定されている、
   請求項５に記載のショベル。
7. 低減させられたエンジン回転数を設定エンジン回転数に復帰させる際に利用される目標エンジン回転数を決定する、
   請求項１に記載のショベル。

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